Способ устройства свайного фундамента под машины с динамическими нагрузками и виброчувствительное оборудование
Владельцы патента RU 2722906:
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования Новосибирский государственный архитектурно-строительный университет (Сибстрин) (RU)
Изобретение относится к строительству и может быть применено при возведении свайных фундаментов под машины с динамическими нагрузками или виброчувствительное оборудование на любых нескальных грунтах. Способ устройства свайного фундамента под машины с динамическими нагрузками и виброчувствительное оборудование включает инъецирование подвижного цементно-песчаного раствора в грунтовое основание под подошвой или бетонной подготовкой ростверка через введенные туда инъекторы. Несъемные инъекторы в виде перфорированных труб устанавливают по длине в контактной зоне под подошвой или бетонной подготовкой ростверка в заранее образованных горизонтальных пазах параллельно друг другу с равным шагом, причем концы инъекторов с одной стороны заглушены и подачу цементно-песчаного раствора производят одновременно с двух сторон ростверка через выпуски инъекционных труб, располагаемых за пределами ростверка, при этом выпуск каждого соседнего инъектора располагают на противоположной стороне ростверка впритык к его боковым сторонам. Окончание нагнетания подвижного цементно-песчаного раствора принимают по объему закаченного цементно-песчаного раствора для включения в работу грунтового массива под подошвой или бетонной подготовкой ростверка, а необходимый объем цементно-песчаного раствора назначают в зависимости от площади подошвы ростверка. После затвердевания инъецированного раствора несъемные инъекторы выполняют роль горизонтальной арматуры закрепленной контактной грунтовой зоны под ростверком или его бетонной подготовкой. Технический результат состоит в обеспечении существенного снижения до безопасного уровня колебаний свайного фундамента под машины с динамическими нагрузками и виброчувствительное оборудование за счет наиболее оптимального режима нагнетания цементно-песчаного раствора под подошву ростверка или его бетонную подготовку, повышении срока службы машин и оборудования, уменьшения негативного воздействия на окружающие строительные конструкции. 2 ил.
Изобретение относится к строительству и может быть применено при возведении свайных фундаментов под машины с динамическими нагрузками или виброчувствительное оборудование на любых нескальных грунтах.
Известен свайный фундамент (а.с. СССР №1502716, МПК E02D 27/20, 27/12, 1989 г.), включающий низкий ростверк со сквозными отверстиями, через которые пропущены сваи и домкраты. В этом свайном фундаменте для обеспечения возможности регулирования жесткости системы «фундамент - основание» в процессе эксплуатации при использовании под машины с динамическими нагрузками и виброчувствительное оборудование каждый домкрат установлен на верхнем торце соответствующей сваи в отверстиях ростверка, причем корпус каждого домкрата жестко прикреплен к ростверку, а его шток - к верхнему торцу сваи.
Недостатками этого свайного фундамента являются относительная дороговизна оборудования и средств регулирования жесткости системы «фундамент - основание» и возможность сохранения зазоров между подошвой ростверка и грунтом основания.
Из известных технических решений наиболее близким к заявляемому изобретению является «Способ корректировки вертикального положения зданий на плитном фундаменте» (патент РФ №2352723, МПК E02D 35/00, 2009 г.) (прототип), характеризующийся тем, что в теле плиты устанавливают вертикально ориентированные инъекционные кондукторы с возвышением одного конца над верхним обрезом плиты или уровнем планировки грунта и заглублением другого конца в грунт под подошвой или бетонной подготовкой плиты, через которые производят инъецирование подвижного раствора под частью здания в направлении крена до возрастания падающего давления на 40-50% по отношению к рабочему давлению или до расхода подвижного раствора в объеме 2 м3 на одном инъекционном горизонте, при этом количество и высотное положение инъекционных горизонтов назначают по данным инженерно-геологических изысканий и уточняют по результатам измерения скорости погружения инъектора в грунт, а необходимость проведения инъекционных работ определяют по материалам геодезических наблюдений за зданием или сооружением в процессе строительства и первых лет эксплуатации. В качестве инъекционных кондукторов используют пластмассовые, металлические или асбестоцементные трубы промышленного производства с внутренним диаметром, достаточным для погружения через них инъекторов с минимальным зазором.
Недостатками способа - прототипа являются неравномерное инъецирование цементно-песчаного раствора под плитой, допуск такого высокого давления инъецирования раствора, которое способствует изменению положения фундамента по вертикали, а в целом не решается проблема снижения уровня колебаний свайного фундамента с ростверком.
Задачей заявляемого изобретения является снижение уровня колебаний свайного фундамента под машины с динамическими нагрузками и виброчувствительное оборудование, создаваемых динамическими нагрузками или за счет кинематического возбуждения, и как следствие, повышение срока службы машин и оборудования, а также уменьшения негативного воздействия на окружающие строительные конструкции.
Поставленная задача решается тем, что в «Способе устройства свайного фундамента под машины с динамическими нагрузками и виброчувствительное оборудование №3», включающем инъецирование подвижного цементно-песчаного раствора в грунтовое основание под подошвой или бетонной подготовкой ростверка через введенные туда инъекторы, согласно изобретению несъемные инъекторы в виде перфорированных труб устанавливаются по длине в контактной зоне под подошвой или бетонной подготовкой ростверка в заранее образованных горизонтальных пазах параллельно друг другу с равным шагом, причем концы инъекторов с одной стороны заглушены, и подача цементно-песчаного раствора производится одновременно с двух сторон ростверка через выпуски инъекционных труб, располагаемых за пределами ростверка, при этом выпуск каждого соседнего инъектора располагается на противоположной стороне ростверка впритык к его боковым сторонам, окончание нагнетания подвижного цементно-песчаного раствора принимают по объему закаченного цементно-песчаного раствора для включения в работу грунтового массива под подошвой или бетонной подготовкой ростверка, а необходимый объем цементно-песчаного раствора назначается в зависимости от площади подошвы ростверка, после затвердевания инъецированного раствора несъемные инъекторы выполняют роль горизонтальной арматуры закрепленной контактной грунтовой зоны под ростверком или его бетонной подготовкой.
Сущность заявляемого изобретения заключается в том, что несъемные инъекторы в виде перфорированных труб устанавливаются по длине в контактной зоне под подошвой или бетонной подготовкой ростверка в заранее образованных горизонтальных пазах параллельно друг другу с равным шагом, причем концы инъекторов с одной стороны заглушены, и подача цементно-песчаного раствора производится одновременно с двух сторон ростверка через выпуски инъекционных труб, располагаемых за пределами ростверка впритык к его боковым сторонам, при этом выпуск каждого соседнего инъектора располагается на противоположной стороне ростверка, окончание нагнетания принимают по объему закаченного цементно-песчаного раствора для включения в работу грунтового массива под подошвой или бетонной подготовкой ростверка, а необходимый объем цементно-песчаного раствора назначается в зависимости от площади подошвы ростверка, после затвердевания инъецированного раствора несъемные инъекторы выполняют роль горизонтальной арматуры закрепленной контактной грунтовой зоны под ростверком или его бетонной подготовкой.
Первый новый признак, заключающийся в том, что несъемные инъекторы в виде перфорированных труб устанавливаются по длине в контактной зоне под подошвой или бетонной подготовкой ростверка в заранее образованных горизонтальных пазах параллельно друг другу с равным шагом, позволяет предложенному техническому решению приобрести новое свойство, заключающееся в том, что наиболее простым образом под всей поверхностью подошвы ростверка или его бетонной подготовкой располагаются инъекторы, через которые при необходимости подается цементно-песчаный раствор, при этом отпадает необходимость образования специальных кондукторов в ростверке, усложняя его конструкцию. Второй новый признак, заключающийся в том, что концы инъекторов с одной стороны заглушены, позволяет предложенному техническому решению приобрести новое свойство, заключающееся в том, что исключается возможность избыточной утечки нагнетаемого раствора за пределы ростверка. Третий новый признак, заключающийся в подаче цементно-песчаного раствора одновременно с двух сторон ростверка по его длине, позволяет предложенному техническому решению приобрести новое свойство, заключающееся в том, что достигается равномерная подача раствора при горизонтальном расположении инъекторов под ростверком или его бетонной подготовкой. Четвертый новый признак, заключающийся в том, что инъецирование раствора производится через выпуски инъекционных труб, которые располагаются за пределами ростверка, позволяет предложенному техническому решению приобрести новое свойство, заключающееся в наиболее простом введении под давлением инъекционного раствора под ростверк или его бетонную подготовку без образования кондукторов в теле ростверка. Пятый новый признак, заключающийся в том, что выпуск каждого соседнего инъектора располагается на противоположной стороне ростверка впритык к его боковой стороне, позволяет предложенному техническому решению приобрести новое свойство, заключающееся в создании равномерного давления при инъецировании раствора через горизонтальные инъекторы. Шестой новый признак, заключающийся в принятии окончания нагнетания цементно-песчаного раствора по объему закаченного цементно-песчаного раствора для включения в работу грунтового массива под подошвой или бетонной подготовкой ростверка при необходимом объеме цементно-песчаного раствора назначаемом в зависимости от площади подошвы ростверка, позволяет предложенному техническому решению приобрести новые свойства, заключающиеся в том, что ликвидируются зазоры между подошвой ростверка или его бетонной подготовкой и грунтом основания и грунтовое основание свайного фундамента уплотняется. Последнее приводит к увеличению массы колеблющейся системы за счет вовлечения дополнительного объема грунта, приводящее к существенному снижению амплитуды колебаний свайного фундамента. Седьмой новый признак, состоящий в том, что после затвердевания инъекционного раствора несъемные инъекторы выполняют роль горизонтальной арматуры закрепленной контактной грунтовой зоны под ростверком или его бетонной подготовкой, позволяет предложенному техническому решению приобрести новое свойство, заключающееся в том, что несъемные инъекторы не просто остаются в контактной зоне между ростверком и грунтовым основанием в виде балласта, который неудобно удалять, а выполняют роль надежной горизонтальной арматуры грунтоцементного массива под ростверком или его бетонной подготовкой. Это позволяет добиться дополнительной прочности закрепленного грунта в контактной зоне, что предотвратит образование там трещин в процессе длительного динамического воздействия. Указанные новые признаки и свойства отсутствуют в известных технических решениях и позволяют заявленному техническому решению проявить эффективность, заключающуюся в снижении колебаний до безопасного для эксплуатации свайного фундамента, машины или виброчувствительного оборудования уровня.
Вышеизложенное позволяет утверждать, что предложенное техническое решение соответствует критериям изобретения «новизна» и «изобретательский уровень».
На фиг. 1 показана схема свайного фундамента в плане; на фиг. 2 показан продольный разрез А-А указанный на фиг. 1.
На фиг. 1 и 2 показаны: свайный фундамент, состоящий из свай - 1 и ростверка - 2; 3 - машина с динамическими нагрузками или виброчувствительное оборудование; 4 - грунтовое основание; 5 - инъекционные трубы; 6 - выпуски инъекционных труб; 7 - уровень верхнего обреза ростверка; 8 - уровень подошвы ростверка; 9 - горизонтальные пазы; 10 - перфорационные отверстия труб.
На поверхности основания под будущим ростверком или его бетонной подготовкой образуют горизонтальные пазы 9, длиной, шириной и высотой такой, чтобы там свободно размещались металлические инъекционные трубы 5. Перед укладкой инъекционных труб 5 в горизонтальные пазы 9 их оборачивают тонкой бумагой или тонкой полимерной пленкой (не показаны), чтобы предотвратить забивание перфорационных отверстий 10 инъекционных труб бетоном при изготовлении ростверка 2 или его бетонной подготовки (не показана). После погружения свай 1 возводят ростверк 2, включающий установку опалубки, укладку арматурных стержней и закладных деталей (не показаны), и его последующее бетонирование. После набора бетоном ростверка расчетной прочности на нем устанавливают и крепят машину с динамическими нагрузками или виброчувствительное оборудование 3. В процессе устройства свайного фундамента состоящего из свай 1 и ростверка 2 и эксплуатации машины или виброчувствительного оборудования 3, как правило, вся нагрузка передается на сваи 1, в результате чего грунт под подошвой ростверка 2 или его бетонной подготовкой остается неуплотненным. Как следствие, при колебаниях между подошвой ростверка 8 (или его бетонной подготовкой) и грунтовым основанием 4 контактная поверхность нарушается и возможно возникновение зазоров. Для ликвидации зазоров и включения в работу грунтового массива производят нагнетание подвижного цементно-песчаного раствора под подошву ростверка 8 (или его бетонную подготовку) с помощью горизонтальных инъекционных труб 5, концы которых заглушены, а по всей поверхности труб 5 имеются равномерно расположенные перфорационные отверстия 10. В трубы 5 раствор подается сверху через выпуски 6 инъекционных труб 5, которые располагаются за пределами ростверка 2 впритык к его боковым сторонам. Выпуск 6 каждого соседнего инъектора 5 располагается на противоположной стороне ростверка 2. Окончание процесса нагнетания принимают по объему закаченного цементно-песчаного раствора, при этом необходимый объем назначается в зависимости от площади подошвы ростверка 8. В процессе инъецирования под давлением цементно-песчаного раствора тонкая бумага или полиэтиленовая пленка разрывается, не мешая раствору проникать в зазоры и поры грунта под подошвой ростверка 8 (или его бетонной подготовкой). После затвердевания инъецированного раствора несъемные инъекторы 5 выполняют роль горизонтальной арматуры закрепленной контактной грунтовой зоны под ростверком или его бетонной подготовкой.
В результате проведенных исследований было установлено, что при инъецировании цементно-песчаного раствора под подошву ростверка практически были ликвидированы зазоры между подошвой ростверка и грунтом основания, уплотнены грунты основания свайного фундамента и увеличена масса колеблющейся системы за счет вовлечения дополнительного объема грунта. Это привело к существенному снижению амплитуды колебаний свайных фундаментов (от 1,8 до 2,6 раз). После затвердения инъекционного раствора (через 21 и более дней) было отмечено дальнейшее снижение амплитуды колебаний свайного фундамента (еще на 15-20%), за счет образования твердого грунтоцементного тела под подошвой ростверка, объединяющего сваи между собой.
Аналогичное снижение колебаний наблюдалось и у фундамента-приемника (под виброчувствительное оборудование) при его кинематическом возбуждении. Колебания возбуждались упругими волнами, распространяющимися по грунту от источника - металлического штампа с установленным на нем вибратором. После нагнетания раствора амплитуда колебаний свайного фундамента снизилась в 1,2-2,0 раза, и еще на 15-20% после образования твердого грунтоцементного тела за счет твердения инъекционного раствора.
Технико-экономическая эффективность предложенного технического решения, по сравнению со способом - прототипом, заключается в том, что достигается снижение до безопасного уровня колебаний свайного фундамента под машины с динамическими нагрузками или виброчувствительное оборудование за счет наиболее оптимального режима нагнетания цементно-песчаного раствора под подошву ростверка (или его бетонную подготовку), что способствует полному заполнению зазоров в контактной зоне между ростверком и грунтом, а также заполнению пор грунта. При этом в колеблющуюся систему вовлекается дополнительный объем грунта, приводящий к увеличению массы колеблющейся системы и к снижению амплитуды колебаний. Армирование дополнительно упрочняет контактную зону. Все это приводит к повышению срока службы свайного фундамента под машины с динамическими нагрузками или виброчувствительное оборудование, а также способствует защите окружающих конструкций от негативного вибрационного воздействия.
Способ устройства свайного фундамента под машины с динамическими нагрузками и виброчувствительное оборудование, включающий инъецирование подвижного цементно-песчаного раствора в грунтовое основание под подошвой или бетонной подготовкой ростверка через введенные туда инъекторы, отличающийся тем, что несъемные инъекторы в виде перфорированных труб устанавливают по длине в контактной зоне под подошвой или бетонной подготовкой ростверка в заранее образованных горизонтальных пазах параллельно друг другу с равным шагом, причем концы инъекторов с одной стороны заглушены и подачу цементно-песчаного раствора производят одновременно с двух сторон ростверка через выпуски инъекционных труб, располагаемых за пределами ростверка, при этом выпуск каждого соседнего инъектора располагают на противоположной стороне ростверка впритык к его боковым сторонам, окончание нагнетания подвижного цементно-песчаного раствора принимают по объему закаченного цементно-песчаного раствора для включения в работу грунтового массива под подошвой или бетонной подготовкой ростверка, а необходимый объем цементно-песчаного раствора назначают в зависимости от площади подошвы ростверка, после затвердевания инъецированного раствора несъемные инъекторы выполняют роль горизонтальной арматуры закрепленной контактной грунтовой зоны под ростверком или его бетонной подготовкой.
