Способ возведения фундамента
Владельцы патента RU 2420628:
Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Петербургский государственный университет путей сообщения" (RU)
Изобретение относится к строительству фундаментов на предварительно уплотненных грунтовых основаниях, а также строительству фундаментов в сложных инженерно-геологических условиях, в районах существующей застройки, а также для ремонта и реконструкции существующих зданий и сооружений. Способ возведения фундамента включает установку фундамента на грунтовое основание. Через фундамент пропускают напрягаемые элементы, снабженные грунтовыми анкерами, нижний конец которых закрепляют в грунтовом основании. При этом грунтовое основание между фундаментом и лежащим ниже слоем грунтового основания превентивно спрессовывают за счет натяжения напрягаемых элементов, а усилие в напрягаемых элементах фиксируют. Технический результат состоит в повышении сейсмической устойчивости, снижении трудозатрат и материалоемкости, снижении неравномерности осадки системы "фундамент - грунтовое основание" в процессе возведения и эксплуатации здания или сооружения. 2 ил.
Предлагаемое изобретение относится к области строительства, а точнее к способам возведения фундамента на предварительно уплотненных грунтовых основаниях для различных зданий и сооружений. Оно может быть также использовано при ремонте и реконструкции существующих зданий и сооружений в сложных инженерно-геологических условиях и в условиях существующей застройки.
Известен способ возведения фундамента с помощью поверхностного уплотнения грунтов, при котором уплотнение грунтов производится трамбованием (RU №2016960, E02D 3/046, опубликовано 30.07.1994 г.). Тяжелые трамбовки сбрасывают с высоты пяти и более метров. Общая толщина уплотненного слоя 0,1-3 м.
К недостаткам трамбования относится низкая производительность труда и высокая степень изнашиваемости применяемого оборудования.
Следует также отметить, что в районах существующей застройки использование тяжелых трамбовок вряд ли возможно, поскольку существует вероятность повреждения близлежащих зданий и сооружений. Возможно также выдавливание части грунтового основания под фундаменты соседних зданий и сооружений, что станет причиной серьезных аварий и разрушений.
Но наиболее существенным недостатком способа возведения фундамента с поверхностным уплотнением грунта является то, что достигнутые результаты уплотнения невозможно надежно стабилизировать, так как после снятия трамбовочной нагрузки следует предположить обратную упругую и, главное, нелинейную деформацию за счет инфильтрации грунтовой воды в грунтовом основании.
Известен также способ возведения фундамента с вытрамбовыванием котлованов под фундаменты (RU №2018565, E02D 27/01, опубликовано 30.08.1994 г.). Этот способ является разновидностью поверхностного уплотнения грунтов основания. Суть рассматриваемого способа заключается в вытрамбовывании специальных полостей с помощью серии ударов соответствующей трамбовкой в заданную зону. В образованную полость укладывается бетон, которым и формируется тело фундамента. Несущая способность фундамента может быть повышена за счет уширения, образованного втрамбованным щебнем. Для обеспечения многократного сбрасывания трамбовок используются краны или экскаваторы, снабженные направляющими после его возведения.
Данному способу присущи недостатки, описанные в предыдущем варианте. В этом случае следует отметить, что при быстром заполнении вытрамбованных полостей бетоном достигается более быстрая стабилизация конструкции «основание - фундамент».
Известен способ возведения фундамента с глубинным уплотнением грунтов, применяемый для сыпучих и связных грунтов, основанный на динамическом воздействии специальными вибрационными машинами, взрывами, электродинамическим способом (Б.И.Далматов и др. «Основания и фундаменты», Москва - СПб, 2002 г., стр.167-169).
Однако и в случаях применения этого способа наблюдаются, с течением времени, обратные деформации грунтового основания за счет инфильтрации грунтовых вод в ранее уплотненный объем.
Известен также способ возведения фундамента с уплотнением грунтов устройством свай без статической нагрузки (Б.И.Далматов и др. «Основания и фундаменты», Москва - СПб, 2002 г., стр.169-172). Суть способа заключается в пробивке скважин с вытеснением грунта в стороны и последующим заполнением скважин тем или иным материалом.
Этот рассматриваемый способ может применяться только в песчаных грунтах, содержащих растительные остатки, а также в лессовых и насыпных маловлажных глинистых грунтах. Помимо этого устройство грунтовых свай требует относительно больших трудозатрат.
Известен способ возведения фундамента на слабых грунтах, который включает ограничение участка по периметру будущего фундамента на расчетную глубину, монтаж компенсационных средств по предупреждению осадок грунта в результате вертикальных и горизонтальных перемещений, устройство фундамента и фиксацию напряженно-деформируемого состояния грунта по окончании строительства (RU №2291252, E02D 31/08, E02D 35/00, опубликовано 10.01.2007 г.). Ограничение участка под фундамент осуществляют путем разработки по периметру фундамента вертикальной щели, при этом, дополнительно, вертикальные щели разрабатывают под основанием будущего фундамента с образованием секторов. В образованные вертикальные щели погружают многокамерные пневмооболочки, подают в них сжатый воздух и производят обжатие грунта в горизонтальной плоскости до создания заданного напряженно-деформируемого состояния с последующим регулированием параметров давления в период строительства до окончания процессов консолидации. Технический результат состоит в повышении несущей способности и снижении деформативности грунта основания за счет регулирования его напряженно-деформированного состояния.
В случаях применения этого способа наблюдаются значительные зоны уплотнения вокруг участка застройки и в случае уплотнительной застройки потребуются значительные затраты на защиту прилегающих строений. Кроме того, этот способ требует очень больших материальных затрат, дорогостоящей техники и сложных технологических процессов.
Наиболее близким к заявляемому по технической сущности и достигаемому результату является способ возведения фундамента с уплотнением грунтов статической нагрузкой, которая создается устройством насыпи на поверхности основания проектируемого сооружения (Б.И.Далматов и др. «Основания и фундаменты», Москва - СПб, 2002 г., стр.172-173). При этом в грунтовом основании выполняются вертикальные дрены, которые служат для удаления грунтовых вод, вытесняемых статической нагрузкой.
Недостатком данного способа является потребность больших объемов грунтов и больших объемов работ и механизмов для создания насыпей и их удалению по мере возведения сооружения.
Таким образом, рассмотрев существующие аналоги и прототип, следует отметить, что в настоящее время нет удовлетворительного решения по разработке способа строительства фундаментов, которое позволяло бы минимизировать неравномерность осадки системы «фундамент - грунтовое основание» в процессе возведения и эксплуатации здания или сооружения.
Задача изобретения - создать способ возведения фундамента на грунтовом основании с минимальной осадкой и минимальной неравномерностью осадки, с минимальными энергетическими и материальными затратами.
Сущность предлагаемого изобретения заключается в том, что фундамент возводимого сооружения подвергается превентивному спрессовыванию с усилием, равным или несколько большим весу всего возводимого сооружения.
Технический результат достигается тем, что способ возведения фундамента, включающий установку фундамента на грунтовое основание, отличается тем, что через фундамент пропускают напрягаемые элементы, снабженные грунтовыми анкерами, нижний конец которых закрепляют на глубине в грунтовом основании, при этом грунтовое основание между фундаментом и лежащим ниже слоем грунтового основания превентивно опрессовывают за счет натяжения напрягаемых элементов, а усилие в напрягаемых элементах фиксируют.
Предлагаемый способ возведения фундамента поясняется схемой, где на фиг.1 показан вертикальный разрез системы «фундамент - грунтовое основание», а на фиг.2 показан горизонтальный разрез фундамента с пропущенными через него напрягаемыми элементами. К основным элементам, в результате взаимодействия которых происходит стабилизация напряженно-деформированного состояния системы, относятся:
1 - фундамент;
2 - грунтовое основание;
3 - напрягаемый элемент;
4 - силовое устройство;
5 - грунтовый анкер;
6 - фиксатор.
Способ возведения фундамента осуществляется следующим образом:
фундамент 1 устанавливают на поверхности грунтового основания 2, через отверстия в фундаменте 1 пропускают напрягаемые элементы 3, снабженные грунтовыми анкерами 5, нижний конец которых закрепляют в грунтовом основании 2, после чего напрягаемые элементы 3 последовательно натягивают силовым устройством 4 (гидродомкрат, домкрат «Фресине», термодомкрат и т.п.) с необходимым усилием, при этом достигнутое усилие в напрягаемом элементе 3 фиксируют фиксатором 6 (например контргайкой). Усилие в напрягаемых элементах 3 принимается как частное от деления общего веса сооружения, возводимого на фундаменте 1, на общее количество напрягаемых элементов 3 или N≥P/n, где N - усилие в напрягаемом элементе, Р - вес возводимого сооружения, n - общее количество напрягаемых элементов 3.
Таким образом, производится превентивное опрессовывание грунтового основания 2 под фундаментной плитой 1. В этом случае при строительстве и дальнейшей эксплуатации здания (сооружения) осадок не происходит, а неравномерность осадки в результате равных усилий в элементах 3 сводится к минимуму.
Следует отметить, что предлагаемый способ возведения фундамента обладает определенными преимуществами по сравнению с известными ранее способами:
- возможностью корректировки положения фундамента в процессе возведения и эксплуатации сооружений за счет перераспределения усилий в напрягаемых элементах,
- повышенной сейсмической устойчивостью системы за счет армирования грунтового основания напрягаемыми элементами,
- за счет армирования грунтового основания напрягаемыми элементами повышается устойчивость всего массива грунта,
- возможностью использования предложенного способа в талых и вечномерзлых грунтах,
- снижением трудозатрат,
- снижением энергозатрат,
- относительно малой материалоемкостью.
Способ возведения фундамента, включающий установку фундамента на грунтовое основание, отличающийся тем, что через фундамент пропускают напрягаемые элементы, снабженные грунтовыми анкерами, нижний конец которых закрепляют в грунтовом основании, при этом грунтовое основание между фундаментом и лежащим ниже слоем грунтового основания превентивно спрессовывают за счет натяжения напрягаемых элементов, а усилие в напрягаемых элементах фиксируют.
