Дом на склоне: фундаменты и подпорные стены. Взгляд геотехника

РЕКЛАМА НА ФОРУМХАУС

2. Выбирая участок для строительства (перед покупкой), оцениваем свои финансовые возможности! Для этой цели Вам необходимо получить отчет по инженерно-геологическим изысканиям, хотя бы у соседей по участку. Если соседей нет, или же отчет у них отсутствует – необходимо в зоне предполагаемого строительства пробурить хотя бы одну скважину, определить типы грунтов и уровень подземных вод.
В идеале:
- пригласить квалифицированного геолога, попросить оценить участок (к примеру, тот, который на склоне) - на предмет наличия специфических грунтов (просадочные, насыпные и т. д.), на предмет наличия опасных геологических процессов, ситуации с водой, и попросить помощь в составлении программы изысканий. Если при этом потребуются и другие специалисты, например гидрологи, или Вы заказали геофизическое обследование участка - это стоит только приветствовать.
Считайте этот пункт рекомендаций - как проведение своеобразного "консилиума", цель которого - максимально подробно и всесторонне установить все особенности участка для будущего строительства.

Данный пункт рекомендаций можно пропустить, но тогда следует принять соответствующие риски. В нашей практике неоднократно были случаи, когда выяснялось, что у заказчика недостаточно средств для строительства фундамента, соответствующего требованиям нормативных документов. И это ни в коем случае не укор в сторону таких заказчиков, скорее в сторону тех, кто ограбил и без того небогатое население. Из такой ситуации есть три выхода:
1. возводить «неправильный», но дешевый фундамент, и заполучить высокие риски проблем в ходе эксплуатации. Исток всех тем на форуме с заголовками типа "Треснул фундамент", "Ползет склон" и подобных - связан именно с выбором этого выхода;
2. продать участок;
3. подкопить средства для строительства «правильного» фундамента.

 

Итак, заполучив предварительные сведения о инженерно-геологических условиях, инженер-геотехник проанализирует их, выполнит необходимые расчеты и ответит на принципиальные вопросы, формирующие стоимость фундамента:
- какой будет тип основания;
- какой будет тип фундамента;
- предварительные параметры основания и фундамента;
- какие технологии строительства будут использоваться.
В итоге Вы получите отчет по геотехнической консультации, на основании которого сметчик сможет приблизительно оценить стоимость фундамента.
Это - опять же по моему мнению, навязывать которое не имею цели - наиболее разумный, холодный и взвешенный подход.

Поскольку медицинские аналогии весьма понятны практически любому взрослому человеку, давайте назовем этот этап - Установлением диагноза и предложениями по методам лечения.
У такого подхода, с предварительным выбором и расчетным обоснованием, есть определенные плюсы для тех, кто действует рационально по отношению к своему строительству.
Во первых - любые расчеты можно проверить, и перепроверить. Расчеты, основанные на хороших, полных и подробных исходных данных - можно отдать в экспертизу, и это нормальная практика.
Во вторых - уже на этом этапе, имея предварительные параметры основания и фундамента, понимая, какие технологии строительства будут использоваться - можно разослать запросы возможным подрядчикам, и анализировать разные коммерческие предложения, от разных людей и организаций.

Это помогает и при торге, и в целом, помогает ориентироваться в ситуации.

 

3. Следующий этап – это инженерные изыскания.

И, в первую очередь, необходимо выполнить инженерно-геодезические изыскания, в результате чего получить цифровую модель рельефа (ЦМР).

Современное геотехническое проектирование предполагает пространственные расчеты, которые наиболее полно учитывают фактическую работу фундаментов. Именно поэтому важно получить ЦМР (3D поверхность), а не классический 2D топоплан. Любимое мое сравнение - это как рентгеновский снимок и МРТ в объеме.

Особенность инженерно-геодезических изысканий заключается в том, что достоверность полученных результатов легко проконтролировать. Исполнителей на этот вид работ достаточно много, выбирая их, нужно обращать внимание на степень новизны оборудования и примеры обработки результатов геодезической съемки (Вам должны предоставить ЦМР в редактируемом формате, например – dwg).

ЦМР особенно актуальна, если Ваш дом расположен на склоне или вблизи откоса/склона. В таком случае, область геодезической съемки будет несколько больше размеров Вашего участка. Конкретные размеры назначит инженер-геотехник, ориентируясь на мнения и геолога, и гидролога, и свой собственный опыт.

Параллельно или после инженерно-геодезических изысканий следует проводить инженерно-геологические изыскания, особенность которых заключается в том, что их достоверность сложно оценить, поэтому к выбору Исполнителя следует подходить с особой тщательностью. Выбирать Исполнителя следует совместно с инженером-геотехником. Программу изысканий и особые требования к ним также должен согласовать инженер-геотехник.

Здесь, на форуме - для думающего застройщика сложилась целая инфраструктура из очень достойных специалистов, которые ведут свои темы, дают очень подробные и развернутые консультации, и выезжают непосредственно на место.

 

4. Как только появляются результаты изысканий – можно начинать проектирование фундамента. Как известно, основной функцией фундамента является передача нагрузок от вышележащих конструкций на грунтовое основание. Таким образом, прежде чем проектировать фундамент, нужно запроектировать все вышележащие конструкции. Основными исходными данными для проектирования фундамента являются:

- результаты инженерных изысканий;

- расчетно-пояснительная записка по расчету надфундаментных строительных конструкций дома, расчетная модель (в идеале пространственная расчетная модель дома);

- конструктивные и объемно-планировочные решения (КР).

Этот пункт - очень неоднозначный, так как проект дома может быть не готов, быть в стадии согласования или что-то еще. Понятно, что описываемая последовательность - это некий идеал. В жизни, конечно, приходится и собирать нагрузки исходя из достаточно туманных представлений заказчика, и додумывать за заказчика. Но идеал - это то, к чему стоит стремиться.

Фундаменты для частных домов, как правило, проектируются в одну стадию, в итоге Вы получаете рабочий проект, по которому можно строить. Рабочий проект фундамента включает в себя:

- расчетно-пояснительную записку по расчетам грунтового основания и фундамента;

- общие данные по рабочим чертежам;

- посадку фундаментов на инженерно-геологический разрез;

- схему котлована;

- схему фундаментной подушки;

- схему дренажа;

- схему утепления основания;

- опалубочный чертеж фундамента;

- схему армирования фундамента;

- спецификацию материалов.

 

5. Завершив проектирование, и согласовав все детали, можно приступать к строительству фундамента.

Чтобы фундамент Вашего дома безопасно и надежно функционировал, важно не только правильно запроектировать его, но и правильно реализовать в жизни проектные решения. С этой целью необходимо предусмотреть сопровождение строительства фундамента. В целом, считаю, что реализовать проектное решение по фундаменту - под силу любому ответственному и добросовестному строителю либо строительной бригаде.
На эту тему - кому доверить строительство, кому доверить надзор - также открыто множество тем на форуме, так что оставлю ее за рамками своей.

 

Следующим циклом постов - постараюсь рассмотреть вопрос выбора типа основания и типа фундамента, с точки зрения инженера-геотехника.
Стоит сразу сказать - не имею предубеждения или ангажированности в сторону какого-то одного типа фундамента. Считаю, что правильное решение – это решение, которое:

1. соответствует требованиям нормативных документов;

2. является наиболее экономически целесообразным для заданных условий строительства.

И именно в этом ключе покажу, с картинками и с ссылками на нормативы, процесс проектирования фундамента.

 

Немного отвлечемся от фундаментов, покажу, в качестве иллюстрации к теме, пример того, как геотехнические расчеты помогли скорректировать неверные и небезопасные идеи, которые вполне могли привести к обрушению склона и сооружения на этом склоне.
Итак, имеется участок, на котором планируется строительство объекта. Участок расположен в пойме реки. С южной стороны участок ограничен крутым склоном высотою 10-14 м, с уклонами порядка 30-35 гр. Склон задернован, местами порос кустарниками и отдельными деревьями (береза, тополь, сосна) диаметром до 0.25 м.
Инженерно-геологические условия - сложные, кому интересно - файл во вложении.

 

Как и писал ранее - "Геотехническая категория объекта строительства представляет собой категорию его сложности с точки зрения геотехнического проектирования, которую определяют в зависимости от уровня ответственности объекта и сложности инженерно-геологических условий площадки строительства.
Как правило, инженер ПГС это требование не выполняет, а геотехник определяет геотехническую категорию в соответствии с СП 22.13330.2016, и, исходя из этого, уточняет и дополняет нормативные требования к проектируемому объекту."

В связи с вышесказанным, были назначены дополнительные изыскания, и в ходе дополнительных изысканий были построены расчетные разрезы по склону - см. вложения

 

Собственно, что сделано - сделан расчет устойчивости склона, оценка устойчивости склона производилась методом снижения прочностных характеристик с использованием метода конечных элементов (МКЭ) и упругопластической модели грунта [п. 5.2.3 СП 116.13330.2012].

Немного самоцитирования:

Расчет устойчивости проектируемых склонов и откосов производится исходя из условия:
k_st≤[k_st],
где [k_st] - нормированное значение коэффициента устойчивости склона (откоса); k_st - расчетное значение коэффициента устойчивости, определяемое как отношение удерживающих сил (моментов), действующих вдоль линии скольжения, к сдвигающим силам (моментам).
Значение [k_st] определяется в соответствии СП 116.13330.2012, и для рассматриваемого объекта находится в диапазоне 1,3…1,5.

Рисунок 3.1 – Общий вид расчетной модели склона до строительства

Рисунок 3.1 – Общий вид расчетной модели склона с учетом строительства подпорной стены

 

И результаты расчетов:
1. Местная устойчивость (рис.3.3) склона в естественном состоянии не обеспечена, расчетный коэффициент устойчивости приблизительно равен единице (1,049), что соответствует состоянию предельного равновесия, наблюдающемуся в моменты начала и завершения оползневого смещения. Наблюдается разрушение слоя ИГЭ-1.12 (насыпной грунт).


Рисунок 3.3 – Схема разрушения склона в естественном состоянии (анализируется местная устойчивость)

2. Общая устойчивость (рис.3.4) склона в естественном состоянии обеспечена, расчетный коэффициент устойчивости больше нормативно требуемого значения (2,26).

Рисунок 3.4 – Схема разрушения склона в естественном состоянии (анализируется общая устойчивость)

3. Местная устойчивость склона с учетом строительства подпорной стены и откоса (рис. 3.5) не обеспечена, расчетный коэффициент устойчивости меньше единицы (0,92).


Рисунок 3.5 – Схема разрушения склона с учетом строительства (анализируется местная устойчивость)

4. Общая устойчивость подпорной стены (рис. 3.6) не обеспечена, расчетный коэффициент устойчивости меньше единицы (0,96).

Рисунок 3.6 – Схема разрушения склона (анализ общей устойчивости подпорной стены)

 

Ну и выводы из проведенных расчетов:

1. Общая устойчивость склона в естественном состоянии обеспечена, а локальная – не обеспечена.

2. Общая и местная устойчивость склона с учетом строительства откоса и подпорной стены не обеспечена.

3. Исходя из п. 1 и п. 2, необходимо уточнить проектные решения в части инженерной защиты склона.

Те, кто внимательно читал и рассматривал прилагаемые схемы, наверное, уже догадались, что предлагаемое заказчиком к расчету решение - это возведение массивно-объемной подпорной стенки из габионов. Что в целом является неплохим решением, экономичнее (дешевле) массивной подпорной стены из железобетона, габионы являются проницаемой для воды структурой, да и с подходящим камнем в данном регионе проблем нет.
Но - не в этом конкретном случае.
Подбор параметров в рамках принятых проектных решений показал их полную нежизнеспособность, поскольку не обеспечивается как общая, так и местная устойчивость. Такое обстоятельство напрямую связано с тремя основными факторами:

• большая высота склона с уклонами порядка 30-35 гр;
• снижение прочностных характеристик грунтов, слагающих верхнюю часть склона, при водонасыщении (ИГЭ-16.2, ИГЭ-17.2, ИГЭ-19.2, ИГЭ-20.12);
• разработка откоса снижает устойчивость склона.

 

Поэтому были предложены и обоснованы предварительным расчетом - иные решения в части ПС и откоса, если интересно - продолжу по этому случаю.

А далее - хотел бы вернуться в русло темы, рассмотрев вопрос выбора типа основания и типа фундамента, с точки зрения геотехника.
На этом форуме есть много действительно достойных и грамотных специалистов по проектированию фундаментов, с удовольствием читаю их посты и темы. Именно их усилия привели к тому, что нормальные застройщики стали понимать необходимость как изысканий под строительство, так и необходимость проектирования в целом.
И действительно, даже далекий от сферы строительства застройщик, воспользовавшись, к примеру, этими FAQ - сможет сориентироваться.
Однако, поскольку не всем удобно перескакивать со ссылки на ссылку - постараюсь проиллюстрировать процесс проектирования фундамента - одним цельным повествованием, с минимально необходимыми общими иллюстрациями.

И повторюсь -

 

Продолжу, и рассмотрев, в постах выше - общий порядок проектирования фундамента, ниже рассмотрим вопрос выбора типа основания и типа фундамента, без перегрузок ссылками и специальными терминами.

Основными исходными данными для осуществления такого выбора являются:
- материалы изысканий;
- конструктивные решения надфундаментной части.
На основании этих данных и с учетом технического задания выполняется посадка фундамента на инженерно-геологический разрез (рис.1).

 

На этом этапе геотехник выбирает тип основания и тип фундамента исходя из опыта проектирования. Проектирование – это итерационный процесс, это говорит о том, что изначально мы не знаем правильного решения, поэтому в первом приближении назначаем параметры на основании опыта, а в дальнейшем, в ходе итераций, выполняется уточнение, и так происходит до тех пор, пока не получим правильное решение.
Как уже было сказано, правильное решение – это решение, которое:
1. соответствует требованиям нормативных документов;
2. является наиболее экономически целесообразным для заданных условий строительства.

 

Как только в первом приближении решение получено, далее начинается самый важный этап – расчеты. Именно на основании анализа результатов расчетов производится выбор типа основания и типа фундамента.

Расчет №1. Первым делом мы должны обеспечить прочность грунтового основания. Если несущей способности основания недостаточно для восприятия проектных нагрузок, то все дальнейшие расчеты абсолютно бессмысленные.


Рисунок 2 – Расчет грунтового основания по несущей способности