Некоторые слабые основания, например, обводнённые пылеватые пески или мягкопластичные суглинки, можно существенно укрепить, используя армирование геотекстилем. В этой статье разберёмся, как это можно сделать.
Прежде всего, далеко не все грунты имеет смысл так укреплять. В некоторых случаях более уместными могут быть свайные фундаменты или полнозаглублённые ленты. Но с такими грунтами основания, как в этом видео, может быть актуально использование армированных подушек.
Вот так выглядит шурф в таких грунтах через пару часов:
Рис. 1. Грунтовые воды в шурфе.
В данном случае мы имеем дело со слабыми мягкопластичными суглинками на территории с высоким УГВ. Наш заказчик в качестве первого строения решил поставить баню 6х9 из бруса. Для усиления слабого грунта основания ему было рекомендовано устроить под фундамент песчаную подушку, армированную геотекстилем.
Из нормативных документов, которыми можно было бы руководствоваться при использовании данного метода усиления основания фундаментов, имеется СП 45.13330.2017 "Земляные сооружения, основания и фундаменты. Актуализированная редакция СНиП 3.02.01-87 (с Изменениями N 1, 2)". Там в разделе 18.2 обсуждаются некоторые вопросы использования геотекстиля для данных целей, однако, конкретных рекомендаций по проектированию таких армированных оснований, не представлено.
В современной нормативной базе, посвященной вопросам конструирования армированных геотекстилем оснований, имеется значительный пробел. Лучше всего этот вопрос представлен в нормативах для дорожников, например, в ОДМ 218.5.003-2010 "Рекомендации по применению геосинтетических материалов при строительстве автомобильных дорог". В данном документе в таб. 6.1. описаны виды геосинтетических материалов, из которой следует, что для целей армирования лучше всего использовать полиэфирные геотекстили. Также в таб. 7.1 и 7.2 указаны наиболее важные характеристики, которые надо учитывать для целей армирования грунтов основания.
В разделе 8 ОДМ 218.5.003-2010 также есть методика расчета конструкции насыпи временной дороги на слабых грунтах, где реализуется армирующий эффект прослойки из геотекстиля. В целом подход к расчёту соответствует тем задачам, которые возникают в ИЖС, но формально областью применения данного нормативного документа является сфера дорожного строительства. Более того, указанный расчёт применяется для временных дорог, поэтому не учитывает явление ползучести у геотекстиля - его возможную деформацию под длительными нагрузками, в результате чего теряется армирующий эффект основания. По этим причинам обратимся к другим источникам, в частности к учебному пособию "Основания и фундаменты" за авторством Р.А. Мангушева и др. Там предлагается простой аналитический метод расчёта толщины армированных подушек:
Рис. 2. Расчёт толщины армированной подушки по Р.А. Мангушеву и др.
Однако и здесь описание метода дано довольно неконкретно, нет указаний на то, как учитывать наличие геотекстиля, допустимое растягивающее напряжение на нём, угол распределения давления в материале подушки задан интервалом без комментариев, какие значения выбираются в различных случаях. Фактически предложено расчёт основания делать из учёта распределения давления в подушке основания, а эффект армирование идёт в запас.
Следующим источником, в котором более подробно разбирается вопрос армирования оснований геотекстилем, является переводное издание книги К.Д. Джоунса "Сооружения из армированного грунта":
Рис. 3. Выдержка из книги К.Д. Джоунса.
Особенно ценно, что в этой книге рассматривается вопрос усилия, прилагаемого к геотекстилю. Согласно графикам, предлагаемым Джоунсом, максимальные усилия возникают в геотекстиле при расположении его на глубинах, соответствующих 0.4-1.0 ширины фундамента b:
Рис. 4. Усилия в геотекстиле по Джоунсу.
Аналогичные выводы содержатся и в экспериментальных данных, полученных В.М. Антоновым. (стр.58). Соответственно, на указанных глубинах геотекстиль больше всего включается в работу основания.
С учетом рекомендаций, изложенных в указанных выше документах, предлагается следующая схема использования армированных геотекстилем песчаных подушек:
Рис. 5. Схема армирования песчаной подушки грунта основания.
Данную схему можно использовать с незаглубленным ленточным фундаментом или плитой УШП, которые монтируются на песчаную подушку толщиной t1, устраиваемой в неглубоком котловане по поверхности слабого грунта основания. В большинстве случаев бывает достаточно заменить армированной подушкой верхний почвенно-растительный слой.
В случае использования МЗЛФ, подушка устраивается ниже на глубину заглубления подошвы фундамента.
Расчёт минимальной толщины подушки t1 производится по следующей формуле (на основе формулы 4.2 по Р.А. Мангушеву и др.) :
где:t1 = ( F/ R - b) / 2
t1 - минимальная толщина песчаной подушки относительно подошвы фундамента (максимальная толщина может определяться иными факторами, например толщиной почвенно-растительного слоя, вместо которого укладывается эта подушка);
F - погонная нагрузка на ленточный фундамент (включая собственную массу фундамента), кН/м;
R - расчетный предел прочности грунта основания ( в случае отсутствия точных данных рекомендуется принимать R=60 кПа), кПа;
b – ширина ленточного фундамента, м
Максимальная толщина подушки назначается исходя из конструктивных и технологических факторов (толщина почвенно-растительного слоя, например).
Глубина заложения геотекстиля от подошвы фундамента (на основе экспериментальных данных, стр.60). :
где:h = 0.4 b
b - ширина ленточного фундамнета, м
Также, при устройстве армированной подушки должны соблюдаться следующие правила (см. рис.5):
-
Для армирования грунта рекомендуется применять полиэфирный геотекстиль плотностью не менее 300-350 гр/м2, биоксиальный (равнопрочный в обоих направлениях).
-
Котлован под песчаную подушку должен быть больше габаритных размеров фундамента в каждую сторону на величину L, которая больше или равна 3 t1 .
-
Для исключения продёргивания геотекстиля при растяжении, концы полотен анкерятся путём подворота их на верх подушки на величину 2L+b (аналогично используемому в методе "концертино").
-
Геотекстиль наиболее эффективно работает на глубине h, поэтому, если общая толщина подушки существенно превышает данную величину, рекомендуется разделить подушку на два слоя, между которыми уложить полотна геотекстиля.
-
Если по расчёту толщина подушки t1 получилась меньше h, то толщину подушки назначают t1 = h + 0.05-0.1 метров.
-
Поверх основной армированной подушки возможно устройство ещё одной армированной насыпи, толщина которой t2 не более ½ t1. Полотна второй подушки в этом случае укладываются в направлении, перпендикулярном нижележащему слою. Без армирования подушку t2 можно делать толщиной не более 0.2 b.
-
Песчаная подушка выполняется с послойным уплотнением (толщина слоёв 150 мм) из песка средней крупности с небольшим содержанием глинистых и пылеватых частиц для лучшей укатываемости. Коэффициент уплотнения по СП 45.13330.2016 не менее 0,94.
Сама конструкция армированной подушки понятна из рис.5. В неглубокий котлован, образовавшийся после снятия почвенно растительного слоя, укладывается первый тонкий слой песка для выравнивания дна котлована. По этому слою песка расстилается геотекстиль, полотна которого укладываются с нахлестом не менее 500 мм (по ТТК "Укладка нетканого геополотна "Дорнит" при дорожном строительстве"). Полотна геотекстиля при укладке слегка натягиваются и в таком состоянии присыпаются небольшим количеством песка. После укладки геотекстиля, выполняется послойная засыпка песка подушки с уплотнением механическими трамбовками.
По результатам экспериментальных проверок армирование геотекстилем увеличивает прочностные характеристики основания примерно в 1,6 раза по сравнению с неармированной подушкой. Суммарный эффект укрепления складывается из работы армирования и распределительной функции песчаной подушки и может составлять 250-300% увеличения прочности по сравнению с характеристиками слабого грунта основания. Наглядный пример эффекта от использования армирования из геотекстиля.
Рассмотрим технологические приёмы по устройству такой армированной подушки на примере нашего заказчика, о грунтах которого шла речь в начале статьи. В соответствии с нашими рекомендациями он сделан небольшой котлован и уложил на его дно полотна геотекстиля:
Рис. 6. Уложенный геотекстиль.
Послойно уложил песок подушки с уплотнением виброплитой:
Рис. 7. Уплотнённая подушка основания.
На уплотнённую подушку был произведён монтаж ленточного фундамента:
Рис. 8. Ленточный фундамент.
Поскольку у бани планируется цокольное перекрытие по деревянным балкам с вентилируемым подпольем, а также устройство гидроизолированной стяжки с уклоном для стока влаги, попавшей через пол, поверхность грунта внутри периметра ленточного фундамента защищена от промораживания слоем ЭППС.
Ширина фундамента выбрана из условий достаточности ширины для опирания стены из бруса и балок перекрытия (полка для балок):
Рис. 9. Цокольное перекрытие по фундаменту.
Рис. 10. Идёт монтаж стен из бруса.