Способ управления перемещениями, осадками и креном сооружения фундаментами на сваях, являющимися макрорегуляторами

Изобретение относится к фундаментам преимущественно на просадочных грунтах и подрабатываемых территориях. Способ управления перемещениями, осадками и креном сооружения фундаментами колонн на сваях, объединенными ростверками, жестко соединенными с колоннами. Ветви колонны выполняют из овальных в сечении труб, опирают и закрепляют на независимых друг от друга ростверках ветвей, объединяющих сваи под ними. Устанавливают по шаблону пространственные арматурные каркасы и опалубку ростверка-стопора, объединяющего сваи под ним, и являющегося макрорегулятором, и бетонируют его, причем верхняя поверхность его выступает выше поверхности пола на 600...700 мм. Устанавливают на ростверк-стопор симметрично относительно вертикальной оси колонны столбики-стопоры, устанавливают по шаблону пространственные арматурные каркасы и анкерные болты, закрепленные на них, и опалубку ростверков ветвей, причем верхняя поверхность их совпадает с поверхностью пола, контролируют правильность установки анкерных болтов. Навинчивают на анкерные болты нижние рихтующие гайки, контролируют отметку их верхней грани нивелиром, безвыверочно монтируют колонну, совмещая отверстия в ее базе с анкерными болтами. Опускают колонну до упора ее плиты в рихтующие гайки и закрепляют базу колонны крепежными гайками, а в случае возникновения неравномерных осадок колонн, и крена колонн, определяют нивелировкой величину осадок и крена каждой колонны. Устанавливают сверхнормативные отклонения осадок отдельных колонн, составляют таблицу величин необходимой стимуляции осадок колонн, получивших минимальную осадку и исказивших прямолинейность рельсовых путей кранов и их проектные отметки, вызвавших неблагоприятные напряжения в каркасе здания. Для выравнивания осадок всех колонн монтируют домкратную балку, соединяющую ветви, устанавливают под домкратной балкой на ростверк-стопор, домкраты-пульсаторы, с пульта управления включают домкраты-пульсаторы в соответствии с планом выравнивания осадок колонн. Полностью разгружают ростверки ветвей колонны, вдавливают ростверк-стопор в грунтовое основание, вместе с соединенными с ним сваями на проектную величину ΔS_don, соответствующую необходимой дополнительной осадке этой колонны, контролируя величину вдавливания по лазерному нивелиру, и повышают этим несущую способность грунтового основания. Разгружают домкраты-пульсаторы и этим полностью разгружают ростверк-стопор, передают всю вертикальную сжимающую силу колонны только на ростверки ее ветвей, этим вызывают автоматическую дополнительную осадку их и колонны на величину ΔS_don до упора домкратной балки в столбики-стопоры, повышают этим несущую способность грунтового основания, и закрытием зазора ΔS_don автоматически стопорят осадку колонны при достижении ей проектной отметки, затем циклы повторяют с другими колоннами. Технический результат состоит в обеспечении управления неравномерными осадками и креном сооружения, повышении надежности сооружения, снижении материалоемкости. 3 ил.

 

Способ управления перемещениями, осадками и креном сооружения фундаментами на сваях, являющимися макрорегуляторами.

Предлагаемое изобретение относится к фундаментам преимущественно на просадочных грунтах и подрабатываемых территориях.

Известны свайные фундаменты под колонны. Оголовки свай объединены железобетонным ростверком [1, с.152, рис.5.17]. Примем известное решение за аналог.

Неравномерная осадка фундаментов приводит к перенапряжению элементов каркаса и ограждающих конструкций здания, к появлению опасных трещин и даже обрушению зданий [2, с.272, рис.19-5].

Недостаток аналога - невозможность управлять осадками и креном сооружения и этим регулировать напряжения в колоннах и каркасе сооружения.

За прототип примем фундамент с регулируемыми осадками, разработанный Неждановым К.К. и др. Патент России №2230157 [3].

В прототипе описан способ управления осадками осевшего фундамента, включающий установку домкратной балки и домкратов двойного действия с опорными фланцами. С двух сторон фундамента бурят скважины, примыкающие к боковым граням фундамента, в которые вставляют направляющие обсадные трубы с фланцами.

Засыпают трубы сыпучим материалом, устанавливают на него фланцы домкратов двойного действия, повторяющие своей формой профиль сечения трубы, соединяют плунжер каждого домкрата с домкратной балкой.

Синхронно включают прямой ход домкратов, впрессовывая с вибрированием каждым из них, порцию сыпучего материала по направляющей обсадной трубе под подошву фундамента, упрочняя этим грунтовое основание, включают обратный ход домкратов.

Подтягивают их к домкратной балке, засыпают в трубы следующие порции сыпучего материала, и циклы повторяют до полного упрочнения грунтового основания, прекращения его осадок и принудительного выдавливания и выдергивания фундамента из грунта на требуемую величину.

Прототип сложно применить для управления осадками свайного фундамента.

Технический результат изобретения - снабжение фундамента на сваях функциями макрорегулятора, для управления неравномерными осадками и креном сооружения, управлением, напряженным состоянием его каркаса и повышением этим надежности сооружения.

Задача по реализации способа управления перемещениями, осадками и креном сооружения фундаментами на сваях, объединенными ростверком, жестко соединенными с колонной, реализуют следующим образом.

Отличие от прототипа в том, что ветви колонны, выполненные из овальных в сечении труб, закрепляют на независимых друг от друга ростверках ветвей, объединяющих сваи под ними. Устанавливают по шаблону пространственные арматурные каркасы и опалубку ростверка-стопора, объединяющего сваи под ним, и являющегося макрорегулятором, и бетонируют его. Причем верхняя поверхность его выступает выше поверхности пола на 600 … 700 мм.

Устанавливают на ростверк-стопор по вертикальной оси колонны столбики-стопоры, устанавливают по шаблону пространственные арматурные каркасы и анкерные болты, закрепленные на них, и опалубку ростверков ветвей, причем верхняя поверхность их совпадает с поверхностью пола.

Контролируют правильность установки анкерных болтов, навинчивают на анкерные болты нижние рихтующие гайки, контролируют отметку их верхней грани нивелиром, безвыверочно монтируют колонну, совмещая отверстия в ее базе с анкерными болтами. Опускают колонну до упора ее плиты в рихтующие гайки и закрепляют базу колонны крепежными гайками.

В случае возникновения неравномерных осадок колонн определяют нивелировкой величину осадки и крена каждой колонны, устанавливают сверхнормативные отклонения осадок отдельных колонн, составляют таблицу величин необходимой стимуляции осадок колонн, получивших минимальную осадку и исказивших прямолинейность рельсовых путей кранов и их проектных отметок, и вызвавших неблагоприятные напряжения в каркасе здания.

Для выравнивания осадок всех колонн монтируют домкратную балку, соединяющую ветви, устанавливают на ростверк-стопор, домкраты-пульсаторы под домкратной балкой, производят вдавливание ростверка-стопора на проектную величину ΔS_don, соответствующую необходимой дополнительной осадке этой колонны, контролируемую по нивелиру, вместе с соединенными с ним сваями в грунтовое основание.

Разгружают домкраты-пульсаторы и этим полностью разгружают ростверк-стопор, передают всю вертикальную сжимающую силу от колонны только на ростверки ветвей колонны. Этим вызывают их автоматическую дополнительную осадку и колонны на величину ΔS_don до упора домкратной балки в столбики-стопоры и автоматического стопорения и остановки осадок при достижении колонной проектной отметки, затем циклы повторяют с другими колоннами.

На фиг.1 показан один из фундаментов на сваях, являющийся макрорегулятором для сооружения; на фиг.2 показан вид А-А на фиг.1; на фиг.3 показан вид Б-Б на фиг.1.

Колонна 1 закреплена на независимых друг от друга ростверках, соединяющих сваи, являющихся макрорегуляторами.

Колонна 1 содержит левую 2 и правую 3 ветви, соединенные друг с другом домкратной балкой 4. Каждая из ветвей снабжена опорными таврами 5. Опорные тавры 5 соединены с ветвями сваркой. Контактирующие поверхности опорных тавров 5 фрезерованы и опираются на фрезерованные поверхности фланцевых гаек 7. Фланцевые гайки навертываются на анкерные болты из трубчатой арматуры 8. Трубчатая арматура 8 с винтовыми гребнями снабжена петлевыми анкерами 9. Сваи 10 ветвей колонны 1 объединяют ростверки ветвей 11.

На сваях под колонну 1 устанавливают по шаблону опалубку и пространственные арматурные каркасы ростверков 11 ветвей, объединяющих сваи 10 под ними. Ростверк-стопор 12 объединяет сваи 13 под ним. Причем верхняя поверхность ростверка-стопора выше поверхности пола на 600…700 мм. Ростверк-стопор 12 является макрорегулятором.

Устанавливают на ростверк-стопор по вертикальной оси колонны столбики-стопоры 14, являющиеся стопорами осадок.

Анкерные болты 8 сделаны из арматуры периодического профиля, с винтовыми гребнями [3]. Винтовые гребни обеспечивают, как и у стержневой арматуры периодического профиля [4], хорошее сцепление с бетоном. Расположение гребней по винтовой линии правой или левой позволяет выполнять стыки такой арматуры без трудоемкого процесса сварки. Особенно эффективна арматура периодического профиля с гребнями по винтовой линии для анкерных болтов.

Сваи 10 объединены ростверками ветвей под каждой из ветвей колонн.

Анкерные болты 8 замоноличены в ростверках ветвей 11 точно по шаблону с контролем установки, например, лазерным нивелиром.

Контролируют правильность установки анкерных болтов 8, навинчивают на анкерные болты верхние 7 фланцевые рихтующие гайки. Контролируют отметку их верхней грани лазерным нивелиром, безвыверочно монтируют колонну 1, совмещая отверстия в ее базе с анкерными болтами 8, опускают колонну 1 до упора ее опорных тавров 5 в рихтующие гайки, закрепляют базу колонны крепежными болтами 6.

В случае возникновения неравномерных осадок колонн определяют нивелировкой величину осадок и крена каждой колонны. Устанавливают сверхнормативные отклонения осадок отдельных колонн, составляют таблицу величин необходимых дополнительных осадок отдельных колонн.

Отставание осадок колонн 1, получивших минимальную осадку, исказило прямолинейность рельсовых путей кранов и проектные отметки их. Неравномерные осадки вызвали неблагоприятные напряжения в каркасе здания. Для выравнивания осадок всех колонн необходимо стимулировать осадку колонн 1, получивших минимальную осадку. Для этого ветви колонны соединяют домкратной балкой.

Устанавливают на ростверк-стопор 12, являющийся макрорегулятором, домкраты-пульсаторы 15 по центру или с эксцентриситетом. Производят вдавливание ростверка-стопора 12 на проектную величину ΔS_don, соответствующую необходимой дополнительной осадке этой колонны, контролируемую по лазерному нивелиру, вместе с соединенными с ним сваями 13.

Разгружают домкраты-пульсаторы 15 и этим полностью разгружают ростверк-стопор 12 и передают всю вертикальную сжимающую силу только на ростверки 11 ветвей колонны. Этим вызывают их автоматическую дополнительную осадку и колонны 1 на величину ΔS_don до упора домкратной балки в столбики-стопоры 14 и автоматического стопорения и остановки осадки при достижении колонной проектной отметки. Затем циклы повторяют с другими колоннами.

Монтаж свайного фундамента

Для свайного фундамента используются любые сваи, а именно: винтовые, забивные, буронабивные. Ростверки бетонируют, используя инвентарную опалубку. Или их изготавливают на заводе с отверстиями для оголовков свай, надевают на сваи отверстиями и бетонируют.

Анкерные болты 8 устанавливают по шаблону на проектной отметке по нивелиру с точностью ±10 мм и бетонируют ростверки под ветви колонны.

После схватывания бетона контролируют правильность установки анкерных болтов 8 и, вращая рихтующие гайки 7, устанавливают опорную поверхность рихтующих гаек с точностью ±0,5 мм. Колонны 1 монтируют безвыверочным способом.

Рихтовка сооружения фундаментами на сваях, являющимися макрорегуляторами, при его неравномерной осадке

Неравномерная осадка колонн опасна для сооружения, поэтому ее устраняют. Для этого у колонн, имеющих меньшие осадки по отношению к соседним колоннам, вызывают автоматическую дополнительную выравнивающую осадку ΔS_don.

Для этого производят нивелировку и определяют величину осадок каждой из колонн. Затем вычисляют величину ΔS_don дополнительной осадки, которую необходимо стимулировать и вызвать у отдельных колонн.

У каждой конкретной колонны вычисляют требуемую величину зазора между ростверком-стопором и домкратной балкой 4.

Аналогичным образом поступают со всеми колоннами, требующими дополнительной осадки ΔS_don.

Выравнивание осадок колонн

После запланированного вдавливания ростверка-стопора на величину ΔS_don над столбиками-стопорами появляются зазоры ΔS_don, равные по величине требуемой дополнительной осадке колонн. После разгрузки домкратов-пульсаторов ростверк-стопор также разгружается от сил, передаваемых от каркаса сооружения. Силы передают только на ростверки ветвей и на сваи под ними. Происходит увеличение сил на ростверки ветвей колонны в 2 … 2,5 раза, а следовательно, и на сваи под ними. Такое увеличение сил на сваи вызывает их автоматическую дополнительную осадку на запланированную величину по отношению к нулевой отметке сооружения. Дополнительная осадка на величину ΔS_don происходит не мгновенно, а постепенно в течение нескольких дней.

Осадка свай продолжается до полного закрытия зазора ΔS_don и упора домкратной балки в столбики-стопоры и включения в работу ростверка-стопора, выполняющего функции макрорегулятора, и свай под ним. После закрытия зазора осадка автоматически стопорится, так как ростверки и сваи 10 под ними разгружаются на 40 … 50%, поэтому их осадка автоматически стопорится.

Цель достигнута, и неравномерные осадки всех фундаментов выровнены. Вредные избыточные напряжения, вызванные в каркасе и конструкциях здания, полностью устранены и восстановлена нормальная надежная эксплуатация здания. Новый свайный фундамент под колонну выполнил функции макрорегулятора и устранил избыточные напряжения в каркасе здания и его узлах.

Сопоставление нового способа управления перемещениями, осадками и креном сооружения фундаментами на сваях, являющимися макрорегуляторами, с прототипом показывает следующие существенные отличия, а именно:

- ростверк состоит из трех не соединенных друг с другом участков: двух ростверков ветвей и ростверка-стопора, объединяющих сваи под ним по центру;

- каждый из ростверка имеет осадку, независимую от других ростверков;

- выравнивание осадок фундаментов и колонн выполняют или посредством сообщения мало осевшим сваям дополнительных осадок ΔS_don, или посредством поддомкрачивания избыточно осевших колонн;

- осадку автоматически стопорят ростверком-стопором закрытием зазора.

Экономический эффект возник из-за следующего:

- устранена возможность обрушения здания;

- свайный фундамент является макрорегулятором, управляющим напряженным состоянием каркаса здания, а следовательно, он позволяет оптимизировать напряженное состояние каркаса сооружения и этим уменьшить его материалоемкость.

Номера элементов:

1 - колонна,

2 - левая ветвь, выполненная из овальных в сечении труб,

3 - правая ветвь, выполненная из овальных в сечении труб,

4 - домкратная балка,

5 - опорные тавры ветвей колонны,

6 - крепежные болты, соединяющие опорные тавры и фланцевые рихтующие гайки

7 - фланцевые рихтующие гайки,

8 - анкерные болты, из арматуры с винтовыми гребнями, трубчатой, периодического профиля,

9 - петлевые анкеры,

10 - сваи ветвей колонны,

11 - монолитные ростверки ветвей колонны,

12 - ростверк-стопор,

13 - сваи ростверка-стопора,

14 - столбики-стопоры,

15 - домкрат-пульсатор,

16 - регулирующие подкладки.

Литература

1. Кудзис А.П. Железобетонные и каменные конструкции: Учеб. для строит, спец. вузов. 4.2. Конструкции промышленных и гражданских зданий и сооружений. - М.: Высшая шк., 1989. - 264 с.: ил.

2. Маслов Н.Н. Основы механики грунтов и инженерной геологии. Высшая школа. - М.1968 - 630 с.

3. Нежданов К.К., Нежданов А.К., Кострыкин П.А., Туманов В.А. Способ управления осадками осевшего фундамента. Патент России №2230157 Бюл. №16. 10.06.2004.

4. Нежданов К.К., Туманов В.А., Нежданов А.К., Кострыкин П.А. Узел соединения двухветвевой внецентренно нагруженной колонны и способ восстановления проектной отметки фундамента. Патентный документ Ru. 20021119942, 28.07.2002.

Способ управления перемещениями, осадками и креном сооружения фундаментами колонн на сваях, объединенными ростверками, жестко соединенными с колоннами, отличающийся тем, что ветви колонны выполняют из овальных в сечении труб, опирают и закрепляют на независимых друг от друга ростверках ветвей, объединяющих сваи под ними, устанавливают по шаблону пространственные арматурные каркасы и опалубку ростверка-стопора, объединяющего сваи под ним и являющегося макрорегулятором, и бетонируют его, причем верхняя поверхность его выступает выше поверхности пола на 600...700 мм, устанавливают на ростверк-стопор симметрично относительно вертикальной оси колонны столбики-стопоры, устанавливают по шаблону пространственные арматурные каркасы и анкерные болты, закрепленные на них, и опалубку ростверков ветвей, причем верхняя поверхность их совпадает с поверхностью пола, контролируют правильность установки анкерных болтов, навинчивают на анкерные болты нижние рихтующие гайки, контролируют отметку их верхней грани нивелиром, безвыверочно монтируют колонну, совмещая отверстия в ее базе с анкерными болтами, опускают колонну до упора ее плиты в рихтующие гайки и закрепляют базу колонны крепежными гайками, а в случае возникновения неравномерных осадок колонн и крена колонн определяют нивелировкой величину осадок и крена каждой колонны, устанавливают сверхнормативные отклонения осадок отдельных колонн, составляют таблицу величин необходимой стимуляции осадок колонн, получивших минимальную осадку и исказивших прямолинейность рельсовых путей кранов и их проектные отметки, вызвавших неблагоприятные напряжения в каркасе здания, и для выравнивания осадок всех колонн монтируют домкратную балку, соединяющую ветви, устанавливают под домкратной балкой на ростверк-стопор домкраты-пульсаторы, с пульта управления включают домкраты-пульсаторы, в соответствие с планом выравнивания осадок колонн, полностью разгружают ростверки ветвей колонны, вдавливают ростверк-стопор в грунтовое основание, вместе с соединенными с ним сваями на проектную величину ΔS_don, соответствующую необходимой дополнительной осадке этой колонны, контролируя величину вдавливания по лазерному нивелиру, и повышают этим несущую способность грунтового основания, разгружают домкраты-пульсаторы и этим полностью разгружают ростверк-стопор, передают всю вертикальную сжимающую силу колонны только на ростверки ее ветвей, этим вызывают автоматическую дополнительную осадку их и колонны на величину ΔS_don до упора домкратной балки в столбики-стопоры, повышают этим несущую способность грунтового основания, и закрытием зазора ΔS_don автоматически стопорят осадку колонны при достижении ей проектной отметки, затем циклы повторяют с другими колоннами.