Коли застосуємо щілинний фундамент
Якщо бригада, запрошена для виготовлення фундаменту, пропонує відлити монолітну залізобетонну стрічку прямо в грунті, будьте уважні. Для них вона простіша у виготовленні, а для вас може бути просто неприйнятною. Фахівець розповідає про особливості застосування такої конструкції.
Щілинним називають монолітний стрічковий залізобетонний фундамент прямокутного перерізу, при виготовленні якого бетон укладають безпосередньо у викопану траншею - «в розпір» ґрунту. Роблять їх зазвичай у зв'язаних глинистих ґрунтах, у піщаних ґрунтах їх не застосовують, тому що стінки траншеї в них будуть обсипатися. 
Цоколь можна робити як єдину конструкцію з фундаментом або окремо – у вигляді цегляної чи блокової кладки (рис. 1а, б). У першому випадку опалубку виставляють від поверхні ґрунту на висоту цоколя.
Щілинні фундаменти економічніші порівняно з традиційними, влаштованими в траншеях із застосуванням опалубки (рис. 1в). Тому вони привабливіші при будівництві малоповерхових будівель.
Особливості щілинних фундаментів
У традиційних стрічкових фундаментах навантаження від будинку на основу передається через підошву. Опір ґрунту зворотного засипання в розрахунках не враховують.
При влаштуванні щілинних фундаментів за рахунок нерівності бортів траншей і щільного (з віброущільненням або штикуванням) укладання бетону виходить хороше зчеплення бічної поверхні конструкції з ґрунтом, який може сприймати значну частину навантаження від будинку. Тому для отримання економічних конструкцій у розрахунках враховують опір ґрунту як за їхньою підошвою, так і по бічній поверхні. Як буде показано нижче, це можливо не в усіх ґрунтових умовах.
Щілинні фундаменти, закладені нижче глибини промерзання, розраховують за деформаціями осад і стійкість проти впливу дотичних сил пучення. Для дрібно-заглиблених щілинних фундаментів у пучинистих ґрунтах, крім зазначених розрахунків, слід виконувати розрахунок за допустимими деформаціями пучення. Якщо площа підошви щілинних конструкцій визначають за допустимим опором ґрунту, розрахованим на основі його фізико-механічних характеристик, то опади будуть у допустимих межах та окремого розрахунку не вимагають.
Так як переважна більшість будівельних майданчиків представлено пучинистими ґрунтами, для заглиблених щілинних фундаментів під малоповерховими будинками основним є розрахунок на стійкість, а для дрібнозаглиблених - розрахунок і на стійкість, і за деформаціями пучення.
Для заглиблених конструкцій стійкість забезпечують перевищенням розрахункового навантаження від будинку над максимальними сумарними дотичними силами пучення (рис. 2, крива 2). У цьому випадку деформації пучення дорівнюють нулю.
Для дрібнозаглиблених фундаментів деформації пучення повинні дорівнювати нулю при промерзанні ґрунту на глибину закладення їх підошви. Стійкість у разі забезпечується при набагато менших, ніж в заглиблених фундаментів, сумарних силах пучения.
Щілинні фундаменти в пучинистих ґрунтах
Промерзання ґрунту починається з поверхні. У міру просування фронту промерзання в товщу пучинистого ґрунту по бічній поверхні фундаментів виникають дотичні сили пучення, що зростають зі зниженням температури повітря та ґрунту (рис. 2, крива 1).
Цементуючою складовою в ґрунті є лід. Змерзання його з бетонною поверхнею залежить від температури ґрунту. Наприклад, у Московській області негативні середньомісячні температури досягають максимуму у січні (рис. 2, крива 3). У цей період досягають свого максимального значення питомі дотичні сили. В подальшому, при зниженні середньомісячної температури в лютому питомі дотичні сили зменшуються, але сумарні сили ще деякий час продовжують збільшуватися рахунок збільшення глибини промерзання, а потім теж знижуються (рис. 2, крива 2).
ЯКЩО НАВАНТАЖЕННЯ ВІД БУДИНКУ РІВНИНИ АБО ПЕРЕВИШАЮТЬ РОЗРАХУНКОВІ СУМАРНІ ЩОДО ПІДСУМКИ, ТО ФУНДАМЕНТ БУДЕ СТІЙКІВ, А ДЕФОРМАЦІЇ ПУЧЕННЯ РІВНІ НУЛЮ.
Якщо навантаження від будинку менше сумарних дотичних сил пучення, фундамент буде переміщатися разом з грунтом. При цьому підошва відривається від основи, і під нею утворюється порожнина, куди може потрапити ґрунт зі стін траншеї при весняному осіданні будинку. Це стає причиною накопичення залишкових деформацій пучення.
Навесні фундамент може не прийти у вихідне положення і в тому випадку, якщо навантаження від будинку виявиться менше сил тертя ґрунту. Це явище часто спостерігається при застосуванні заглиблених щілинних фундаментів для малоповерхових будинків, що будуються на пучинистих ґрунтах.
Зсув будівлі вгору свідчить про нестійкість і, отже, про ненадійність фундаменту.
Якщо щілинний фундамент виконаний у вигляді просторової жорсткої рами та опір на вигин поперечного перерізу достатньо для збереження надфундаментних конструкцій, то при деформаціях пучення не ушкоджується кладка стін у будинках з цегли або інших матеріалів для кладки. Однак утворюється нахил всього будинку, який з роками може наростати.
При застосуванні дрібнозаглиблених щілинних фундаментів стійкість будівлі забезпечують, вибравши відповідну глибину закладення (рис. 36), а допустимі деформації пучення - влаштувавши в траншеї під фундаментом протипучинну подушку.
В результаті одержують ще й значну економію бетону.
Однак слід мати на увазі, що в міру виглиблення фундаментів може знадобитися збільшення ширини їхньої опорної частини. У цьому цоколь можна залишити колишньої ширини.
Якщо грунтові води під час робіт розташовані вище за глибину промерзання, то влаштувати надійну основу трамбуванням протипучинної подушки не вийде. Тому траншею слід розробляти глибиною на 10-20 см вище за рівень води, а допустимі деформації пучення забезпечити рахунок розширення траншеї. Тобто в цьому випадку переходять до влаштування звичайних дрібнозаглиблених фундаментів.
Особливості проектування щілинних фундаментів
Навантаження від будинку сприймається ґрунтом як по бічній поверхні фундаменту, так і під його підошвою. Якщо ґрунти основи непучинисті, то допустиме навантаження на фундаменти можна розраховувати як суму розрахункових опорів ґрунтів. Якщо ґрунти слабопучинисті, то допустиме навантаження на фундаменти слід приймати тільки за розрахунковим опором ґрунту під підошвою. Якщо ж ґрунти середньо- або сильно-пучинисті, то допустиме навантаження слід приймати за розрахунковим опором ґрунту під підошвою з урахуванням збільшення навантаження на фундаменти за рахунок негативного тертя ґрунту, що виникає навесні на їхній бічній поверхні.
Це перша особливість проектування щілинних фундаментів, що вимагає пояснень. Навесні при обпаюванні розпученого ґрунту починається процес його консолідації (ущільнення) та осідання. За рахунок збільшеної шорсткості бічної поверхні відбувається зависання частини ґрунту на фундаментах. З'являється так зване негативне (негативне) тертя. Загальне навантаження на фундаменти зростає.
Така взаємодія фундаментів з ґрунтом триває лише короткий час навесні, але відбувається вона рік у рік і може спричинити підвищені осади фундаментів.
Друга особливість, яку слід враховувати при проектуванні щілинних фундаментів, полягає в тому, що за рахунок тієї ж шорсткості бічної поверхні зростають дотичні сили пучення, які слід враховувати під час розрахунку фундаментів на стійкість.
Не стосуватимемося особливостей розрахунків. Важливо, що ми можемо отримати значення навантажень від будинку, при яких забезпечується стійкість заглиблених щілинних фундаментів у пучинистих ґрунтах і, отже, можливість їх застосування. Нижче в таблиці наведено значення таких навантажень за нормативної глибини промерзання 1,4 м. Досвід багаторічних розрахунків малоповерхових будинків показує, що діапазон характерних навантажень всім будинків становить 2,0-14,0 тс/м. У цегляних двоповерхових будинках навантаження на окремі фундаменти може досягати значень 18,0 тс/м. Як бачимо, область надійного застосування заглиблених щілинних фундаментів у пучинистих ґрунтах під малоповерховими будинками суттєво обмежена.
Умови надійного застосування щілинних фундаментів
1. Вертикальні стінки траншей не повинні обрушуватись аж до закінчення укладання бетону.
2. Рівень ґрунтових вод під час робіт повинен бути нижчим за дно траншів.
Якщо в результаті дощів на дні траншей утворилися калюжі, їх необхідно вичерпати. Якщо ґрунт у цих місцях прийшов у текучий або текучепластичний стан, його необхідно зрізати до рівня початкового стану.
3. Заглиблені щілинні фундаменти в непучинистих ґрунтах застосовуються за стійкістю під усіма будинками незалежно від теплового режиму будинку, а також під цегляними опалювальними будинками в два (і вище) поверхи в слабопучинистих ґрунтах. В інших випадках заглиблені щілинні фундаменти не застосовні під малоповерховими будинками в пучинистих грунтах за умовою надійності.
Л. Гінзбург, кандидат технічних наук