Несмотря на большое разнообразие грунтовых условий, которое, казалось, должно было бы способствовать разнообразию конструктивных решений фундаментов, долгое время практика строительства использовала всего несколько типов фундаментов. Сложившуюся ситуацию нельзя объяснить только консерватизмом фундаментастроителей.
Конечно, здесь сказывались и многочисленные аварии сооружений, которые приучали строителей к осторожности, однако большое влияние оказывали и такие факторы, как практически неограниченные возможности выбора площадок строительства с требуемыми или привычными свойствами грунтов, небольшая интенсивность нагрузок и т. д.
Это позволило, не расширяя номенклатуры конструктивных решений, ограничить диапазон рекомендуемых грунтовых условий. Бытовавшее правило: «Если сомневаешься (в грунтах) — забивай сваи» — определяло область применения свайных фундаментов. В настоящее время такой подход хотя и встречается, но чаще всего неприемлем из-за целого ряда современных проблем, связанных со стремлением к рациональному использованию земель, интересами экологии, необходимостью освоения развивающихся районов.
Все острее проявляются также тенденции современного строительства, связанные с возрастанием нагрузок на фундаменты, усложнением подземного хозяйства, строительством в стесненных условиях и др. Эти проблемы не только усложняют проектирование и строительство, но и снижают технико-экономические показатели некоторых известных типов фундаментов, часто не приспособленных к новым условиям ни конструктивно, ни технологически. Такая ситуация, например, все чаще возникает при применении столбчатых фундаментов на естественном основании.
Развитое подземное хозяйство промышленных предприятий вынуждает устраивать фундаменты глубиной б—8 и более метров с разработкой глубоких котлованов. Огромный опыт применения традиционных типов фундаментов и простота технологии продолжают играть основную роль и определять область их применения.
Одновременно с этим усложняющиеся условия строительства активизировали в последнее время разработку новых конструктивных решений и технологий возведения фундаментов, что, в свою очередь, отражается на сложности выбора проектных решений. Вероятно, и этим в. том числе объясняется слабая изученность области применения различных видов фундаментов, которая в настоящее время базируется, главным образом, на опыте проектирования и интуитивных соображениях, что приводит к большим отклонениям от оптимального решения.
Практикуемое вариантное проектирование чаще всего также не решает проблемы, поскольку отсутствует комплексный анализ выбор лучшего из 2—3 принятых вариантов не означает присутствие среди них оптимального. Что касается новых конструктивных решений, то их использование в проектной практике проблематично даже на стадии сравнения вариантов, поскольку для них, в большинстве случаев отсутствуют нормативные документы. В связи с этим разработка проекта и оценка технико-экономической эффективности, например, щелевых фундаментов, может быть выполнена только после окончания разработки проекта, содержащего типовые решения, что, однако, нарушает принцип сопоставимости проектных проработок.
Кроме того, сравнение стоимости конструкций из типовых проектов с оптимизированными их вариантами показывают, что даже для обычных железобетонных конструкций с достаточно устойчивыми параметрами составляющих материала, отклонения от оптимального решения могут быть от 5—7 до 30—40%. Что касается фундаментов, то, учитывая многообразие и сложность грунтовых условий, эти отклонения должны быть значительно выше. Наиболее объективно область применения различных видов фундаментов и проектных решений может быть оценена в результате проведения специальных исследований с применением экспериментального проектирования.
Такой подход стал возможен благодаря разработке методики по выбору проектных решений фундаментов, приведенной в Руководстве. Комплексный анализ области использования различных видов фундаментов массового применения, даже для отдельных регионов страны, требует проведения крупных исследований. Существенную роль играет также то, что щелевые фундаменты находятся в начальной стадии отработки и совершенствования конструктивных решений, способов производства работ и методов расчета. На Среднем Урале проводятся комплексные исследования по оптимизации проектных решений фундаментов.
В дальнейшем, по мере уточнения приведенных затрат, щелевые фундаменты могут быть включены в анализ с использованием разработанных в предыдущих работах типизированных грунтовых условий региона, нагрузок, зданий-представителей н т. д. Имеющийся в настоящее время опыт проектирования и строительства щелевых фундаментов позволяет сделать лишь некоторые предварительные обобщения и выводы, характеризующие их область применения.
Щелевые фундаменты следует отнести к новому конструктивному решению, несмотря на то, что они имеют много общего с исходной технологией способа «стена в грунте», применяемой традиционно для устройства подземных ограждающих конструкций. Причем новизна щелевых фундаментов заключается не только в отличии функционального назначения, но и в конструктивном и технологическом их оформлении.
Это предполагает и самостоятельную область применения таких конструкций. Наиболее важный и ответственный вопрос при оценке области применения фундаментов — диапазон рекомендуемых грунтовых условий. Наиболее эффективно применение щелевых фундаментов в необводненных пылевато-глинистых грунтах с показателем текучести от твердого до тугопластичного включительно. Это объясняется высокой структурной прочностью таких грунтов, что позволяет применять фундаменты глубиной не более 6—8 м для широкого диапазона внешних нагрузок.
Эффективность таких решений возрастает в результате применения общестроительных механизмов и методов производства работ. Область применения щелевых фундаментов в этих условиях достаточно подробно отражена в предыдущих разделах. В промышленном и гражданском строительстве щелевые фундаменты могут также найти применение в любых сжимаемых грунтах, кроме илов, рыхлых насыпных грунтов, грунтов с крупными включениями твердых глыб и обломков, затрудняющих разработку траншеи и т. д.
Опирание подошвы фундаментов также допускается на все виды грунтов, за исключением заторфованных и слабых пылевато-глинистых грунтов, находящихся в текуче-пластичном и текучем состоянии. Как и при применении свайных фундаментов, щелевые фундаменты наиболее эффективны в случае опирания подошвы на скальные и плотные малосжимаемые грунты. При расположении несущего слоя на глубине 3—6 м, характерном для Среднего Урала, щелевые фундаменты, не имеющие плитной части, оказываются экономичнее по сравнению с традиционными конструкциями.
В случае неравномерного залегания кровли несущего слоя, щелевые фундаменты имеют преимущества как перед фундаментами, устраиваемыми в котловане, так и перед свайными, поскольку позволяют заглублять подошву в несущий слой разной глубины, не требуют срубки голов забивных свай и устройства ростверка. Отсутствие общего котлована до отметки подошвы фундаментов способствует сохранению природной структуры грунта.
В сжимаемых грунтах большой мощности экономически целесообразно применение щелевых столбчатых фундаментов взамен фундаментов на естественном основании глубиной более 3 м. Ленточные фундаменты из монолитного бетона более экономичны аналогичных сборных фундаментов на естественном основании при глубине заложения последних ниже уровня пола подвала или техподполья, не менее 1 м.
К недостаткам щелевых фундаментов в настоящее время следует отнести сравнительно большой расход бетона. Это часто снижает их эффективность по сравнению с известными решениями, несмотря на то, что по трудоемкости, объему земляных работ, расходу стали и срокам строительства щелевые фундаменты в большинстве случаев имеют существенные преимущества. Большой расход бетона объясняется, главным образом, низкой несущей способностью грунта основания из-за разуплотнения стенок и дна траншеи при ее разработке.
В предыдущих разделах описаны различные способы повышения эффективности работы щелевых фундаментов. Одним из наиболее перспективных, на наш взгляд, является комбинированный способ устройства щелевых фундаментов с доуплотнением стенок и дна траншеи плоскими трамбовками с одновременным формированием в грунте котлована для встроенного подколонника. Этот способ позволяет, сохраняя преимущества щелевых фундаментов, в значительной степени исключить их недостатки.
В грунтовых условиях Среднего Урала такой способ может получить широкое распространение не только в промышленном, но и, с некоторыми изменениями, в жилищном и гражданском строительстве. Существенно отражается на эффективности щелевых фундаментов отсутствие собственных методов расчета. Временно применяемые известные методы расчета глубоких опор и набивных свай неполно отражают характер работы щелевых фундаментов, о чем свидетельствуют результаты имеющихся экспериментальных исследований.
Кроме того, действующие нормы проектирования, в частности СНиП 2.02.01—83 и СНиП 2.02.03—85, ставят в неравные условия применения фундаменты мелкого и глубокого заложения. Несмотря на то. что, как показывает опыт строительства и эксплуатации, надежность фундаментов глубокого заложения выше, расчетная несущая способность свайных фундаментов фактически оказывается заниженной в 1,68 раза в результате одностороннего применения коэффициентов условий работы и надежности
Этим не преследуется цель подвергать критике существующие методы расчета, тем более, что их недостатки известны и, кроме того, можно найти много объяснений такому осторожному подходу при проектировании свайных фундаментов. Речь идет только о возможности повышения эффективности применения щелевых фундаментов в результате разработки инженерных методов расчета.