Очень давно я описывал механизм работы малозаглубленного ленточного фундамента, то есть такого, чья подошва располагается выше глубины промерзания.
У МЗЛФ есть два характерных элемента: продольное армирование и песчаная подсыпка
Правда, "уйдя в народ", МЗЛФ приобрел, так скажем, спорный вариант решения песчаной подсыпки:
Зачастую просто роется траншея, шириной, равной ширине фундамента, ее дно засыпается песком, трамбуется, ставится арматура, опалубка цокольной части (над грунтом), и затем траншея вместе с цоколем заливается бетоном.
В таком виде эффект от песчаной подушки минимален. Практически с тем же успехом (или неуспехом, но все равно тем же самым) такую подушку можно и не делать, а сразу лить бетон в траншею. Если же хотите, чтобы толк от нее был - подушка должна быть шире фундамента. Соответственно, и котлован должен быть шире фундамента, а сам фундамент, таким образом, весь должен изготавливаться в опалубке. А потом боковые пазухи фундамента следует заполнить песком. Таким образом, песчаная "подушка" скорее должна называться песчаной "ванной". Об этом я писал ранее (и не раз)
В очередной раз повториться меня побудило желание дополнить свою мысль объективными данными.
Аналогично пучинистым грунтам в части воздействия на подошву фундамента ведут себя т.н. набухающие грунты, которые также умеют увеличиваться в объеме, но не от замерзания в них воды, а от самой воды. И также они давят на подошву фундамента, стремясь вытолкнуть его вверх.
Одним из апробированных методов строительства на набухающих грунтах является устройство песчаных компенсирующих подушек под фундаментами.При давлении снизу логично, что сначала поднимаются менее загруженные участки грунта - то есть, по сторонам от фундамента. И если подушка будет из т.н. несвязного грунта - того же песка, и она будет шире фундамента, то из-за этой "несвязанности" разнонагруженные участки подушки будут относительно свободно "проскальзывать" друг относительно друга. И таким образом, значительная часть давления набухания как бы уйдет в стороны от фундамента.
В книге известного специалиста-геотехника Сорочана Е.А. "Строительство сооружений на набухающих грунтах" приводились результаты вот такого эксперимента: в лоток с подъемным днищем засыпали песок, на поверхность которого ставили жесткий штамп. И проверяли эффективность работы подушки путем сравнения отношения подъема штампа к подъему днища при различных параметрах подушки. Чем меньше это отношение - тем эффективность подушки признавалась выше. Что же выяснилось в лаборатории?
1. Увеличение толщины подушки усиливает ее эффект, причем сначала эффект растет быстрее увеличения относительной толщины (относительно ширины фундамента), но постепенно при приближении к относительной толщине, равной двум, эффект достигает своего максимума и больше не растет.
2. Примерно такая же зависимость наблюдается и при увеличении ширины подушки. Если она равна ширине фундамента (как это чаще всего и бывает у самостройщиков), то только в начальный момент возможно отставание в подъеме штампа, не имеющее реального значения. Минимальное значение эффективной ширины подушки оказывается равным 1,5 ширины фундамента. А уже при отношении, равном 2, опыты в лаборатории показали 5-кратно меньший подъем штампа по сравнению с подъемом днища. После достижения относительной ширины, равной 3,5, усиление эффекта прекращалось.
Схожую картину продемонстрировали полевые опыты с реальными набухающими грунтами, но абсолютные показатели отношения подъемов оказались в 2...5 раз хуже, чем в лаборатории. Впрочем, учитывая, что лабораторные опыты показали итоговое снижение деформаций на порядок - реальные результаты тоже можно считать значительным улучшением.
Какие ещё были обнаружены зависимости в полевых и лабораторных экспериментах:
3. Желательно наличие значительной разницы давления на грунт в плоскости подошвы фундамента между, собственно, подошвой фундамента и соседними участками - примерно трех...четырехкратное. И для малоэтажных зданий из лёгких материалов это может становить сложно выполнимым требованием. Помочь в его выполнении может уменьшение глубины заложения фундамента и уменьшение ширины подошвы.
4. При относительно небольшом подъеме основания лучше ведет себя слабоуплотненная подушка. Однако с ростом деформаций лучше уже проявляет себя хорошо уплотнённый песок, но без фанатизма. Это можно считать универсальной рекомендацией, хотя в некоторых частных случаях, например, для совсем лёгких зданий в слабопучинистых грунтах, подушку лучше сыпать без уплотнения.
5. Увеличение крупности песка ухудшает условия работы подушки. Но поскольку мелкий и пылеватый песок сам может быть пучинистым, для противопучинистой подушки оптимальным вариантом становится песок средней крупности (с модулем крупности 1,5...2,0). Крупный, гравелистый песок, а также - отсев и ПГС допустимы, если какие-то другие требования становятся преобладающими. В крайне редких исключениях возможно применение мелкого песка.
6. В целом успех "мероприятия", отдельные аспекты которого описаны выше в пп. 1...5 напрямую зависит от формирования т.н. уплотненного ядра внутри подушки непосредственно под подошвой фундамента.
А для этого нужна достаточная толщина подушки, минимум которой в книге Сорочана обозначен как 0,75 м. Но, есть подозрение, что это опечатка, и правильнее читать "0,75 ширины фундамента".
Оптимальной же толщиной в книге (а в также нормативной литературе) обозначена величина 1...1,2 ширины фундамента (и как написано выше - больше двух нет никакого смысла). Оптимальной шириной подушки названа 2,2 ширины подошвы (и 3,5 - максимально разумной).
7. Ленточные фундаменты, конструктивными мероприятиями объединенные в единую систему со стенами, проявляют себя гораздо лучше слобчатых. Обычно, что набухание, что пучение, происходят неравномерно, а жесткость ленточного фундамента позволяет "переносить" нагрузку от здания на зоны локального повышения "выдавливающей" нагрузки, полностью или частично компенсируя её.
Как видно, песчаная подушка - это комплексное мероприятие с многочисленными вариациями, в зависимости от конкретных условий. Она позволяет добиться уменьшения деформаций фундамента по сравнению с деформациями основания на 30...50%, что минимум на эту величину снижает усилия в конструкциях, вызванные неравномерным подъемом основания. Но, как я уже сказал, для этого подушка должна быть довольно "пухлой" и увязана с другими конструктивными решениями, а не просто чисто номинально воспроизведена.