Дом на склоне: фундаменты и подпорные стены. Взгляд геотехника

Доброго времени суток, уважаемые форумчане. Выношу на Ваше рассмотрение и обсуждение - свои профессиональные суждения о проектировании домов на склоне.
Во многом, эта тема является продолжением моей первой темы:
Как правильно выбрать вид и тип подпорного сооружения. Взгляд геотехника
поэтому будут периодические отсылки на ранее рассмотренные этапы.
Также, планирую дополнить, с примерами - подход к проектированию фундамента инженером-геотехником, также с конкретными примерами. Хочу отметить, что, на мой взгляд - основные вопросы проектирования фундаментов разных типов - очень полно изложены в соответствующих разделах форума, поэтому мои дополнения будут касаться лишь тех случаев, когда есть необходимость привлечения инженеров-геотехников.

Что касается домов на склоне. Тем на эту тему (сорри за тафтологию) - на форуме достаточно. НО - зачастую рассматриваются лишь внешние аспекты, как-то - архитектура, возможности планировок, использование цоколя и т. п. Значительно реже - упоминается необходимость вертикальной планировки, организации подпорных стенок, водоотведения. И совершенно остается за кадром вопрос - а всегда ли можно строить на склонах? Где именно на склоне расположить дом? Как выбрать, как рассчитать подпорные стены? Какой фундамент в данном случае выбрать? Какие есть риски такого строительства, и можно ли их как-то оценить и спрогнозировать?

 

Как известно, склон – это наклонный участок поверхности Земли, формирующийся в результате действия рельефообразующих процессов. Основными геометрическими характеристиками склона являются: высота и крутизна. С их увеличением возрастают и риски строительства.

Проектируемый объект может быть расположен относительно склона следующим образом:

- объект расположен у подошвы склона в пределах его зоны влияния (ориентировочно длина этой зоны равна максимальной высоте склона) – это случай 1 (см. рис. 1);

- объект расположен непосредственно на склоне – это случай 2 (см. рис. 1);

- объект расположен на бровке склона – это случай 3 (см. рис. 1).

- объект расположен за пределами зоны влияния склона.

 

Общим для описанных выше проектных случаев 1-3 является то обстоятельство, что потеря устойчивости склона будет напрямую влиять на безопасность объекта нового строительства. По этой причине, в рамках проектирования фундаментов домов, расположенных на склонах или в зоне их влияния, необходимо выполнять геотехническое обоснование проектных решений.

То есть - это та самая процедура, выполнением которой пренебрегается, в очень большом количестве случаев.
Геотехническое обоснование проекта выполняется в соответствии со следующими основными нормативными документами:

СП 116.13330.2012 «Инженерная защита территорий, зданий и сооружений от опасных геологических процессов»;

СП 425.1325800.2018 «Инженерная защита территорий от эрозионных процессов. Правила проектирования»;

СП 436.1325800.2018 «Инженерная защита территорий, зданий и сооружений от оползней и обвалов. Правила проектирования»;

СП 248.1325800.2016 «Сооружения подземные. Правила проектирования»;

СП 381.1325800.2018 «Сооружения подпорные. Правила проектирования»;

СП 22.13330.2016 «Основания зданий и сооружений».

 

Основной риск строительства на склоне и в зоне его влияния заключается в потере его устойчивости, вследствие следующих основных причин:

1 – склон изначально неустойчив, и строить без мероприятий по инженерной защите территории нельзя;

2 – новое строительство приводит к изменениям топографических, гидрогеологических и геологических условий, что выводит из состояния равновесия изначально устойчивую систему;

3 – грунтовый массив не способен воспринять дополнительные нагрузки от нового строительства, в результате чего он разрушается или получает большие деформации.

Чтобы исключить этот риск необходимо:

- во-первых, выполнить инженерно-геологические изыскания;

- во-вторых, выполнить геотехническое обоснование проекта.

Иными словами - склон, каким бы милым и красивым он не выглядел - это коварный субъект, потенциально способный принести массу неприятностей, и изучить норов которого должны специалисты.

 

Соответственно, если достался участок на склоне, первый шаг - это изыскания. Подробно, какие они бывают и зачем нужны - очень подробно и популярно изложено в соответствующих темах, где специалисты рассказывают и объясняют все этапы и нюансы.
Основные требования к инженерно-геологическим изысканиям изложены в следующих нормативных документах:

СП 47.13330.2016 «Инженерные изыскания для строительства. Основные положения»;

СП 11-105-97 «Инженерно-геологические изыскания для строительства»;

СП 420.1325800.2018 «Инженерные изыскания для строительства в районах развития оползневых процессов. Общие требования».

Простыми словами - сделать изыскания - все равно, что сдать анализы перед походом к профильному доктору. Как известно, медицина проделала огромный путь от шаманских плясок и кровопусканий с клистирами до ее современного состояния.
Точно также - огромный шаг вперед сделали прикладные строительные дисциплины с их методами как исследований свойств грунтов, так и математическим моделированием происходящих процессов.

Нормальный современный инженер - он как доктор, т. е должен смотреть на "больного"(склон, откос, овраг...) через призму комплексного анализа его состояния.

 

Ну и собственно, если в ходе анализа приходит понимание, что условия для строительства являются сложными - то, как и писал ранее - в сложных условиях строительства рекомендуется привлекать к проектированию подпорных сооружений геотехников.
Сложные условия строительства - в общем и целом:

- высота подпорного сооружения более 6м;

- сейсмичность 7 баллов и более;

- наличие специфических грунтов (просадочные, насыпные и т. д.);

- наличие опасных геологических процессов;

- наличие зданий и сооружений вблизи подпорного сооружения.
И повторюсь - Инженер ПГС и геотехник – это не конкуренты, у каждого есть «своя область применения». И каждый из них должен объективно оценивать свои возможности и действовать в рамках своих профессиональных компетенций.

 

Цель геотехнического обоснования заключается в поиске оптимального проектного решения по фундаментам и подземной части дома, обеспечивающего безопасность нового строительства и сохранность окружающей застройки.

Главным расчетом в составе геотехнического обоснования является оценка устойчивости склона в естественном состоянии и с учетом строительства и эксплуатации.


Оценка устойчивости склона производится в ходе специальных геотехнических расчетов (см. рис. 2). Основными расчетными методами являются:

- методы теории предельного равновесия грунтов;

- метод снижения прочностных характеристик, реализуемый с использованием МКЭ в рамках упругопластического анализа.

Расчеты выполняются уже в специализированных программных комплексах, позволяющих максимально точно и подробно отразить все условия строительства. Это недорого, доступно для частного застройщика.

 

Итогом оценки устойчивости склона является расчетный коэффициент устойчивости (запаса устойчивости, безопасности). И здесь возможно три случая:

1. Склон считается устойчивым, если его коэффициент устойчивости выше единицы.

2. Величина коэффициента устойчивости склона, приблизительно равная единице, соответствует состоянию предельного равновесия, наблюдающемуся в моменты начала и завершения оползневого смещения.

3. Значение коэффициента устойчивости меньше единицы – говорит о том, что склон неустойчив. Даже если в данный момент он по факту устойчив, то в любой момент может потерять устойчивость.

* Коэффициент устойчивости (запаса устойчивости) – это отношение суммы всех сил, удерживающих склон в равновесии, к сумме всех сдвигающих сил, стремящихся вывести его из равновесия.

Подробнее про коэффициент устойчивости, с иллюстрациями и пояснениями - тут.

 

После оценки устойчивости склона возможны два основных варианта:

1. Запроектировать такой фундамент, при котором устойчивость системы будет обеспечена с нормативно необходимым запасом.

2. Если вариант №1 экономически или технически нецелесообразен – необходима инженерная защита склона, в частности – подпорные сооружения (см. рис. 3).


Простыми словами - о стенах начинаем думать после того, как абсолютно точно поняли, что и как с системой "основание+сооружение", ну или "склон+дом".

 

О том, какие бывают типы подпорных стенок
https://www.forumhouse.ru/posts/25470254/
И рекомендации по выбору:
Рекомендация 1.
Рекомендация 2.
Рекомендация 3.
Рекомендация 4.

 

Ссылки на посты с описаниями и фото всех вышеперечесленных видов ПС, а также еще некоторых других.

 

Завершая обзор, подведу главные итоги:

1. При строительстве на склоне необходимо выполнять геотехническое обоснование проекта.

2. Главный принцип строительства на склоне – это минимизировать негативное влияние строительства и эксплуатации, для чего рекомендуется применять свайные фундаменты и гибкие подпорные сооружения (если иное не проходит по расчету).

 

И для тех, кому интересно:
Инженер-геотехник – это узкоспециализированный специалист, который рассчитывает и проектирует только те конструкции и сооружения, которые состоят из грунтов, или непосредственно взаимодействуют с грунтами.

Чем сложнее топографические, инженерно-геологические и гидрогеологические условия строительства, тем больше степень необходимости в привлечении инженера-геотехника.

Разница в подходах на конкретных примерах.

 

Продолжу, и опишу правильный, с точки зрения автора, порядок проектирования грунтового основания и фундамента (далее фундамента) частного дома.
Наверно, многие тезисы будут повторять целые темы этого форума, наверное - найдутся и противники данного подхода, но, думающим и интересующимся - мне кажется, будет интересно.

1. Если Вы задумали построить свой дом, то уже на этапе покупки земельного участка необходимо найти специалиста, который будет проектировать наиболее важную, дорогостоящую и ответственную несущую конструкцию – фундамент.
В принципе, в большинстве случаев фундамент может быть запроектирован обычным инженером-конструктором по специальности «промышленное и гражданское строительство». Однако разработанные таким специалистом проектные решения не всегда будут оптимальными и экономически целесообразными. Это связано с отсутствием у таких инженеров специальной подготовки, знаний и опыта, которая есть у инженеров-геотехников.
Это утверждение совершенно не значит, что нужно срочно разыскивать и выковыривать из-под земли геотехников. Это совершенно не так, речь идет о том, что чем сложнее топографические, инженерно-геологические и гидрогеологические условия строительства, тем больше степень необходимости в привлечении инженера-геотехника.

 

В этой теме я постарался показать на конкретном примере разницу в подходах инженера-конструктора ПГС и инженера-геотехника, применительно к расчетам подпорных сооружений.

А пока, будем исходить из того, что Вы доверили проектирование фундамента инженеру-геотехнику.
Нормальная практика любого инженера - когда тот будет сопровождать строительство Вашего фундамента от момента, когда Вы только покупаете земельный участок до момента, когда фундамент сдается в эксплуатацию.
Понятно, что это стоит денег, и также понятны мотивы тех, у кого денег нет, но надо "держаться". Речь ведется не о финансах, а, если перейти опять на язык медицинских аналогий - о ведении "пациента" его лечащим врачом.