Результат интеллектуальной деятельности: Способ подготовки основания здания на слабых грунтах

Изобретение относится к строительству и может быть использовано при возведении фундаментов зданий на слабых грунтах.

Известен способ создания искусственного основания фундаментов зданий и сооружений, насыпей транспортных сооружений на слабых грунтах путём устройства грунтовой подушки, армированной полотнищами геосинтетиков – геотекстиля, георешёток, геоячеек (К. Д. Джоунс «Сооружения из армированного грунта. М., Стройиздат, 1989, с. 11, рис. 2.18 – аналог).

Эффективность армирования грунтовой подушки полотнищами геосинтетиков, размещаемыми в горизонтальной плоскости, существенно снижается за счёт их прогиба и растяжения в местах действия максимальных напряжений, а также из-за проскальзывания в грунте концов полотнищ (К. Д. Джоунс «Сооружения из армированного грунта. М., Стройиздат, 1989, с. 133-134).

Указанные недостатки могут частично или полностью устраняться за счёт предварительного, то есть до возведения фундаментов, прогиба и напряжения армирующих слоёв, а также анкеровки концов полотнищ.

Известен способ включения в работу полотнищ геосинтетика не за счет прогиба при осадке основания, а за счёт их укладки по криволинейным поверхностям, с выгибом вверх в пространстве между фундаментами. В частности, этот способ реализован в фундаменте здания, опирающемся на естественное или искусственное основание с криволинейной цилиндрической поверхностью, покрытой мембраной, края которой прикреплены к опорному контуру (Патент РФ №2491386, МПК ЕО2D 27/01, 2013 – аналог). При загрузке фундамента мембрана натягивается, благодаря чему напряжения перераспределяются на большую площадь основания. Однако формирование криволинейной поверхности основания весьма нетехнологично и трудоёмко, а валы грунта выше подошвы фундамента уменьшают полезный объём подвальных помещений. Кроме того, из-за отсутствия предварительного напряжения армирующих слоев их включение в работу будет происходить лишь по мере развития деформаций основания.

Известен способ предварительного напряжения армирующего слоя в основании насыпи путём последовательной отсыпки и уплотнения отдельных призм грунта от центра к периферии насыпи, когда эффект растяжения полотнищ геосинтетика возникает за счёт горизонтального смещения грунта в основании откоса крайних призм при работе катков или трамбовок (C. Lackner, D.T. Bergado, S. Semprich. Prestressed reinforced soil by geosynthetics – Concept and experimental investigation. Geotextiles and Geomembranes, № 37, 2013, p 109-123 – аналог).

Предварительное напряжение армирующего слоя путём многократного повторения операций отсыпки и уплотнения небольших призм грунта сложно технологически. Кроме того, способ реализуется лишь при отсыпке крупнообломочного грунта, у которого сцепление с полотнищем геосинтетика достаточно для его растяжения даже при небольшой ширине призмы. При наличии в основании здания нескольких армирующих слоёв трудоёмкость реализуемого способа существенно увеличивается, а при небольших расстояниях между ними по высоте вообще не может быть реализован.

Кроме того, армирующий слой в основании насыпи закладывается в горизонтальной плоскости, и для включения его в работу, то есть для создания в нём растягивающих напряжений потребуется появление прогибов за счёт развития осадки основания в местах действия максимальных напряжений (Q. Chen. An experimental study on characteristics and behavior of reinforced soil foundation : thesis for the degree of doctor / Q. Chen; Lousiana State University and Agricultural and Mechanical College. – Baton Rouge, USA, 2007. – figure 2.3.1 (b) p. 22; B. R. Jones. A qualitative model study on the effect of geosynthetics foundation reinforcement in sand overlying very soft clay / B. R. Jones, S. W. Jacobsz, J. L. van Rooy // Journal of the South African Institution of Civil Engineering. – 2016. – Vol. 58 (2). P. 25-34 – figure 4-6 p. 28-30).

Известен способ предотвращения проскальзывания в грунте армирующих слоёв путём отгиба вверх и закладки в следующий слой концов их полотнищ (К. Д. Джоунс «Сооружения из армированного грунта. М., Стройиздат, 1989, с. 161 рис. 5,24, Патент РФ № 2365700, МПК Е01С 21/00 2009 – аналоги).

Известен также способ анкеровки концов полотнищ геосинтетика путём крепления их к мешкам с песком или крупнообломочным грунтом (Патент РФ № 2597349, Е01С 3/04, 2015; Патент США № US 2012/0020745 A1, МПК E02D 17/18, 2012 – аналоги).

Оба способа отличаются высокой трудоёмкостью, существенно замедляющей производство работ.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является способ подготовки основания цилиндрического резервуара на слабых неравномерно сжимаемых грунтах, включающий отрывку котлована, устройство с послойным уплотнением грунтовой подушки, раскладку на каждом уплотняемом слое армирующих полотен и кольцевых жёстких элементов, натяжение армирующих полотен и крепление их к кольцевым элементам (Патент РФ №2308574, МПК E02D 27/00, 2006 – прототип).

Недостатком способа является высокая трудоёмкость его осуществления и необходимость применения специальных приспособлений для натяжения и крепления армирующих полотен. Кроме того, технически сложным является одновременное равномерное натяжение полотен во взаимно перпендикулярных направлениях, без которого из-за деформации кольцевых элементов эффект предварительного напряжения полотен не будет достигаться.

Задачей изобретения является повышение эффективности работы армированной грунтовой подушки за счёт обеспечения предварительного напряжения и прогиба полотнищ армирующего материала.

В способе подготовки основания здания на слабых грунтах, включающем отрывку котлована, отсыпку грунтовой подушки с послойным уплотнением, укладкой армирующих полотен и анкеровкой их концов с помощью жёстких элементов, уплотнение слоёв грунта подушки, подстилающих полотнища армирующего материала, на участках, расположенных вне контура фундаментов, производится до укладки полотнищ, а участков, расположенных внутри контура фундаментов – одновременно с уплотнением слоев, покрывающих полотнища, а анкеровка концов полотнищ достигается за счёт неполной раскатки их рулонов, обёрнутых вокруг жестких элементов.

Последовательность подготовки основания здания или сооружения на слабых грунтах иллюстрируется чертежами, где на фиг. 1 показан начальный этап, заключающийся в отрывке котлована и отсыпке первого слоя грунта подушки, на фиг. 2 – уплотнение первого слоя на участках, расположенных вне контура фундаментов, на фиг. 3 – то же, вид сверху, фиг. 4 – укладка полотнищ армирующего материала и отсыпка вышележащего слоя грунта подушки, на фиг. 5 – конец полотнища армирующего материала, обернутый вокруг жесткого трубчатого элемента, играющего роль анкера, на фиг. 6 – раскатка полотнища армирующего материала из двойного рулона; на фиг. 7 – положение полотнища армирующего материала после сплошного уплотнения вышележащего слоя, на фиг. 8 – готовые фундаменты здания, опирающиеся на грунтовую подушку с несколькими слоями армирующего материала.

Способ осуществляют следующим образом.

После отрывки котлована 1 в массиве слабого грунта 2, на дно котлована отсыпают слой грунтовой подушки 3 и уплотняют на участках 4, находящихся вне контуров запроектированных фундаментов. На участках 5, находящихся внутри контуров фундаментов, грунт не уплотняют.

По поверхности слоя 3 путём раскатки рулонов укладывают полотнища армирующего материала 6. Для обеспечения анкеровки концов полотнищ их рулоны раскатывают не полностью, оставляя несколько слоёв обёрнутыми вокруг жестких трубчатых элементов 7.

Для сокращения трудозатрат и исключения операций по стыковке полотнищ армирующий материал поставляется на строительную площадку в виде двойных рулонов, в которых каждая из половин полотнища обёрнута вокруг своего трубчатого элемента. Их раскатка производится поперек котлована от центра к его бортам.

Отсыпав следующий слой грунтовой подушки 8, производят его уплотнение на всей площади. Благодаря тому, что на ранее неуплотнённых участках первого слоя 5 грунт уплотняется одновременно с вышележащим слоём 8, на армирующем материале 6 в пределах контуров запроектированных фундаментов формируются прогибы 9, и он получает предварительное напряжение.

Повторив необходимое число раз операции по отсыпке и частичному уплотнению подстилающих слоёв грунта, укладке полотнищ армирующего материала, отсыпке и сплошному уплотнению покрывающих слоёв, получают подушку заданной высоты и приступают к устройству фундаментов 10.

Предлагаемый способ подготовки основания здания на слабых грунтах позволяет повысить эффективность работы армированной грунтовой подушки за счёт формирования прогиба полотнищ и их предварительного напряжения в период устройства подушки, а также сократить трудозатраты на анкеровку концов полотнищ.