Устройство для защиты от пучения грунта

Авторы патента:

E02D27/35 - возводимые в мерзлом грунте, например в вечномерзлом грунте

Владельцы патента RU 2582600:

Хафизов Роберт Мияссарович (RU)

Изобретение относится к строительству, в частности к способам защиты одиночных опорных элементов (например, свай и столбов) от воздействия сил морозного пучения грунтов, в том числе в районах распространения многолетнемерзлых грунтов. Устройство для защиты от пучения грунта в фундаменте зданий и сооружений, возводимых на пучинистых грунтах, включает расположенный в грунте опорный элемент, вокруг боковой поверхности которого в зоне сезонного промерзания-оттаивания последовательно размещены слои незамерзающих материалов и защитной оболочки, способные воспринять без разрушения боковое давление пучащегося грунта. Нижний конец внешней защитной оболочки прикреплен к опорному элементу; реактивные усилия на опорный элемент меньше несущей способности опорного элемента на выдергивающие нагрузки в грунте ниже нижней границы слоя сезонного слоя промерзания-оттаивания. Внешняя защитная оболочка изготовлена из упругопластического материала, растягивающегося при пучении грунта и не возвращающегося после его оттаивания в исходное первоначальное положение. Максимальное относительное удлинение защитной оболочки за период полного проектного срока эксплуатации внешней защитной оболочки не превышает допустимое максимальное пластическое относительное удлинение материала этой оболочки. Перемещение верхнего конца внешней защитной оболочки не достигнет надфундаментных конструкций. Технический результат состоит в повышении надежности и экономичности защитного устройства при воздействии сил морозного пучения грунта. 4 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к строительству, в частности к способам защиты одиночных опорных элементов (например, свай, столбов, опор линий электропередач и т.п.) от воздействия сил морозного пучения грунта, в том числе в районах распространения многолетнемерзлых грунтов.

Наиболее близким к изобретению по своей сущности и достигаемому результату является способ предохранения опорных элементов от морозного выпучивания грунта (варианты) [RU №2515246 С1, кл. E02D 27/35, 2012]. Он предусматривает использование защитной оболочки, изготовленной из упругого материала, обеспечивающего возможность подъема оболочки на величину максимального выпучивания промерзающего (деятельного) слоя грунта и ее обратного возврата в исходное положение после полного оттаивания этого слоя. При этом нижний конец оболочки прикрепляют к опорному элементу, а реактивные усилия на опорный элемент должны быть меньше несущей способности опорного элемента на выдергивающие нагрузки в грунте ниже нижней границы слоя сезонного слоя промерзания-оттаивания.

Недостатком вышеуказанного способа является то, что идеально упругие материалы не всегда можно найти. В этих условиях необходимо подбирать материалы повышенной прочности и толщины, чтобы максимально уменьшить пластические деформации и обеспечить полный возврат защитной оболочки в начальное исходное положение. Это приводит к повышенному расходу материалов, повышению стоимости защитного устройства и осложняет выбор подходящих материалов.

Целью изобретения является повышение надежности и экономичности защитного устройства при воздействии сил морозного пучения грунта.

Цель достигается тем, внешняя защитная оболочка изготовлена из упругопластического материала, растягивающегося в процессе подъема защитной оболочки при пучении грунта и не возвращающегося после его оттаивания в исходное первоначальное положение, при этом максимальное относительное удлинение защитной оболочки за период полного проектного срока эксплуатации защитной оболочки не превышает допустимое максимальное пластическое относительное удлинение материала оболочки, а перемещение верхнего конца внешней защитной оболочки не достигает надфундаментных конструкций.

Цель также достигается тем, что последовательность чередования слоев вокруг опорного элемента следующая: первый слой - незамерзающая смазка, второй слой - внешняя защитная оболочка.

Цель также достигается тем, что последовательность чередования слоев вокруг опорного элемента следующая: первый слой - неподвижная антифрикционная оболочка, прикрепленная к боковой поверхности сваи, второй слой - незамерзающая смазка, третий слой - внешняя защитная оболочка.

Цель также достигается тем, что к опорному элементу выше поверхности грунта прикрепляют два или более ножей, направленных острием вниз вдоль оси опорного элемента.

Цель также достигается тем, что к боковой поверхности опорного элемента выше режущих ножей прикрепляют упоры со скосом во внешнюю сторону от опорного элемента.

Сопоставительное сравнение с прототипом показывает, что заявляемое устройство отличается всей совокупностью изложенных признаков. Это позволяет сделать вывод о соответствии признаку "новизна".

Сравнение не только с прототипом, но и с другими техническими решениями в данной области техники не позволило выявить в них признаки, отличающие заявляемое устройство от прототипа, что позволяет сделать вывод о соответствии критерию "существенные отличия".

На фиг. 1 показаны варианты достижения поставленной цели.

На фиг. 1-а показан 2-й способ защитного устройства. Последовательность чередования защитных слоев вокруг опорного элемента 1 следующая: первый слой - незамерзающая смазка 3, второй слой - внешняя защитная оболочка 2 из упругопластического материала. Эта конструкция рекомендуется при гладкой боковой поверхности опорного элемента 1, когда защитная смазка 3 закрывает небольшие неровности на поверхности опорного элемента 1.

При шероховатой боковой поверхности (бетон, дерево и пр.) опорного элемента 1 последовательность чередования слоев вокруг опорного элемента следующая: первый слой - неподвижная антифрикционная внутренняя оболочка 8, прикрепленная к боковой поверхности опорного элемента, второй слой - незамерзающая смазка 3, третий слой - внешняя защитная оболочка 2 из упругопластического материала с гладкой внешней и внутренней поверхностью (способ 3) (фиг. 1-b). Первый слой можно нанести напылением на боковую поверхность опорного элемента 1 или прочно прикрепить к ней мягкую оболочку 8 с гладкой внешней поверхностью. Толщина внутренней оболочки 8 должна превышать высоту неровностей на боковой поверхности опорного элемента 1. Такая конструкция позволяет уменьшить силы трения между внутренней гладкой поверхностью внешней защитной оболочки 2 из упругопластического материала и опорным элементом 1.

На фиг. 1-с показаны ножи 9 гильотинного типа с треугольными скосами, прикрепленные к опорному элементу 1 вдоль оси опорного элемента выше поверхности грунта 4 и направленные острием вниз (способ 4). Два или более режущих ножей необходимы для продольного разрезания внешней защитной оболочки 2, удлинившейся на излишне большую величину, опасную для эксплуатации надфундаментных конструкций. После разрезания тонкой защитной оболочки 2 гибкие пластичные полоски разрезанной защитной оболочки 2 отогнутся в сторону от опорного элемента 1 и упадут на поверхность грунта, не повредив надфундаментных конструкций.

На фиг. 1-d показано, что к боковой поверхности опорного элемента 1 выше режущих ножей 9 и с боковым смещением от линии их действия прикреплены упоры 10 со скосом во внешнюю сторону от опорного элемента (по способу 5). Эти скосы необходимы для принудительного отгибания разрезанных продольных полос защитной оболочки 2 сравнительно большой толщины в сторону от опорного элемента 1 к поверхности грунта,

На фиг. 1-е показан процесс выпучивания внешней защитной оболочки 2 из упругопластического материала. В первый год морозного пучения деятельного слоя грунта 4 на величину S легкодеформируемая внешняя защитная оболочка 2 поднимается вверх под воздействием сил смерзания этого грунта (показано пунктирной линией). После оттаивания грунта 4 и возвращения его в исходное положение внешняя защитная оболочка 2 под воздействием упругих свойств материала частично укорачивается, но в первоначальное положение не возвращается, т.к. происходит ее удлинение на величину Р(1) вследствие пластических деформаций материала оболочки 2. Общая длина L(1) защитной оболочки 2 над поверхностью грунта 4 после первого цикла морозного пучения составит L(1)=Р(1).

Во второй год после второго полного цикла морозного пучения деятельного слоя грунта 4 надземная часть защитной оболочки 2 длиной L(1) удлинится дополнительно на величину Р(2). Общая длина L(2) защитной оболочки 2 над поверхностью грунта 4 после второго цикла морозного пучения составит (L2)=Р(1)+Р(2).

Максимальное удлинение L(t) защитной оболочки 2 над поверхностью грунта 4 после t лет эксплуатации фундамента составит L(t)=S+ΣP(t) (фиг. 1-f).

Оболочка, непосредственно контактирующая с грунтом 4, даже с очень большой деформативностью материала за один цикл морозного пучения не может превысить величину морозного пучения грунта. Эта величина (без дополнительного подтока грунтовых вод) никогда не превышает 9% от толщины деятельного слоя грунта глубиной L. При нормативном предельном сроке эксплуатации надземных сооружений 33 года относительное удлинение внешней защитной оболочки 2 составит 33×9%=297%. Упругопластические материалы, рекомендуемые для защитных оболочек, имеют допустимое максимальное пластическое удлинение до 700%. То есть даже при 297% удлинения в конце предельного срока эксплуатации сооружений защитная оболочка 2 не разрушается, сохраняет свою целостность и не теряет свою способность защищать опорный элемент 1 от воздействия сил морозного пучения грунта. Толщина стенки внешней защитной оболочки 2 при этом уменьшится только на 297%:700%×100=42%, например с 10 мм до 5,8 мм. Такая толщина обеспечивает ее прочность от воздействия радиальных напряжений при пучении грунта 4.

Отсюда следует, что предлагаемая конструкция защитного устройства является абсолютно надежной и сохраняет свою работоспособность в течение полного срока эксплуатации сооружений.

Увеличение пластических деформаций упругопластического материала по сравнению с прототипом позволяет уменьшить толщину стенки внешней защитной оболочки или использовать исходный материал меньшей стоимости. То есть использование упругопластического материала позволяет уменьшить стоимость внешней защитной оболочки и повысить экономическую эффективность предлагаемого устройства по сравнению с прототипом и другими известными устройствами.

1. Устройство для защиты от пучения грунта в фундаменте зданий и сооружений, возводимых на пучинистых грунтах, включающее расположенный в грунте опорный элемент, вокруг боковой поверхности которого в зоне сезонного промерзания-оттаивания последовательно размещены слои незамерзающих материалов и защитной оболочки, способные воспринять без разрушения боковое давление пучащегося грунта; нижний конец внешней защитной оболочки прикреплен к опорному элементу; реактивные усилия на опорный элемент меньше несущей способности опорного элемента на выдергивающие нагрузки в грунте ниже нижней границы слоя сезонного слоя промерзания-оттаивания, отличающееся тем, что внешняя защитная оболочка изготовлена из упругопластического материала, растягивающегося при пучении грунта и не возвращающегося после его оттаивания в исходное первоначальное положение, при этом максимальное относительное удлинение защитной оболочки за период полного проектного срока эксплуатации внешней защитной оболочки не превышает допустимое максимальное пластическое относительное удлинение материала этой оболочки, а перемещение верхнего конца внешней защитной оболочки не достигнет надфундаментных конструкций.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что последовательность чередования слоев вокруг опорного элемента следующая: первый слой - незамерзающая смазка, второй слой - внешняя защитная оболочка.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что последовательность чередования слоев вокруг опорного элемента следующая: первый слой - неподвижная антифрикционная оболочка, прикрепленная к боковой поверхности сваи, второй слой - незамерзающая смазка, третий слой - внешняя защитная оболочка.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что к опорному элементу выше поверхности грунта прикрепляют два или более режущих ножей, направленных острием вниз вдоль оси опорного элемента.

5. Способ по п. 1 или 4, отличающийся тем, что к боковой поверхности опорного элемента выше режущих ножей прикрепляют упоры со скосом во внешнюю сторону от опорного элемента.

Изобретение относится к области строительства, а именно к конструкциям свай для грунтов, характеризующихся наличием процесса морозного пучения грунта. Свая стальная со встроенным сезонным охлаждающим устройством представляет собой вытянутое по длине трубчатой формы тело вращения постоянного или переменного сечения.

Свая стальная заполненная со встроенным сезонным охлаждающим устройством (варианты) // 2575381

Изобретение относится к области строительства свайных фундаментов. Свая стальная заполненная со встроенным сезонным охлаждающим устройством представляет собой вытянутое по длине трубчатой формы тело вращения постоянного или переменного сечения, полость которого по всей высоте сваи заполнена пенным наполнителем или твердым наполнителем из вспененных материалов.

Способ защиты бетонного фундамента от воздействий сил вспучивания замерзшего грунта // 2574643

Изобретение относится к области строительства, а именно к фундаментам, возводимым в грунте, подверженном сезонным промерзаниям, и может быть использовано не только при возведении бетонных фундаментов, но также и при ремонтно-восстановительных работах в качестве мер защиты бетонного фундамента от воздействия сил вспучивания замерзшего грунта, находящегося в условиях интенсивного обводнения.

Фундамент на пучинистых грунтах // 2550169

Изобретение относится к области строительства, а именно к фундаментам линейных сооружений, возводимых на пучинистых грунтах. Фундамент на пучинистых грунтах включает малозаглубленную плиту с отверстием и грунтовый анкер.

Способ устройства плитного фундамента резервуара с охлажденным продуктом в слабом вечномерзлом грунте // 2548284

Изобретение относится к строительству, а именно к сооружению оснований и фундаментов резервуаров в вечномерзлых грунтах. Способ устройства плитного фундамента резервуара с охлажденным продуктом в слабом вечномерзлом грунте, с дополнительным промораживанием массива вечномерзлого грунта, осуществляемым методом принудительной регулируемой подачи хладагента или теплоносителя в скважины посредством проточных термоэлементов с заданной температурой от источника его охлаждения или подогрева по замкнутым распределительным магистралям с формированием грунтовой плиты, превышающей в плане размеры основного плитного фундамента, толщина и форма грунтовой плиты обеспечивают ее прочность при эксплутационных нагрузках и уменьшение напряжений в вечномерзлом грунте под грунтовой плитой до расчетных величин.

Фундамент // 2547196

Изобретение относится к строительству и может быть использовано при устройстве фундаментов малоэтажных зданий на сезоннопромерзающих грунтах. Фундамент включает ленточный ростверк с отверстиями, пропущенные через отверстия винтовые сваи и стаканы, вмещающие головы свай.

Конструкция для предотвращения морозного пучения грунта // 2538006

Изобретение относится к области строительства и эксплуатации зданий, конкретно к защите от выпучивания дорожных покрытий, входных крылец, пандусов и бетонных отмосток, окружающих здания.

Способ укрепления грунтов основания зданий и земляного полотна линейных сооружений на вечномерзлых грунтах // 2537437

Изобретение относится к строительству сооружений, преимущественно на вечномерзлых грунтах и может быть применено для защиты основания на сильнольдистых вечномерзлых грунтах на слабом просадочном при оттаивании основании.

Фундамент сооружения // 2531155

Изобретение относится к области строительства и может быть использовано при сооружении фундаментов с применением винтовых свай в мерзлых грунтах. Винтовые сваи оснащаются соосно размещенными в них трубами с открытым нижним и заглушенным верхним торцами.

Плитный фундамент в слабом вечномерзлом грунте // 2529976

Изобретение относится к сооружению оснований и фундаментов в вечномерзлых грунтах. Техническим результатом изобретения является снижение трудоемкости по сооружению фундаментов.

Фундамент резервуара с улучшенными теплоизоляционными свойствами // 2592929

Изобретение относится к области строительства и может быть использовано для устройства фундаментов резервуаров для хранения нефти и продуктов ее переработки в условиях сезоннопромерзающих и вечномерзлых грунтов крайнего севера. Фундамент резервуара представляет собой подготовленный грунт в виде подушки из среднезернистого песка и искусственной добавки. Искусственная добавка представляет собой дисперсный теплоизолирующий материал в виде гранулированного вспененного полистирола в количестве до 10% по объему подушки фундамента. Технический результат состоит в снижении теплообмена непосредственно между днищем резервуара и сезоннопромерзающими и вечномерзлыми грунтами основания в условиях крайнего севера, обеспечении предотвращения или уменьшения растепления последних и потери ими устойчивости.

Грунтовый модуль (варианты) // 2600426

Группа изобретений относится к строительству и может быть использована при строительстве магистральных трубопроводов на болотах, в зоне распространения вечномерзлых грунтов, при быстром возведении дорог, аэродромов и других объектов инженерной инфраструктуры. Грунтовый модуль состоит из не менее пяти расположенных Х-образно ячеек, выполненных из гибких элементов и снабженных защитными стенками и пришивным дном, которое скреплено с гранями или ребрами ячеек. Ячейки заполняют насыпным грунтом. Расширяет арсенал технических средств, позволяет повысить несущую способность оснований магистральных трубопроводов, дорог, и прочих сооружений, а также позволяет увеличить сроки эксплуатации, сократить расходы и время на содержание сооружаемых промышленных площадок. Позволяет исключить использование привозного минерального грунта за счет использования местного грунта. 2 н. и 11 з.п. ф-лы, 8 ил.

Способ снижения воздействия сил морозного пучения и повышения устойчивости свайных фундаментов в криолитозоне // 2602538

Изобретение относится к проектированию, строительству и эксплуатации сооружений в условиях криолитозоны, а именно к защите зданий и сооружений от морозного пучения в сезоннопромерзающих пучинистых грунтах. Способ снижения воздействия сил морозного пучения и повышения устойчивости свайных фундаментов в криолитозоне включает погружение свай в многолетнемерзлые породы. Определяют по результатам предварительных геотемпературных наблюдений потенциальные участки возникновения избыточных криогенных напоров вблизи свайного фундамента и в верховодках надмерзлотного водоносного горизонта, в ограниченных гидродинамических зонах размещают в этих участках водопонижающие колодцы с перфорированной стенкой в нижней части ее образующей, погруженные на глубину не выше кровли многолетнемерзлых пород. В указанные колодцы устанавливают гидрогеологические разгрузочные трубки, в каждый до четырех штук. Внутреннее пространство каждой из указанных гидрогеологических разгрузочных трубок в начале периода промерзания сезонно-талого слоя оставляют свободным и герметично закупоренным с нижнего конца пакером, а сверху герметичной крышкой. Внутреннее пространство каждой гидрогеологической разгрузочной трубки в начале периода промерзания сезонно-талого слоя остается свободным и герметично закупоренным, а в период формирования ограниченных гидродинамических зон в надмерзлотном водоносном горизонте, в том числе в верховодках, и роста криогенных напоров в условиях прохождения вглубь грунтового массива фронта промерзания производят поэтапную разгрузку криогенных напоров, изменяя гидродинамические параметры системы «грунт-фундамент» путем последовательного вскрытия разгрузочных гидрогеологических трубок в моменты, определяемые по результатам анализа текущих геотемпературных данных, получаемых в процессе проведения геотемпературного контроля и мониторинга состояния грунтового массива с начала периода перехода среднесуточных температур атмосферного воздуха ниже 0°C. Технический результат состоит в обеспечении снижения воздействия сил морозного пучения на свайные фундаменты, повышении их устойчивости и снижении рисков образования вблизи них бугров пучения в криолитозоне. 4 ил., 1 табл.