Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ УСТРОЙСТВА ОСНОВАНИЯ ФУНДАМЕНТОВ СООРУЖЕНИЙ

Изобретение относится к фундаментостроению, в частности к способам повышения несущей способности основания фундаментов, сложенных слабыми грунтами естественного (природного) или искусственного сложения, в т.ч. обладающими специфическими свойствами (плывунными, просадочными и др.) путем их вертикального армирования железобетонными висячими и забивными (вдавленными) сваями квадратного или круглого поперечного сечения.

Известен способ устройства фундамента для зданий и сооружений, возводимых на просадочных грунтах (1) включающий выполнение свай и армоэлементов, расположенных за пределами ростверка на расстоянии, равном 1-1,5 диаметра сваи от его наружных граней. Недостатком данного способа устройства фундамента является то, что повышение его несущей способности обеспечивается только за счет вовлечения окружающего грунта в совместную работу путем уплотнения просадочного грунта.

Известен способ устройства фундамента для зданий и сооружений (2), включающий выполнение фундамента мелкого заложения на естественном грунтовом основании, а затем армированное жесткими элементами по контуру фундамента мелкого заложения на расстоянии от его наружных граней, равном 0,1-0,5 диаметра жесткого элемента, с одинаковым шагом, равным 2-4 диаметрам жесткого элемента. Жесткие элементы выполнены в виде вертикальных стержней из забивных или буронабивных свай малого диаметра до 200 мм, при этом длина каждого жесткого элемента равна 15-20 его диаметрам. Армирование жесткими элементами по контуру фундамента мелкого заложения предотвращает горизонтальные и снижает вертикальные перемещение грунта, что приводит к повышению несущей способности фундамента. Недостатком является то, что его невозможно использовать на слабых маловлажных и влажных грунтах естественного или искусственного сложения, а также в любых инженерно-геологических условиях. Расстояния, на которых должны располагаться армирующие элементы в плане подошвы фундамента от его наружных граней, шаг между армирующими элементами назначаются, а это невозможно, так как расположение армирующих элементов в плане по контуру подошвы фундамента требует многофакторного анализа инженерно-геологических, природно-климатических и построечных условий, нагрузок и воздействий, передаваемых на армированное основание.

Техническая задача изобретения состоит в повышении несущей способности основания фундамента зданий и сооружений, выполненного в сложных инженерно-геологических условиях.

Поставленная задача решается за счет того, что в способе устройства фундаментов для зданий и сооружений включающем выполнение фундамента на естественном грунтовом основании, а затем армирование контурными вертикальными забивными сваями малого диаметра, расположенными за контуром фундамента, на определенном расстоянии от его наружных граней, определенной длины и на одинаковом расстоянии друг от друга, согласно изобретению, вначале формируют армированное основание фундамента для чего: сначала погружают контурные сваи в несколько рядов, на проектную глубину по принятой в проекте схеме свайного поля, располагая их за пределами контура фундамента, а затем погружают несущие сваи и располагают их в пределах контура подошвы фундамента или выходящих за контуры подошвы фундамента на величину меньше или равную 0,5 d (где d-сторона или диаметр поперечного сечения сваи), причем поверх несущих свай выполняют буферный слой, размеры которого в плане превышают длину и ширину подошвы фундамента на уровне отметки дна котлована на величину больше или равную 2d, а толщина его больше или равна 0,5 d из песка не менее средней крупности или щебня из твердых горных пород, причем участок дна котлована в пределах контура расположения несущих свай планируют до проектной отметки и устраивают бетонную подготовку, толщиной 10 см., при этом, ширина и длина которой превышает ширину и длину подошвы фундамента на величину d, поверх бетонной подготовки выполняют гидроизоляцию и возводят фундамент, кроме того минимальное расстояния между продольными осями контурных и несущих свай определяют по формуле:

а=k·m·d·√ρ_ds/(ρ_ds-ρ_d),

а длину контурных и несущих свай определяют по формуле:

l_a=0,4÷0,6H_C

где: H_C - нижняя граница сжимаемой толщи принимается на глубине z=Не, м, где выполняется условие σ_zp=0,2σ_zg

ρ_d=Σh_i·ρ_di/h_i, - начальная средневзвешенная плотность грунта в сухом состоянии, г/см³, до забивки свай, определяемая в пределах от отметки дна котлована до глубины h_a=l_a+3d;

ρ_di - начальная плотность в сухом состоянии грунтов, слагающих основание до глубины h_a;

ρ_ds - средневзвешенная плотность грунта в сухом состоянии, в между свайном пространстве в зависимости от значений ρ_d,

k=ρ_ds,/ρ_d - коэффициент, учитывающий степень изменения (ρ_d) в между свайном пространстве соседних свай;

d - сторона или диаметр поперечного сечения контурной или несущей сваи;

h_i - толщина слоя грунта;

m - коэффициент, учитывающий степень изменения плотности грунта в сухом состоянии в между свайном пространстве в зависимости от n=l_a/d;

Контурные и несущие сваи выполняют призматическими или цилиндрическими со стороной или диаметром поперечного сечения 10-30 см. Буферный слой может быть выполнен из шлакового щебня черной металлургии, отвечающего требованиям устойчивости структуры от распада, при этом максимальная крупность зерен щебня должна быть меньше или равной 0,25 d, при этом их содержание в гранулометрическом составе щебня по массе не должно превышать 20%.

Повышение несущей способности фундамента для зданий и сооружений достигается за счет одновременного армирования грунтового основания несущими и контурными забивными (вдавленными) сваями заданной длины и поперечного сечения на проектную глубину и расположенными в плане подошвы фундамента на расчетном расстоянии друг от друга по заранее принятой схеме свайного поля. В результате применения контурных и несущих свай с буферным слоем, в сжимаемой толще оснований фундаментов формируется армированный массив, имеющий требуемые размеры в плане и по глубине, обладающий заданными характеристиками и свойствами. Нижняя граница сжимаемой толщи принимается на глубине z=Н_с, м, где выполняется условие σ_zp=0,2_zg.

Наличие буферного слоя позволило вовлечь в работу грунты между свайного пространства и тем самым также увеличить несущую способность фундамента. Контурные сваи располагают за пределами контура фундамента в виде одного или двух рядов и создают вокруг армированного несущими сваями основания фундамента не полную прерывистую обойму, что в свою очередь также увеличивает несущую способность армированного основания и устраняет просадочные свойства грунтов за пределами периметра подошвы фундамента.

Существо изобретения поясняется чертежом, где на фиг.1 показана конструктивная схема армированного основания фундамента для зданий и сооружений несущими и контурными сваями.

Способ устройства основания фундаментов сооружений осуществляют следующим образом. Вначале формируют армированное основание фундамента 1. Для этого вначале с планировочной отметки дна котлована погружают контурные 3 сваи на проектную глубину l_a по принятой в проекте схеме свайного поля, располагая их за пределами контура фундамента. Затем погружают несущие сваи 2. В качестве контурных 3 и несущих 2 свай применяют призматические или цилиндрические сваи со стороной или диаметром перечного сечения d=10-30 см. Погружение несущих и контурных свай производят забивкой или вдавливанием на проектную глубину l_a.

Несущие сваи 2 располагают в пределах контура подошвы фундамента 1 или выходящими за его контуры на величину равную или меньше 0,5, где d-сторона или диаметр поперечного сечения сваи;

Контурные сваи 3 располагают за пределами контура подошвы фундамента, по его периметру, в виде одного или двух рядов и предназначены для создания вокруг армированного несущими сваями 2 основания фундамента 1 не полной прерывистой обоймы, наличие которой увеличивает несущую способность армированного основания несущими сваями на 10-15%, устраняет просадочные свойства грунтов за пределами периметра подошвы фундаментов и снижает вероятность подтопления грунтов основания армированного несущими 2 сваями. Затем поверху несущих свай 2 выполняют буферный слой 4 толщиной hi, большей или равной 0,5 d из песка не менее средней крупности или щебня из твердых горных пород. Буферный слой 4 может быть выполнен из шлакового щебня черной металлургии, отвечающего требованиям устойчивости структуры от распада, при этом максимальная крупность зерен щебня должна быть меньше или равной 0,25 d. При этом их содержание в гранулометрическом составе щебня по массе не должно превышать 20%.

Участок дна котлована в пределах контура расположения несущих 2 свай, планируют до проектной отметки и устраивают бетонную подготовку 5, толщиной 10 см., причем ширина и длина которой превышает ширину и длину подошвы фундамента 1 на величину d. Поверх бетонной подготовки 5 выполняют гидроизоляцию и возводят фундамент.Минимальное расстояния (а, см) между продольными осями контурных и несущих свай определяют по формуле:

а=k·m·d·√ρ_ds/(ρ_ds-ρ_d),

где: ρ_d=Σh_i·ρ_di/h_i, - начальная средневзвешенная плотность грунта в сухом состоянии, г/см³, до забивки свай, определяемая в пределах от отметки дна котлована до глубины h_a=l_a+3 d;

ρ_di - начальная плотность в сухом состоянии грунтов, слагающих основание до глубины h_a;

ρ_ds - средневзвешенная плотность грунта в сухом состоянии, г/см³ в между свайном пространстве, принимаемая по таблице 1 в зависимости от значений ρ_d;

k=ρ_ds,/ρ_d - коэффициент, учитывающий степень изменения (ρ_d) в между свайном пространстве соседних свай;

d - сторона или диаметр поперечного сечения контурной или несущей сваи;

h_i - толщина слоя грунта;

m - коэффициент, учитывающий степень изменения плотности грунта в сухом состоянии в между свайном пространстве, принимаемый по таблице 2 в зависимости от n=l_a/d;

Примечание: промежуточные значения ρ_ds определяются интерполяцией по фактическому значению ρ_d.

Длину несущих 2 и контурных 3 свай определяют по формуле:

la=0,4÷0,6H_C

где: H_C - нижняя граница сжимаемой толщи принимается на глубине z=H_C, где выполняется условие σ_zp=0,2σ_zg.

Несущая способность основания фундамента для зданий и сооружений, выполненная предложенным способом, по сравнению с несущей способностью оснований до их армирования, увеличивается в 1,8-2,4 раза и зависит от величины относительной просадочности грунтов, мощности просадочного слоя и его расположения в сжимаемой зоне основания фундамента, состояния и характеристики грунтов по боковой поверхности и в основании несущих свай, а также схемы расположения несущих и контурных свай в плане подошвы фундамента.

Источники информации:

1. Авторское свидетельство СССР №375348, МКИ E02D 27/12, БИ №16, 1973 г.

2. Патент России №2256033, МКИ E02D 27/01, 2005 г.