Щелевые фундаменты, представляющие собой одну из разновидностей конструкций, возводимых по технологии «стена в грунте», были впервые разработаны на Среднем Урале в 1982 году. Эта инновационная методика стала ответом на потребности в эффективных фундаментах массового применения.
Эволюция технологии и преодоление барьеров
В последующие годы научные и инженерные изыскания были сосредоточены на улучшении конструктивных решений, уточнении методов расчёта, оптимизации производственных процессов и активном внедрении щелевых фундаментов в практику. Началась также работа над созданием сборно-монолитных и сборных вариантов таких оснований. Однако на начальном этапе распространение технологии сдерживалось несколькими факторами. Во-первых, ощущалась нехватка специализированной землеройной техники, а общестроительные экскаваторы не были приспособлены для разработки узких траншей требуемой ширины.
Парк стандартных экскаваторов того времени был ориентирован в основном на рытьё котлованов и не комплектовался навесным оборудованием (таким как грейферные ковши шириной 400-800 мм), необходимым для щелевых фундаментов. Другим серьёзным препятствием была высокая трудоёмкость классической технологии «стена в грунте». Особенно это касалось устройства так называемого «воротника» — конструкции для укрепления краёв траншеи, которая обычно изготавливалась из железобетона, требовала много материалов и сложного, малопроизводительного монтажа с большим объёмом ручного труда.
Кроме того, традиционный метод обязывал вести разработку траншеи под защитой глинистого раствора, что увеличивало сложность и стоимость работ. Однако специфика грунтовых условий региона (возможность устройства неглубоких фундаментов выше уровня грунтовых вод) позволила в сухих грунтах отказаться от этого требования. Совместно с усовершенствованием конструкции воротника это дало значительный импульс для повышения технико-экономических показателей и конкурентоспособности щелевых фундаментов.
Отработка технологии и первые практические шаги
Для проведения исследований и экспериментального строительства был создан опытный образец навесного оборудования для экскаватора ЭО-4121, включавший зауженный ковш типа «обратная лопата» и удлинённую стрелу. Также были изготовлены инвентарные металлические воротники. Это оборудование позволяло разрабатывать траншеи шириной 600 мм и глубиной до 7.5 метров. Технология была рассчитана на применение как модифицированной общестроительной, так и специализированной техники.
Промышленное применение щелевых столбчатых фундаментов на Урале началось в 1984 году. Анализ условий первой строительной площадки показал возможность устройства неглубоких фундаментов «сухим» способом. Конструктивно они представляли собой отдельно стоящие прямоугольные стенки с опорным подколонником стаканного типа. Для отработки технологии и контроля несущей способности был предусмотрен опытный полигон.
Оценка оборудования и экономический эффект
Применение ковша «обратная лопата» выявило его сильные и слабые стороны. К преимуществам относилась чистота разработки: на дне траншеи практически не оставалось разрыхлённого грунта, что избавляло от необходимости дополнительной зачистки и теоретически позволяло использовать повышенные коэффициенты при расчёте основания. Оборудование было общедоступным и взаимозаменяемым.
Однако обнаружились и существенные недостатки: ограниченная глубина копания, сложность получения ровного контура короткой траншеи, зависимость длины траншеи от глубины и её криволинейное сечение. Эти минусы снижали экономическую эффективность. В некоторых случаях расход бетона на щелевые фундаменты даже превышал расход на традиционные фундаменты мелкого заложения на 5-10%. Было сделано заключение, что ковш «обратная лопата» может быть рекомендован для столбчатых фундаментов глубиной до 4-5 метров лишь при отсутствии грейферного оборудования, и более целесообразен для устройства щелевых ленточных фундаментов.
Несмотря на это, внедрение технологии показало положительные результаты. Например, на одном из объектов фактический экономический эффект от замены фундаментов серии 0-221 на щелевые составил 132.6 тысяч рублей. В другом случае, для одноэтажного промышленного здания, применение щелевых фундаментов (сечением 2x0.6 м с подколонником 1x1 м) из бетона повышенной плотности позволило получить расчётный экономический эффект в 29 тысяч рублей при сметной стоимости альтернативных сборных фундаментов в 54.7 тысяч рублей.