Способ устройства свайного фундамента под машины с динамическими нагрузками и виброчувствительное оборудование
Владельцы патента RU 2723784:
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 введенный туда инъектор. Несъемный инъектор в виде спирально уложенной перфорированной трубы установлен в контактной зоне под подошвой или бетонной подготовкой ростверка в заранее образованном спиральном горизонтальном пазу, причем один конец инъекционной трубы заглушен, а второй конец соединен с трубным вертикальным выпуском, через который под давлением подают цементно-песчаный раствор. Вертикальный трубный выпуск располагают за пределом ростверка впритык к его боковой поверхности. Перед инъецированием цементно-песчаного раствора на свайный фундамент воздействуют максимальной динамической нагрузкой от машины, установленной на свайном фундаменте, или от вибровозбудителя возле свайного фундамента, производят измерение уровня колебаний свайного фундамента, а нагнетание цементно-песчаного раствора производят до тех пор, пока контролируемый уровень колебаний свайного фундамента не снизится до безопасного для эксплуатации свайного фундамента, машины или виброчувствительного оборудования уровня. После затвердевания инъецированного раствора несъемный инъектор выполняет роль горизонтальной арматуры закрепленной контактной грунтовой зоны под ростверком или его бетонной подготовкой. Технический результат состоит в обеспечении возможности существенного снижения до безопасного уровня колебаний свайных фундаментов под машины с динамическими нагрузками и виброчувствительное оборудование за счет наиболее оптимального режима нагнетания цементно-песчаного раствора под подошву ростверка или его бетонную подготовку, обеспечении повышения срока службы машин и оборудования, уменьшении негативного воздействия на окружающие строительные конструкции. 5 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 №10», включающем инъецирование подвижного цементно-песчаного раствора в грунтовое основание под подошвой или бетонной подготовкой ростверка через введенный туда инъектор, согласно изобретению несъемный инъектор в виде спирально уложенной перфорированной трубы установлен в контактной зоне под подошвой или бетонной подготовкой ростверка в заранее образованном спиральном горизонтальном пазу, причем один конец инъекционной трубы заглушен, а второй конец соединен с трубным вертикальным выпуском, через который под давлением подается цементно-песчаный раствор, при этом вертикальный трубный выпуск располагается за пределом ростверка впритык к его боковому краю, перед инъецированием цементно-песчаного раствора на свайный фундамент воздействуют максимальной динамической нагрузкой от машины установленной на свайном фундаменте или от вибровозбудителя возле свайного фундамента, производят измерение уровня колебаний свайного фундамента, а нагнетание цементно-песчаного раствора производят до тех пор, пока контролируемый уровень колебаний свайного фундамента не снизится до безопасного для эксплуатации свайного фундамента, машины или виброчувствительного оборудования уровня, после затвердевания инъецированного раствора несъемный инъектор выполняет роль горизонтальной арматуры закрепленной контактной грунтовой зоны под ростверком или его бетонной подготовкой.
Сущность заявляемого изобретения заключается в том, что несъемный инъектор в виде спирально уложенной перфорированной трубы установлен в контактной зоне под подошвой или бетонной подготовкой ростверка в заранее образованном спиральном горизонтальном пазу, причем один конец инъекционной трубы заглушен, а второй конец соединен с трубным вертикальным выпуском, через который под давлением подается цементно-песчаный раствор, при этом вертикальный трубный выпуск располагается за пределом ростверка впритык к его боковому краю, перед инъецированием цементно-песчаного раствора на свайный фундамент воздействуют максимальной динамической нагрузкой от машины установленной на свайном фундаменте или от вибровозбудителя возле свайного фундамента, производят измерение уровня колебаний свайного фундамента, а нагнетание цементно-песчаного раствора производят до тех пор, пока контролируемый уровень колебаний свайного фундамента не снизится до безопасного для эксплуатации свайного фундамента, машины или виброчувствительного оборудования уровня, после затвердевания инъецированного раствора несъемный инъектор выполняет роль горизонтальной арматуры закрепленной контактной грунтовой зоны под ростверком или его бетонной подготовкой.
Первый новый признак, заключающийся в том, что несъемный инъектор в виде спирально уложенной перфорированной трубы установлен в контактной зоне под подошвой или бетонной подготовкой ростверка в заранее образованном спиральном горизонтальном пазу, позволяет предложенному техническому решению приобрести новое свойство, заключающееся в том, что наиболее простым образом под всей поверхностью подошвы ростверка или его бетонной подготовкой располагается инъектор, через который 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 один конец инъекционной трубы заглушен, 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 том, что второй конец инъектора соединен с трубным вертикальным выпуском, через который под давлением подается цементно-песчаный раствор, позволяет предложенному техническому решению приобрести новое свойство, заключающееся в том, что достигается наиболее простая форма введения под давлением инъекционного раствора с поверхности под ростверк или его бетонную подготовку. Четвертый новый признак, заключающийся в том, что вертикальный трубный выпуск располагается за пределом ростверка впритык к его боковому краю, позволяет предложенному техническому решению приобрести новое свойство, заключающееся в том, что достигается подача раствора в спирально уложенную в горизонтальной плоскости под ростверком или его бетонной подготовкой инъекционную трубу без образования кондукторов в теле ростверка. Пятый новый признак, заключающийся в том, что перед инъецированием цементно-песчаного раствора на свайный фундамент воздействуют максимальной динамической нагрузкой от машины, установленной на свайном фундаменте, или от вибровозбудителя возле свайного фундамента, позволяет заявленному техническому решению приобрести новое свойство, заключающееся в том, что создается реальный фон негативного воздействия, изменения которого с помощью измерительных приборов можно контролировать при инъецировании раствора. Шестой новый признак, заключающийся в измерении уровня колебаний свайного фундамента в процессе нагнетания раствора, позволяет предложенному техническому решению приобрести новое свойство, заключающееся в том, что появляется очень простое средство наглядного контроля изменений колебаний свайного фундамента в процессе инъецирования раствора. Седьмой новый признак, заключающийся в том, что нагнетание цементно-песчаного раствора производят до тех пор, пока контролируемый уровень колебаний свайного фундамента не снизится до безопасного для эксплуатации свайного фундамента, машины или виброчувствительного оборудования уровня, позволяет предложенному техническому решению приобрести новое свойство, заключающееся в том, что наиболее простым образом доступна наглядная информация о достаточности количества нагнетаемого раствора для достижения безопасной эксплуатации свайного фундамента, машины или виброчувствительного оборудования. Восьмой новый признак, состоящий в том, что после затвердевания инъецированного раствора несъемный инъектор выполняет роль горизонтальной арматуры закрепленной контактной грунтовой зоны под ростверком или его бетонной подготовкой, позволяет предложенному техническому решению приобрести новое свойство, заключающееся в том, что несъемный инъектор не просто остается в контактной зоне между ростверком и грунтовым основанием в виде балласта, который неудобно удалять, а выполняет 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. 3 представлен свайный фундамент в разрезе перед инъецированием цементно-песчаного раствора; на фиг. 4 представлен свайный фундамент в разрезе во время инъецирования цементно-песчаного раствора; на фиг. 5 представлен свайный фундамент в разрезе в момент прекращения инъецирования цементно-песчаного раствора.
На фиг. 1, 2, 3, 4 и 5 показаны: свайный фундамент, состоящий из свай - 1 и ростверка - 2; 3 - машина с динамическими нагрузками или виброчувствительное оборудование; 4 - грунтовое основание; 5 - инъекционная спирально уложенная труба; 6 - вертикальный трубный выпуск инъекционной трубы; 7 - уровень верхнего обреза ростверка; 8 - уровень подошвы ростверка; 9 - горизонтальный спиральный паз; 10 - перфорационные отверстия инъекционной трубы; 11 - прибор для измерения уровня колебаний фундамента.
На поверхности основания под будущим ростверком 2 или его бетонной подготовкой образуют горизонтальный спиральный паз 9, конфигурацией, длиной, шириной и высотой такой, чтобы там свободно размещалась инъекционная металлическая спиральная труба 5. Перед укладкой инъекционной спиральной трубы 5 в горизонтальный спиральный паз 9 ее оборачивают тонкой бумагой или тонкой полимерной пленкой (не показаны), чтобы предотвратить забивание перфорационных отверстий 10 инъекционной трубы 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 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 подготовки 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 под ростверком производят следующие действия. Включают машину 3 или вибровозбудитель (не показан) возле свайного фундамента в максимальном режиме, т.е. воздействуют на свайный фундамент максимальной динамической нагрузкой. При помощи специального прибора 11 производят измерения уровня колебаний свайного фундамента при максимальных динамических нагрузках до начала инъецирования цементно-песчаного раствора и в процессе инъецирования раствора. Производят нагнетание цементно-песчаного раствора под подошву ростверка 8 (или его бетонную подготовку) с помощью спирально уложенной инъекционной трубы 5, конец которой заглушен, а по всей поверхности инъекционной трубы 5 имеются равномерно расположенные перфорационные отверстия 10. В спиральную инъекционную трубу 5 раствор подается сверху через вертикальный трубный выпуск 6 инъекционной трубы, который располагается за пределом ростверка 2 впритык к его боковой стороне. В процессе создания давления инъецирования при подаче цементно-песчаного раствора тонкая бумага или полиэтиленовая пленка разрывается не мешая раствору под давлением проникать в зазоры и поры грунта под подошвой ростверка 8 (или его бетонной подготовкой). Нагнетание раствора производят до тех пор, пока контролируемый специальным прибором 11 уровень колебаний свайного фундамента, машины или виброчувствительного оборудования не снизится до безопасного уровня.
Снижение уровня колебаний свайного фундамента свидетельствует о ликвидации зазоров (не показаны) - заполнении их цементно-песчаным раствором и уплотнении грунтового основания 4 под его подошвой 8 или его бетонной подготовкой. После затвердевания инъекционного раствора (через 21 и более дней) происходит дальнейшее снижение амплитуды колебаний свайного фундамента на 15-20% за счет образования твердого грунтоцементного тела в зоне, контактирующей с подошвой ростверка, объединяющего сваи между собой (последнее подтверждено лабораторными и полевыми испытаниями). После затвердевания инъецированного раствора несъемный спирально уложенный инъектор 5 выполняет роль горизонтальной арматуры закрепленной контактной грунтовой зоны под ростверком или его бетонной подготовкой.
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 оборудования наиболее простым образом без сложных испытаний и расчетов, с помощью доступного оборудования.
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 введенный туда инъектор, отличающийся тем, что несъемный инъектор в виде спирально уложенной перфорированной трубы установлен в контактной зоне под подошвой или бетонной подготовкой ростверка в заранее образованном спиральном горизонтальном пазу, причем один конец инъекционной трубы заглушен, а второй конец соединен с трубным вертикальным выпуском, через который под давлением подают цементно-песчаный раствор, при этом вертикальный трубный выпуск располагают за пределом ростверка впритык к его боковой поверхности, перед инъецированием цементно-песчаного раствора на свайный фундамент воздействуют максимальной динамической нагрузкой от машины, установленной на свайном фундаменте, или от вибровозбудителя возле свайного фундамента, производят измерение уровня колебаний свайного фундамента, а нагнетание цементно-песчаного раствора производят до тех пор, пока контролируемый уровень колебаний свайного фундамента не снизится до безопасного для эксплуатации свайного фундамента, машины или виброчувствительного оборудования уровня, после затвердевания инъецированного раствора несъемный инъектор выполняет роль горизонтальной арматуры закрепленной контактной грунтовой зоны под ростверком или его бетонной подготовкой.
