Теплоизоляция малозаглубленных фундаментов в системах ПЕНОПЛЭКС

Обеспечение эксплуатационной надежности при одновременном снижении материальных затрат и экономии трудовых ресурсов при строительстве является важной частью программы малоэтажного и коттеджного строительства.

Применение новых технологий и материалов при строительстве различных сооружений позволяет добиться значительной экономии ресурсов, снизить трудоемкость и продолжительность строительства. Сложные грунтовые условия широко распространены в РФ. При возведении малоэтажных зданий строителям приходится сталкиваться с решением вопросов, обусловленных наличием пучинистых грунтов в основании фундаментов. Значительную долю общей стоимости зданий составляют затраты на устройство фундаментов.

Пучинистые грунты – грунты, которые изменяют свой объем и свойства при промерзании – оттаивании. К ним относятся глины, суглинки, супеси, пылеватые и мелкие пески, а также крупнообломочные грунты с включением выше перечисленных грунтов более 35 % объема. При замерзании грунта развиваются силы нормального и касательного пучения, которые, воздействуя на фундамент, могут вызвать его перемещение и деформации надфундаментных конструкций.

Практически непучинистыми грунтами могут быть: мелкие и пылеватые пески и глинистые грунты твердой консистенции при глубоком залегании уровня грунтовых вод, а именно мелкие пески при z > 0,5 м, пылеватые пески при z >1,0 м, супеси при z >1,5 м, суглинки при z > 2,5 м и глины при z > 3,0 м (z – глубина залегания уровня грунтовых вод, считая от подошвы слоя сезонного промерзания).

Непучинистые грунты – грунты, которые не изменяют свой объем и свойства при промерзании – оттаивании. К ним относятся галька, гравий, щебень, крупно- и среднезернистые пески, а также их смеси. Кроме того, к непучинистым грунтам относятся промышленные шлаки, не подверженные химическому разложению, и горелые породы шахтных терриконов.

Сезонно-мерзлые грунты – грунты, находящиеся в мерзлом состоянии периодически в течение холодного сезона.

При устройстве фундаментов на пучинистых грунтах с целью уменьшения глубины промерзания грунта в территориальных строительных нормах ТСН МФ-97 МО при проектировании и устройстве мелкозаглубленных фундаментов малоэтажных зданий рекомендуется «применение утеплителей, укладываемых под отмостку» с обязательной защитой их гидроизоляцией.

С освоением промышленного выпуска экструдированного пенополистирола в Скандинавских странах, Канаде и США разработаны стандарты для проектирования и строительства фундаментов мелкого заложения с использованием экструдированного пенополистирола в качестве теплоизолирующего слоя, уменьшающего глубину сезонного промерзания грунта в основании зданий.

Рекомендации составлены на основе стандарта СТО 36554501-012-2008, разработанного с учетом опыта использования теплоизолированных фундаментов мелкого заложения (ТФМЗ) в Америке и Европе, а также особенностей инженерно-геологических, гидрогеологических, климатических условий и опыта строительства малоэтажных зданий в РФ. Рекомендации касаются вопросов проектирования и строительства теплоизолированных фундаментов мелкого заложения на естественном основании, использующих теплоизоляцию из плит полистирольных вспененных экструзионных для предотвращения пучения фундаментов при сооружении их на сезонно-промерзающих грунтах.


Общие положения по проектированию

Теплоизолированный фундамент мелкого заложения (ТФМЗ) – фундамент на естественном основании (столбчатый, ленточный, фундаментная плита), подошва которого находится в слое сезонного промерзания, а сам фундамент защищен от выпучивания с помощью плит экструзионного пенополистирола и устройства в его основании подушки из непучинистого грунта, которым также засыпаются пазухи котлованов.

ТФМЗ должны проектироваться на основе нормативных документов и с учетом:
– результатов инженерно-геологических и гидрогеологических изысканий для площадки строительства;
– прогноза изменения инженерно-геологических и гидрогеологических условий площадки в период строительства и эксплуатации;
– климатических условий района строительства;
– данных, характеризующих назначение, конструктивные и технологические особенности здания и условия его эксплуатации;
– нагрузок, действующих на фундаменты;
– наличия существующей застройки и влияния на нее нового строительства;
– экологических требований;
– технико-экономического сравнения возможных вариантов проектных решений.

При проектировании должны быть предусмотрены решения, обеспечивающие надежность, долговечность и экономичность сооружений на всех стадиях строительства и эксплуатации.

Используемые при устройстве ТФМЗ грунты, материалы, изделия и конструкции должны удовлетворять требованиям проектов, соответствующих стандартов и технических условий. Замена предусмотренных проектом грунтов, материалов, изделий и конструкций, входящих в состав возводимого здания или его основания, допускается только по согласованию с проектной организацией и заказчиком.

При проектировании и возведении ТФМЗ из монолитного и сборного бетона или железобетона следует руководствоваться СНиП 52-01, СНиП 2.03.11 и СНиП 3.04.01, а также соблюдать требования нормативных документов по организации строительного производства, технике безопасности и охране окружающей среды, правил пожарной безопасности при производстве строительно-монтажных работ.

При производстве земляных работ следует выполнять приемочный контроль, руководствуясь СНиП 12-01 и СНиП 3.02.01 .Приемку ТФМЗ следует выполнять с составлением актов на скрытые работы. При необходимости в проекте допускается указывать другие элементы, подлежащие промежуточной приемке, с составлением актов на скрытые работы.

При проектировании должна быть предусмотрена срезка экологически чистого плодородного слоя почвы для последующего использования его в целях восстановления (рекультивации) нарушенных или малопродуктивных сельскохозяйственных земель, озеленения района застройки и т.п.


Конструирование фундаментов с применением плит ПЕНОПЛЭКС

ПЕНОПЛЭКС – теплоизоляционные плиты (ТУ 5767-006-56925804-2007) из вспененного экструзионного пенополистирола (табл.1).

Таблица 1
Технические характеристики плит полистирольных вспененных экструзионных ПЕНОПЛЭКС


В конструкции плиты ПЕНОПЛЭКС могут размещаться вертикально по внешнему периметру поверхности фундамента и цоколя отапливаемого здания (вертикальная теплоизоляция). Горизонтальная теплоизоляция – плиты ПЕНОПЛЭКС, размещенные горизонтально в отапливаемых зданиях по их наружному периметру на уровне заложения подошвы фундаментов, в неотапливаемых зданиях и отдельно стоящих колоннах – под подошвой фундаментов, выходя за периметр здания или отдельно стоящего фундамента.

Теплоизоляционной «юбкой» называют – для неотапливаемых зданий и отдельно стоящих опор – часть горизонтальной изоляции, выходящей за контур здания или контур фундамента опоры. Для отапливаемого здания – горизонтальная теплоизоляция за контуром здания, расположенная на глубине заложения подошвы фундамента и граничащая с вертикальной изоляцией.

В качестве ТФМЗ используются фундаменты на грунтовой подушке (столбчатые, ленточные или фундаментные плиты), подошва которых закладывается на глубину 0,4 м в отапливаемых зданиях и на глубину 0,3 м в неотапливаемых зданиях и под отдельно стоящие опоры. Размеры фундамента определяют расчетом согласно СНиП 2.02.01.

Во избежание выпучивания фундаментов при сезонном промерзании грунта ТФМЗ включают в себя специальным образом уложенную теплоизоляцию из плит ПЕНОПЛЭКС, позволяющую уменьшить глубину сезонного промерзания под подошвой фундамента и удержать границу промерзания в слое непучинистого грунта (грунтовой подушке), устраиваемого в отапливаемых зданиях непосредственно под подошвой фундаментов толщиной Н, в неотапливаемых зданиях и отдельно стоящих опорах – под слоем теплоизоляции, на который опирается сам фундамент.

Во избежание деформаций фундамента от действия касательных сил пучения пазухи котлованов засыпаются непучинистым грунтом. В качестве материала для устройства подушки может быть использован песок гравелистый, крупный и средней крупности, мелкий щебень, котельный шлак. В случае необходимости увеличения несущей способности основания целесообразно применять песчано-щебеночную подушку, состоящую из смеси песка крупного, средней крупности (40 %), щебня или гравия (60 %).

Устройство подушек и засыпку пазух и траншей следует выполнять с послойным трамбованием или уплотнением площадочными вибраторами. При применении щебеночных подушек для сохранения плит ПЕНОПЛЭКС от продавливания следует применять выравнивающий слой песка, превышающий по толщине фракцию щебня в 2 раза.

Для защиты грунтов основания от обводнения поверхностными и грунтовыми водами на дневной поверхности по периметру здания по песчаной подготовке толщиной 5 см на ширину теплоизоляционной юбки устраивается асфальтовая или бетонная отмостка толщиной 2-3 см. Отмостке придается уклон от здания 3 %. Кроме того, в грунтовой подушке вблизи ее подошвы по всему периметру теплоизоляционной юбки устраивается трубчатый дренаж с выпуском в ливневую канализацию или в пониженные места за пределами здания.

В отапливаемых зданиях плиты ПЕНОПЛЭКС толщиной dv укладываются вертикально по внешней поверхности фундамента и цоколя здания на высоту не менее 1,0 м от подошвы фундамента и горизонтально за контуром здания на глубине заложения подошвы фундамента на ширину Dh, с образованием теплоизоляционной юбки толщиной dh по всему наружному периметру фундамента (кроме углов) и толщиной dc на углах и длиной участков Lc по углам здания.

Схема укладки и параметры теплоизоляционного слоя в фундаментах отапливаемых зданий с теплоизоляцией пола и без показаны соответственно на рис.1 и 2. На рис.1 принята теплоизоляция пола из плит ПЕНОПЛЭКС толщиной 100 мм. Схема на рис.2 не применяется в жилых зданиях, т.к. в жилых зданиях обязательно устраивать утепление пола по грунту (по СНиП 23-02), а применяется схема, указанная на рис.1.

Рис. 1. Схема укладки теплоизоляции в фундаментах отапливаемых зданий с теплоизоляцией пола: 1 – фундамент; 2 – стена здания; 3 – пол здания; 4 – горизонтальная теплоизоляция ПЕНОПЛЭКС; 5 – вертикальная теплоизоляция ПЕНОПЛЭКС; 6 – защитное покрытие; 7 – песчаная подготовка под отмостку; 8 – асфальтовая или бетонная отмостка; 9 – непучинистый грунт; 10 – дренаж; 11 – теплоизоляция пола

Рис. 2. Схема укладки теплоизоляции в фундаментах отапливаемых зданий без теплоизоляции пола: 1 – фундамент; 2 – стена здания; 3 – пол здания; 4 – горизонтальная теплоизоляция ПЕНОПЛЭКС; 5 – вертикальная теплоизоляция ПЕНОПЛЭКС; 6 – защитное покрытие; 7 – песчаная подготовка под отмостку; 8 – асфальтовая или бетонная отмостка; 9 – непучинистый грунт; 10 – дренаж

Неотапливаемые здания – здания с температурой воздуха в помещениях зимой, равной или ниже 5 °С. В неотапливаемых зданиях ПЕНОПЛЭКС укладывается только горизонтально под подошвой фундамента в пределах всего здания и изоляционной юбки, которая выступает за контур здания на ширину Dh. Толщина слоя ПЕНОПЛЭКС принимается постоянной и равной dh (рис.3, 4 и 5).
Под отдельно стоящей или ленточной опорой ПЕНОПЛЭКС укладывается горизонтально непосредственно под подошвой фундамента, выступая за его контуры на ширину Dh, и имеет толщину dh (рис. 6 и 7).

Рис. 3. Схема укладки теплоизоляции в фундаментах неотапливаемых зданий: I – фундамент; 2 – стена здания; 3 – пол здания; 4 – горизонтальная теплоизоляция ПЕНОПЛЭКС; 5 – асфальтовая или бетонная отмостка; 6 – песчаная подготовка под отмостку; 7 – непучинистый грунт; 8 – дренаж

Рис. 4. Схема укладки теплоизоляции в фундаментах зданий с переменным режимом эксплуатации (отапливаемое – неотапливаемое): 1 – фундамент; 2 – стена здания; 3 – пол здания; 4 – горизонтальная теплоизоляция ПЕНОПЛЭКС; 5 – вертикальная теплоизоляция ПЕНОПЛЭКС; 6 – защитный слой; 7 – песчаная подготовка под отмостку; 8 – асфальтовая или бетонная отмостка; 9 – непучинистый грунт; 10 – дренаж

Рис. 5. Схема укладки теплоизоляции в фундаментах зданий с невентилируемым подпольем и переменным режимом эксплуатации (отапливаемое – неотапливаемое): 1 – фундамент; 2 – стена здания; 3 – пол здания; 4 – невентилируемое подполье; 5 – вертикальная теплоизоляция ПЕНОПЛЭКС; 6 – защитный слой; 7 – песчаная подготовка под отмостку; 8 – асфальтовая или бетонная отмостка; 9 – горизонтальная теплоизоляция ПЕНОПЛЭКС; 10 – дренаж; 11 – непучинистый грунт; 12 – парозащитный слой

Если у отапливаемых зданий имеются холодные пристройки, например, террасы, крыльца, то теплоизоляционной юбке придается форма, показанная на рис. 8, а ширина юбки увеличивается на ширину пристройки. При этом ее параметры Dh и dh принимаются как для неотапливаемого здания.

Рис. 6. Схема укладки теплоизоляции в фундаментах отдельно стоящих опор: 1 – опора; 2 – фундамент; 3 – теплоизоляционный слой ПЕНОПЛЭКС: 4 – песчано-гравийная смесь; 5 – водоупорный слой

Рис. 7. Схема укладки теплоизоляции при устройстве ленточной опоры: 1 – ленточная опора; 2 – фундамент; 3 – теплоизоляционный слой ПЕНОПЛЭКС; 4 – песчано-гравийная смесь; 5 – отмостка; 6 – песчаная подготовка под отмостку

Рис. 8. Сопряжение отапливаемого здания с холодной пристройкой: 1 – фундамент существующего здания; 2 – фундамент пристройки; 3 – стена существующего отапливаемого здания; 4 – теплоизоляционные плиты ПЕНОПЛЭКС; 5 – дренаж; 6 – песчано-гравийная смесь; 7 – стена пристройки; 8 – отмостка

Для защиты вертикальной изоляции, расположенной на внешней поверхности фундамента и цоколя здания, от механических повреждений, атмосферных воздействий, ультрафиолетового излучения и обеспечения долговечности конструкции необходимо предусмотреть светонепроницаемое и стойкое к атмосферным воздействиям защитное покрытие, которое совместимо с материалом изоляции. Защитное покрытие заглубляется в грунт на 15 см (рис.1).

Для защиты горизонтальной теплоизоляционной юбки от механических повреждений, возникающих в результате воздействия колесной или точечной нагрузки на асфальтовое покрытие или тротуарную плитку в процессе эксплуатации, должна быть предусмотрена защита теплоизоляционных плит ПЕНОПЛЭКС листовым материалом. Защитный листовой материал может быть изготовлен на основе цементно-волокнистых плит либо другого материала и предназначен для использования в грунте. Защитный слой располагается на верхней поверхности теплоизоляционных плит ПЕНОПЛЭКС.


Расчеты теплоизоляции фундаментов и оснований

Расчеты теплоизоляции фундаментов заключаются в определении:
Dh – ширины юбки из горизонтальной теплоизоляции, уложенной по периметру здания;
Lc – длины участков по углам здания с толщиной горизонтальной теплоизоляции на углах равной dc;
dv – толщины вертикальной теплоизоляции;
dh – толщины горизонтальной изоляции, уложенной по периметру здания (кроме углов);
dy – условной глубины промерзания непучинистого грунта.

Размеры теплоизоляции и толщина грунтовой подушки определены методом математического моделирования теплового взаимодействия здания или отдельно стоящей опоры с грунтами основания. Результаты моделирования размещены в СТО 36554501-012-2008 (табл. 1-4). По таблицам определяют для каждого из видов фундаментов (отапливаемых зданий, зданий без теплоизоляции пола, неотапливаемых зданий, отдельно стоящих опор) параметры теплоизоляции.

Входными параметрами в таблицы являются средняя годовая температура наружного воздуха (СГТВ), определяется согласно СНиП 23-01, и индекс мороза (ИМ).

Среднегодовая температура воздуха (СГТВ) – сумма отрицательных и положительных градусо-часов наружного воздуха за год, деленная на продолжительность года. Обеспеченность СГТВ принимается 50 %. Определяется по СНиП 23-01.

Индекс мороза (ИМ) – абсолютное значение отрицательных градусо-часов наружного воздуха с обеспеченностью 1 % или наступлением события с вероятностью один раз в 100 лет. Индекс мороза с такой обеспеченностью не применяется в строительной практике на территории РФ. Необходимые значения ИМ получаются путем специальных вычислений. Такая обеспеченность обусловлена высокими требованиями к долговечности фундаментов. При пониженных требованиях к долговечности фундамента можно принимать значение обеспеченности ИМ 2 % (наступление события с вероятностью один раз в 50 лет). Для ориентировочных расчетов величина ИМ может быть принята по схематической карте.

Если расчетные значения СГТВ и ИМ не совпадают с табличными, то принимается ближайшее табличное значение СГТВ в меньшую сторону, а ИМ – в большую сторону.

Толщина теплоизоляции принимается по ближайшему типоразмеру в большую сторону.

Толщина грунтовой подушки для отапливаемых зданий с температурой воздуха в помещениях зимой не ниже 17 °С принимается равной 0,2 м, с температурой воздуха ниже 17 °С, но выше 5 °С – 0,4 м.


Технология производства работ

При устройстве ТФМЗ следует руководствоваться требованиями СНиП 12-01, а также соблюдать требования нормативных документов по организации строительного производства, геодезическим работам, технике безопасности, правилам пожарной безопасности при производстве строительно-монтажных работ и охране окружающей среды.

Устройству ТФМЗ должны предшествовать следующие подготовительные работы: вырубка кустарника и корчевка пней; осушение площадки путем устройства водоотводных и нагорных канав, кюветов, лотков и т.п., с отводом воды в пониженные места; устройство подъездных путей и ЛЭП; строительство инженерных сетей до колодцев ввода и заглубленных конструкций, предусмотренных проектом.

К технологии производства работ по устройству ТФМЗ предъявляются следующие требования: избегать избыточного водонасыщения грунтов в основании фундаментов, предохранять их от промерзания в период строительства.

Строительство ТФМЗ начинают с устройства котлована, размер которого по дну принимается не менее размеров в плане горизонтальной изоляции, а в отапливаемых зданиях – плюс ширина фундамента. Для отапливаемых зданий котлован устраивается на глубину 0,6 м, для неотапливаемых зданий и под отдельно стоящими опорами – на глубину сезонного промерзания непучинистого грунта dp, которая определяется расчетом. Крутизна откосов котлована принимается 1:1.

В готовый котлован до уровня подошвы фундаментов в отапливаемых зданиях и подошвы теплоизоляции в неотапливаемых зданиях и под отдельно стоящими опорами слоями отсыпается непучинистый грунт и послойно уплотняется до плотности скелета грунта не менее 1600 кг/м³. При этом толщина слоя назначается в зависимости от применяемых для уплотнения механизмов. В грунтовой подушке устраивается трубчатый дренаж.

На поверхность грунтовой подушки укладываются плиты ПЕНОПЛЭКС и устанавливаются фундаменты отапливаемых зданий. В неотапливаемых зданиях и под отдельно стоящими опорами фундаменты устанавливаются непосредственно на поверхность плиты ПЕНОПЛЭКС.

При производстве фундаментных работ следует руководствоваться нормативными документами на производство бетонных и железобетонных работ, а также местным опытом строительства. После монтажа сборных фундаментов или устройства монолитного фундамента следует произвести обратную засыпку пазух котлована непучинистым грунтом с его тщательным уплотнением.

После окончания фундаментных работ и засыпки пазух котлована надлежит закончить планировку площадки вокруг дома с обеспечением стока воды от здания.

Работы нулевого цикла подлежат приемке представителем авторского и технического надзора на всех стадиях их выполнения с составлением актов скрытых работ на перечисленные ниже конструктивные элементы и технологические процессы:
а) работы по устройству системы водоотлива и осушения, а также другие подготовительные работы; к акту следует прикладывать исполнительные планы, продольные и поперечные профили дренажных канав;
б) работы по устройству предусмотренных проектом инженерных сетей;
в) освидетельствование грунтов котлованов, осмотр в натуре следует сопоставить с данными изысканий и в случае их несовпадения внести коррективы в проект;
г) работы по устройству грунтовой подушки, осмотр в натуре надо подкреплять данными лабораторных испытаний по определению плотности материала грунтовой подушки; только в том случае, если она соответствует проектной, можно приступать к укладке плит ПЕНОПЛЭКС и устройству фундаментов;
д) работы по устройству горизонтальной теплоизоляции;
е) работы по устройству фундаментов, гидроизоляции, вертикальной теплоизоляции и засыпке пазух котлована.

«Мостики холода». В отапливаемых зданиях в случае, когда плоскость стены здания не совпадает с плоскостью внешней вертикальной поверхности фундамента, вертикальной изоляции в месте сопряжения плоскостей придается излом во избежание образования «мостика холода» (рис. 9). В процессе проектирования и строительства ТФМЗ необходимо предусмотреть мероприятия по недопущению возникновения «мостиков холода».

Рис. 9. Схема укладки штат ПЕНОПЛЭКС для устранения «мостиков холода»

Рекомендации по применению экструдированного пенополистирола относятся к отапливаемым и неотапливаемым одно- и двухэтажным жилым, коммерческим, сельскохозяйственным зданиям и отдельно стоящим опорам с условием, что конструктивные требования, не касающиеся вопросов защиты от пучения, соответствуют строительным нормам и правилам или принятым методам проектирования.

Размещение подошвы фундаментов на малой глубине (0,3-0,4 м) от дневной поверхности значительно сокращает трудоемкость и стоимость работ по возведению малоэтажных зданий и отдельно стоящих опор.


Иллюстрации предоставлены ГК ПЕНОПЛЭКС