CC BY
45РАЦИОНАЛЬНЫЕ ТИПЫ ФУНДАМЕНТОВ ДЛЯ МАЛОЭТАЖНОГО СТРОИТЕЛЬСТВА
В КРИОЛИТОЗОНЕ
Владимир Владимирович Местников,
кандидат технических наук, доцент кафедры промышленного и гражданского строительства Инженерно-технического института Северо-Восточного федерального университета им. М. К. Аммосова (СВФУ), г. Якутск
Ия Владимировна Местникова,
аспирант СВФУ, г. Якутск
Разработка рациональных типов фундаментов является одной из актуальных задач в области фунда-ментостроения, особенно в сложных природно-климатических районах. К подобным районам относится практически вся территория Республики Саха (Якутия), с её резко континентальным климатом, сплошным распространением многолетнемёрзлых грунтов и сложной транспортной схемой для доставки материалов. Здесь устройство фундаментов отличается от центральной части России высокой трудоёмкостью и стоимостью. Как известно, мощность криолитозо-ны в районе г. Якутска в среднем составляет 250-350 м, средняя годовая температура грунтов изменяется от -0,5 до -2,7 °С для супесей и от -1 до -4 °С для суглинков [1].
При использовании многолетне-мёрзлых грунтов в качестве оснований по первому принципу, т. е. с сохранением их в мёрзлом состоянии в процессе строительства и всего периода эксплуатации зданий, широкое применение получили столбчатые, свайные и поверхностные вентилируемые фундаменты на подсыпках [2]. Наиболее распространёнными видами фундаментов для каменных зданий в г. Якутске являются свайные фундаменты, устанавливаемые, в основном, буроопускным способом. В последнее время стали часто использовать также буронабивные свайные фундаменты. Однако свайные фундаменты имеют следующие основные недостатки:
1) буроопускные - высокая стоимость свай, большой объём буровых работ, вероятность выпучивания свай и др.;
2) буронабивные - большой объём буровых работ; повышенная материалоёмкость; отсутствие надёжных методов контроля качест-
В. В. Местников, И. В. Местникова DOI: 10.24411/1728-516Х-2019-10031
ва ствола свай, особенно в деятель-I ной слое, где происходят фазовые переходы «вода - лёд»; необходимость электропрогрева верхней части свай при производстве работ в зимнее время и др.
Согласно СП 25.13330.2012 «Основания и фундаменты на вечно-мёрзлых грунтах. Актуализированная редакция СНиП 2.02.04-88» железобетонные конструкции, расположенные в сезоннооттаивающем слое грунтов и подвергающиеся попеременному замораживанию и оттаиванию в водонасыщенном состоянии при расчётной температуре наружного воздуха ниже -40 °С, должны иметь класс бетона по прочности на сжатие не ниже В35, по морозостойкости не ниже F400 и водонепроницаемости W10 [3]. Следовательно, для буроопускных и буронабивных свай используется дорогостоящий бетон с требуемыми характеристиками на всю длину сваи, хотя по своду правил данные характеристики необ-! ходимы только для сезоннооттаива-ющего слоя.
Исходя из вышеизложенного, нами предлагается применять сборно-монолитные сваи, предусматривающие сочетание буроопускного и буронабивного способов устройства фундаментов. Сборно-монолитная свая состоит из двух частей (рис. 1). Верхняя часть выполнена из предва-! рительно изготовленной железобетонной конструкции с арматурными ! выпусками (1), нижняя - монолитная - устраивается в слое многолет-немёрзлых грунтов. В деятельном слое предварительно пробуренной I скважины устанавливается верхняя сборная железобетонная часть сваи (1), отвечающая требованиям СП 25.13330.2012 для сезонноотта-ивающего слоя, с арматурными выпусками. Для закрепления верхней
Верхняя граница_
многолетнемерзлых грутоЬ
Скважина заполняется
непучинистан грунтом
Выпуски арматура
2
Рис. 1. Сборно-монолитная свая:
1 - сборная часть с арматурными выпусками; 2 - монолитная часть
крышкина, д. 9/2 (рис. 2). Всего было изготовлено и установлено 12 свай. Следует иметь в виду, что при наличии некоторых навыков сборную часть сваи можно делать на строительной площадке. Это особенно важно для индивидуальных застройщиков (рис. 3). Длина сборной части свай составляет 4 м, а сечение 30х30 см [3]. При их армировании необходимо руководствоваться положениями РМ 2-77 [4]. Согласно этим рекомендациям рабочая арматура должна быть класса А400 диаметром 16 мм, а поперечная арматура - класса А240 диаметром 8 мм в верхней части свай длиной 2,6 м, с шагом 100 мм, ниже - 200 мм.
части таких свай (1) в проектном положении применяются инвентарные хомуты (кондуктора). Нижняя монолитная часть свай (2) в слое многолетнемёрзлых грунтов заливается бетоном, класс прочности которого принимается согласно расчётам. Ствол скважины в деятельном слое заполняется непучинистым грунтом.
Несущая способность таких свай определяется как сумма несущей способности за счёт сил смерзания по боковой поверхности свай и по их торцу. Повышение несущей способности подобных свай по сравнению с традиционными буроопускными сваями происходит за счёт увеличения площадей бокового смерзания и торца в их нижней монолитной части.
Наибольшая эффективность применения сборно-монолитных свай достигается при проектировании малозаглубленных фундаментов. Как известно, мало-заглубленные фундаменты наиболее подвержены воздействию сил морозного пучения. При расчёте таких фундаментов учитывается не только несущая способность свай, но и их сопротивление силам морозного пучения. В большинстве случаев из-за того, что по расчётам сваи не выдерживают воздействия данных сил, их длину увеличивают, что приводит к значительному удорожанию стоимости устройства фундаментов. В нашем случае нижняя монолитная часть придаёт сборно-монолитной свае форму перевёрнутого болта и тем самым надёжно закрепляет её в слое многолетнемёрзлых грунтов, значительно увеличивая тем самым сопротивление воздействию силам морозного пучения.
Сборно-монолитные сваи были применены в г. Якутске при устройстве фундаментов двухэтажного жилого дома с размерами в плане 12х9 м по ул. По-
Рис. 2. Фундамент из сборно-монолитных свай
Рис. 3. Изготовление сборной части свай в построечных условиях
Заметим, что масса сборной части сборно-монолитных свай составляет всего 0,9 т, что может привести к значительной экономии на транспортных расходах при строительстве зданий в районах Центральной Якутии, где нет заводов по производству сборного железобетона. При установке свай можно применять краны небольшой грузоподъёмности, например краны-манипуляторы (рис. 4). С их помощью сваи можно доставлять на стройплощадку и устанавливать, т. е. нет необходимости в использовании тяжёлой техники для их перевозки.
Рис. 4. Установка сборной части сваи при помощи крана-манипулятора
Площадка жилого дома по ул. Покрышкина, д. 29/2 сложена верхнечетвертичными аллювиальными отложениями, которые представлены супесями и песками пылеватыми, мелкими и средней крупности. Температура мёрзлых пород на глубине нулевых годовых амплитуд составляет минус 2,5 оС, а нормативная глубина их сезонного оттаивания равна 2,8 м. Нами был выполнен расчёт несущей способности грунтов для трёх вариантов свайных фундаментов: традиционные буро-опускные, буронабивные и предлагаемые сборно-монолитные сваи (таблица). Расчёты проведены согласно требованиям СП 25.13330.2012.
Как следует из таблицы, несущая способность бу-роопускных и буронабивных свай намного превосходит требуемую, так как длина свай принята из условия сопротивления силам морозного пучения. Сборно-монолитные сваи под краем и углом здания приняты из условия минимальной глубины заложения свайных фундаментов + 2 м [3].
Расчёт сметной стоимости выполнен на программном комплексе «Адепт: Управление строительством» ресурсным методом согласно указаниям МДС 81-35.2004 [5]. Стоимость материальных ресурсов и планово-расчётные цены эксплуатации строительных машин и механизмов приняты по данным ГАУ «Региональный центр
■ буроопускные сваи СМ 8-30 ■ буронабивные сваи 650 мм ■ сборно-монолитные сваи 278,055
Материалы Эксплуатация Фонд оплаты Накладные Нормативная машин труда расходы прибыль
Рис. 5. Стоимостные показатели вариантов конструктивных решений фундаментов по статьям затрат
Республики Саха (Якутия) по ценообразованию в строительстве» [6]. Прожиточный минимум для расчёта фонда оплаты труда строителям принят согласно Постановлению Правительства Республики Саха (Якутия) № 74 от 29 марта 2018 г [7] (рис. 5).
Сметная стоимость устройства свайного поля из буроопускных свай составила 440 219 руб., буронабивных - 587 046 руб., а сборно-монолитных - 323 996 руб. Стоимость установки одной буроопускной сваи СМ 8-30 составила 36 685 руб., буронабивной диаметром 650 мм - 48 921 руб., а сборно-монолитной - 27 000 руб. Общий экономический эффект устройства фундаментов из сборно-монолитных свай по сравнению с буро-опускными составил 116,223 тыс. руб., а по сранению с буронабивными - 263,050 тыс. руб.
Таким образом, использование сборно-монолитных свай в качестве фундаментов малоэтажных зданий в криолитозоне позволяет достичь значительного экономического эффекта за счёт снижения стоимости фундаментов, сокращения сроков строительства и экономии материалов. Помимо этого, существенно повышается качество строительства, поскольку верхняя часть сборно-монолитных свай изготавливается в заводских условиях, ведётся тщательный приёмочный контроль, т. е. в деятельном слое, где железобетонные конструкции наиболее подвержены разрушению, устанавливается качественный материал, без раковин и трещин, что не может быть гарантировано при буронабивном способе устройства свайных фундаментов.
Список литературы
1. О проблемах градостроительства в криолитозоне (на примере Якутска) / О. И. Алексеева, В. Т. Ба-лобаев, М. Н. Гоигорьев [и др.] // Криосфера Земли. -2007. - Т. XI, № 2. - С. 76-83.
2. Гончаров, Ю. М. Основания и фундаменты на веч-номёрзлых грунтах : учебное пособие для студентов вузов, обучающихся по строительным специальностям / Ю. М. Гончаров // Рос. акад. наук, Сиб. отделение, Институт мерзлотоведения им. П. И. Мельникова. - Якутск: Изд-во ИМЗ СО РАН, 2016. - 406 с.
3. СП 25.13330.2012. Основания и фундаменты на вечномерзлых грунтах. - М., 2012. - 63 с.
Несущая способность свай
Местоположение сваи под зданием Длина (марка) сваи Несущая способность сваи, т
Требуемая нагрузка на сваю, т буроопускные сваи буронабивные сваи, 650 мм сборно-монолитные сваи
Под серединой СМ8- 30 1 = 4,9 м 1 = 4,7 м
69 т 88,8 78,53 71,96
Под краем СМ8- 30 1 = 5,3 м 1 = 4,8 м
52,6 т 79,87 82,72 68,06
Под углом СМ8- 30 1 = 5,3 м 1 = 4,8 м
28 т 79,87 82,72 68,06
4. РМ 2-77. Индустриальные строительные изделия для жилищного и гражданского строительства на территории Якутской АССР. Сборные железобетонные фундаменты, Альбом № 2. - Якутск : Якутграж-данпроект, 1961.
5. МДС 81-35.2004. Методика определения стоимости строительной продукции на территории Российской Федерации. - М.: Госстрой России, 2009. - 44 с.
6. Информационный вестник. - Якутск : ГУП РЦЦС, 2016. - Вып. 4 (17). - 169 с.
7. Постановление Правительства Республики Саха (Якутия) № 74 от 29.03.2018 «Об установлении величины прожиточного минимума на душу населения и по основным социально-демографическим группам населения Республики Саха (Якутия) за IV квартал 2017 года».
МОИ ПЕРВЫЕ : ВПЕЧАТЛЕНИЯ
О ЖУРНАЛЕ
С журналом «Наука и техника в Якутии» я познакомился летом 2019 г. Если честно, то я даже не знал, что такой журнал существует, а ведь он издаётся давно - почти 20 лет.
Когда я взял в руки один из номеров журнала за 2018 г., то подумал, что ничего необычного в нём нет. Но когда я начал его читать, то понял, что материал иногда сложен, но в то же время очень интересен. Я почувствовал себя, как на разборе какой-нибудь задачи. Однако такие рубрики, как «Международные связи» и «Выдающиеся деятели науки и техники Якутии», читались легко и приятно.
После ознакомления с этим номером журнала я стал искать другие. Нашёл ещё один - за 2007 г. Оказалось, что с того времени качество и содержание журнала осталось на таком же высоком уровне.
Чуть позже мной были найдены журналы за 2017 г. и специальный выпуск (июнь 2011 г.). Сначала я, конечно, начал читать спецвыпуск. Посвящён он был II Форуму научно-технической интеллигенции Республики Саха (Якутия). Номер был тоньше своих «собратьев»,
но, как мне кажется, вмещал намного больше информации. Меня заинтересовала рубрика «Инновационные разработки молодых исследователей Якутии» на 19 страницах.
Журнал «Наука и техника в Якутии» приятно взять в руки, его обложка информативна. В журнале, в основном, публикуются сведения о научных исследованиях в Якутии и о научных конференциях, в которых принимают участие якутские учёные. В каждом номере много статей, материалы которых можно использовать на практике. Я думаю, что новости науки и техники должны быть интересны всем.
Информация в статьях журнала «Наука и техника в Якутии» пригодится мне на уроках, где я смогу блеснуть своей эрудицией, а также она будет полезна при выборе мною будущей профессии.
Юрий Герасимов,
ученик 10 «Б» класса Физико-технического лицея им. В. П. Ларионова, г. Якутск
