Способ защиты фундамента от деформаций пучения промерзающих пород

 

Изобретение относится к строительству, а именно к сооружениям, возводимым на пучинистых при промерзании породах. Предлагаемое изобретение позволяет повысить эффективность защиты фундаментов от деформаций морозоопасных оснований. Сущность предлагаемого изобретения состоит в установке противопучинных элементов в нарезанные в зоне разгрузки вокруг фундамента вертикальные прорези. В качестве противопучинных элементов применяются кольцевые упругие элементы, скрепленные между собой гибкими связями в пространственный каркас и заполненные упругим материалом с водоотталкивающими свойствами. 2 ил.

Изобретение относится к строительству, а именно к конструкциям зданий, сооружений, возведенных на пучинистых при промерзании породах, в частности на грубодисперсных обводненных грунтах.

Известен способ защиты фундамента от деформаций пучения [1], включающий размещение на грунте блока и противопучинных элементов из гидрофобного упругого материала, выполненных в виде вертикальных стержней и размещенных под подошвой фундамента в зоне промерзания грунта.

Недостатками этого способа являются: неполное устранение деформаций пучения пород, в частности для грубодисперсных обводненных пород; невозможность восприятия горизонтальных усилий, действующих на фундамент.

Наиболее близким техническим решением к заявляемому является способ для защиты фундаментов сооружений от деформации пучинистого грунта [2], заключающийся в нарезке прорезей в грунте, и установке в прорезях экрана из полиэтиленовой пленки.

Недостатками такого способа являются низкая эффективность и недостаточная надежность при его реализации, в частности в грубодисперсных обводненных породах. Это связано с различием физической природы пучения грубодисперсных обводненных пород, в условиях локальной замкнутости системы, и обычных пылевато-глинистых грунтов.

Предлагаемое изобретение позволяет повысить эффективность и надежность защиты фундаментов от деформаций пучения промерзающих пород.

Сущность предлагаемого изобретения состоит в том, что способ защиты фундамента от деформаций пучения промерзающих пород включает нарезку вертикальных прорезей в грунте вокруг фундамента, установку в них противопучинистых элементов и заполнения пространства между противопучинными элементами и стенками прорезей изъятой из них породой, отличающийся тем, что прорези нарезают в зоне разгрузки, соответствующей минимальной глубине промерзания, а в качестве противопучинных элементов применяют кольцевые упругие элементы, скрепленные между собой гибкими связями в пространственный каркас, и заполняют кольцевые упругие элементы упругим материалом с водоотталкивающими свойствами.

Процесс защиты фундамента от деформаций, например гидростатического пучения грубодисперсных обводненных пород в условиях локальной замкнутости системы можно объяснить следующим образом.

При промерзании водонасыщенных и водообводненных грубодисперсных грунтов на границе раздела двух фаз происходит практически полное замерзание всей свободной влаги. Увеличение в объеме замерзающей свободной воды приводит: во-первых, к резкому увеличению давления на границе раздела фаз - мерзлая-талая зона, во-вторых, к распределению давления по глубине промерзающего слоя грунта. В силу чрезвычайно высоких значений модуля упругости мерзлых пород давление за счет растущих кристаллов льда направлено вниз от границы раздела фаз - в талую зону. При этом происходит отжатие воды от фронта промерзания и создание гидростатического давления в талой зоне промерзающего грунта.

При отсутствии свободного оттока влаги в талой зоне, гидростатическое давление достигает критических величин, превышающих сопротивление мерзлых грунтов на разрыв. Другими словами, разгрузка гидростатических напряжений выражается в поднятии промерзающего слоя грунта, внедрением водо-песчаного раствора в образовавшееся ядро и скачкообразным поднятием поверхности пород.

При промерзании рассматриваемых пород вокруг одиночно стоящих железобетонных опор под опорой формируется ореол промерзания в силу большей теплопроводности железобетона по сравнению с грунтом. В связи с этим глубина промерзания пород под фундаментом опоры и на некотором удалении от нее будет различна. Особенно это проявляется при близком расположении отдельных опор друг от друга. Например, стойки открытого распределительного устройства тепловых электрических станций.

В этом случае эпицентр развития гидростатических напряжений будет наблюдаться, как правило, на некотором расстоянии от центра опоры, т.е. будут возникать круговые нормальные напряжения от ядра пучения, приводящие к образованию критического давления, величина которого может превысить прочность мерзлых пород.

В отличии от прототипа, где нарезка прорезей с экраном на определенном расстоянии от фундамента снижало силу пучения только для пылевато-глинистых грунтов в заявляемом устройстве разгрузка гидростатического давления будет развиваться в сторону сжатия упругих элементов, поскольку модуль упругости мерзлых пород значительно выше, чем модуль упругости кольцевых элементов в отдельности и каркаса в целом.

С другой стороны, деформации одной части массива пород с фундаментом, ограниченной по периметру пространственным каркасом из упругих кольцевых элементов относительно других частей, будут восприниматься пространственным каркасом из упругих элементов.

Таким образом обеспечивается устойчивость фундамента на промерзающих породах, подверженных пучению.

На фиг. 1 - изображена схема способа, на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1, на фиг. 3 - разрез Б-Б на фиг. 2.

На схеме и соответствующих разрезах изображены фундамент опоры 1, вертикальные прорези 2, кольцевые упругие элементы 3, граница промерзания 4, водоупор 5. Кольцевые упругие элементы заполнены упругим материалом с водоотталкивающими свойствами 6 и объединены в пространственный каркас при помощи гибких связей 7.

Реализация способа осуществляется следующим образом.

На предварительно спланированной площадке производится разметка прорезей исходя из предварительно определенных глубин промерзания под железобетонной опорой и вне ее. Наносятся и закрепляются оси, по которым прорезаются прорези. Нарезка прорезей осуществляется механическим или ручным способом на глубину, примерно равную глубине промерзания грунта в намеченном месте. Ширина прорези принимается такой, чтобы в нее свободно входили кольцевые упругие элементы, причем для создания большей площади поверхности, взаимодействующей с давлением пучения, нижний ряд кольцевых упругих элементов устраивают сдвоенным, как показано на фиг. 1.

Установка кольцевых упругих элементов 3 в прорези 2 и соединение их при помощи гибких связей 7 в единый пространственный каркас с перевязкой швов осуществляется вручную, так как масса каждого структурного элемента незначительна вследствие применения в качестве упругих элементов 3 использованных автопокрышек легковых автомобилей. Заполнение внутреннего пространства кольцевых упругих элементов 3 упругим материалом с водоотталкивающими свойствами 6 может производится либо заранее, но с устройством отверстий для пропуска гибких связей 7, либо после монтажа каждого ряда элементов.

Применение упругого материала с водоотталкивающими свойствами обусловлено необходимостью защиты внутреннего пространства упругих элементов 3 от проникновения воды в период оттаивания.

Каждый последующий ряд элементов 3 устанавливается со смещением относительно нижнего на половину размера элемента. Это позволит выполнить перевязку швов между элементами 3, что в конечном итоге повысит жесткость пространственного каркаса.

После этого производится заполнение пространства между каркасом и стенками прорези той же породой, которая была изъята при ее устройстве. Для предотвращения возможного выпора отдельных элементов каркаса наружу, последний ряд упругих элементов 3 должен быть расположен относительно дневной поверхности на глубине, величина которой определяется расчетом, исходя из физико-механических свойств пород, температуры наружного воздуха и т.д.

Таким образом, последний ряд упругих элементов 3 засыпается той же породой с послойным уплотнением.

Работа фундамента в процессе эксплуатации. В процессе эксплуатации фундамента за годовой цикл (промерзание - оттаивание) происходит следующее.

При промерзании рассматриваемых пород вокруг одиночно стоящих железобетонных опор на некоторой глубине в силу рассмотренных выше причин, будут возникать нормальные напряжения, приводящие к образованию критического давления, величина которого может превысить прочность мерзлых пород. Наиболее опасной зоной будет являться участок площадки, где глубина промерзания породы минимальна. При действии на такой участок критического давления может наблюдаться поднятие поверхности породы.

В случае реализации предлагаемого способа разгрузка критического давления будет осуществляться за счет сжатия как упругих элементов каркаса, так и каркаса в целом, т.к. деформационные характеристики мерзлых пород намного выше аналогичных характеристик упругих элементов.

В период оттаивания обводненных грубодисперсных пород деформационные характеристики упругих кольцевых элементов выше, чем у рассматриваемых пород в условиях открытой системы. Таким образом, в летний период происходит восстановление первоначальной формы упругих элементов и каркаса без развития каких-либо деформаций в основании сооружения.

В предлагаемом изобретении положительный эффект заключается в следующем: - снижение до минимума сил гидростатического пучения, действующих на фундамент; - обеспечение устойчивости фундамента в течении всего процесса его эксплуатации на морозоопасном основании, в частности на грубодисперсных обводненных породах.

Формула изобретения

Способ защиты фундамента от деформаций пучения промерзающих пород, включающий нарезку прорезей в грунте вокруг фундамента, установку в них противопучинных элементов и заполнение пространства между противопучинными элементами и стенками прорезей изъятой из них породой, отличающийся тем, что прорези нарезают в зоне разгрузки, соответствующей минимальной глубине промерзания, а в качестве противопучинных элементов применяют кольцевые упругие элементы, скрепленные между собой гибкими связями в пространственный каркас, и заполняют кольцевые упругие элементы упругим материалом с водоотталкивающими свойствами.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3