СПОСОБ ВОЗВЕДЕНИЯ ЭТАЛОННОГО ФУНДАМЕНТА

Заявляемое изобретение «Способ возведения эталонного фундамента» относится к области строительства и служит для возведения эталонных свайных фундаментов для строительства малых и высотных сооружений на талых дисперсных грунтах.

Известен способ возведения фундамента, реализованный в патенте РФ на изобретение №2062832, МПК E02D 27/01, опубл. 1996.06.27, включающий установку бетонных столбов, ленточного ростверка с последующим возведением узлов соединения столбов с ростверком, причем ростверк выполняют из стальных швеллеров, а каждый узел соединения выполняют в виде анкерного болта, закрепленного на торце столба с эксцентриситетом относительно продольной оси фундамента с последующим установлением опорной пластины с отверстием под анкерный болт, повторяющей форму верхнего торца столба с возможностью взаимодействия одной плоскостью этой пластины с упомянутым верхним торцом столба, а другой плоскостью с полкой швеллера, и с дальнейшим размещением под гайкой анкерного болта Г-образной в поперечном сечении прижимной пластины, которую выполняют с отверстием под анкерный болт на большой полке, которую располагают взаимодействующей частью внутренней поверхности с полкой швеллера и торцом малой полки с опорной пластиной, при этом швеллер располагают над большими квадрантами плоскости торца столба с центром, совпадающим с осью анкерного болта в плане.

Недостатком таких способов возведения фундаментов являются высокая себестоимость, а также низкие эксплуатационные качества и надежность.

Этот недостаток обусловлен тем, что сам по себе способ возведения таких фундаментов сложен и включает большое количество дорогостоящих монтажных работ, а также большое количество дорогостоящих составных элементов и материалов.

Известен способ возведения свайного фундамента (см. а.с. СССР №1004532, МПК E02D 5/44, E02D 27/12, опубл. 15.03.83), в котором осуществляют первоначальную забивку в грунт центральной сваи, снабженной уширением в нижней части. Затем последовательно или одновременно забивают противостоящие друг другу в плане боковые сваи, состоящие из шарнирно соединенных между собой верхней и нижней частей с ослабленным сечением так, чтобы нижний конец боковой сваи опирался на уширение центральной сваи и при дальнейшей забивке происходил срез ослабленного сечения с обеспечением отхода части боковой сваи от центральной.

Недостатком такого способа возведения свайного фундамента является низкая надежность и долговечность, высокая себестоимость, а также сложность возведения такой конструкции фундамента.

Данный недостаток обусловлен тем, что изготовление боковых свай с шарнирным соединением является трудоемким процессом, кроме того, за счет близкого прилегания центральной и боковых свай сокращается рабочая площадь боковой поверхности, что предопределяет недостаточную несущую способность возводимого фундамента.

Известен способ возведения свайного фундамента (см. Патент РФ №2379419, МПК E02D 3/12, опубл. 10.06.2009), в котором осуществляют установку свай с последующим их укреплением путем подачи в грунт в два этапа твердеющего раствора под давлением, причем сначала подачу твердеющего раствора осуществляют по периферии укрепляемых свай, а после затвердения раствора по периферийному контуру осуществляют подачу твердеющего раствора в зону, ограниченную периферийным контуром, в том числе и межсвайное пространство, при этом на обоих этапах введение в грунт укрепляющего раствора осуществляют либо с помощью инъекторов, которые забивают в грунт на глубину уплотнения, либо, предварительно, по периферии группы укрепляемых свай и внутри межсвайного пространства бурят скважины, в которые подают твердеющий раствор под давлением.

Недостатком известного способа возведения свайного фундамента является низкая надежность, а также то, что он экономически невыгоден.

Данный недостаток обусловлен тем, что грунт вокруг сваи укрепляется неоднородно и при гидроразрыве под действием подаваемого в грунт под давлением твердеющего раствора за счет изменения напряженного состояния траектория трещины при подходе к зоне уплотнения вокруг сваи будет искривляться и огибать это препятствие, находя более слабые участки в межсвайном пространстве, к тому же имеет место большой расход неэффективно используемого твердеющего раствора и трудозатрат по осуществлению его введения в грунт.

Техническим результатом настоящего изобретения «Способ возведения эталонного фундамента» является снижение себестоимости монтажных работ фундамента при возведении сооружений (здания) в целом, повышение долговечности, надежности и эксплуатационных качеств сооружений с высокой долей безопасности, возводимых на таком фундаменте, исключающем неравномерную осадку при любых неоднородных грунтовых условиях строительства.

Техническим результатом настоящего изобретения «Способ возведения эталонного фундамента» является повышение производительности и снижение себестоимости монтажных и подготовительных работ при возведении фундамента сооружений (здания) в целом при одновременном повышении долговечности, надежности и эксплуатационных качеств сооружений с высокой долей безопасности, возводимых на таком фундаменте, исключающем неравномерную осадку при любых неоднородных грунтовых условиях строительства.

Поставленный технический результат достигается тем, что в известном способе возведения эталонного фундамента, включающем установку свай, согласно изобретению первоначально на месте предполагаемого фундамента разрабатывают конкретный проект свайного поля и рассчитывают нагрузки на одну сваю, после чего определяют общее количество свай, глубину статического зондирования и расположение точек статического зондирования, далее в местах погружения свай выполняют статическое зондирование с помощью установки для статического зондирования грунта и проводят работы для оценки пространственной изменчивости состава и свойств грунта и количественной оценки этих характеристик, в дальнейшем фиксируют показатели, характеризующие сопротивление грунта на конус и на боковую поверхность сваи при внедрении зонда, результаты испытаний свай на свайном поле заносят в базу данных, при этом берут необходимое количество точек исследований на свайном поле 0,5%-1,0% от общего количества свай на данном объекте и проводят динамическое испытание каждой сваи, далее забитые сваи выдерживают в течение 5-35 суток, после чего проводят натурные испытания каждой сваи статической нагрузкой, при которой снимают показания с измерительных приборов и определяют значения предельной несущей способности каждой сваи, далее проводят корреляцию полученных результатов предельной несущей способности каждой сваи с данными статического зондирования и усилиями на погружение свай с учетом инженерно-геологических условий площадки, вслед за этим проводят погружение остальных свай, причем при достижении заданного усилия на каждую погружаемую сваю ее погружение останавливают и проводят срубку сваи на определенном уровне над поверхностью земли, причем при определении общего количества свай определяют сваи одной конфигурации с координатной привязкой к местности в каждой точке погружения свай, при этом расположение точек зондирования определяют с помощью программы контрольных испытаний свай, для оценки пространственной изменчивости состава и свойств грунта и количественной оценки этих характеристик используют устройство для измерения нагрузки и показателей сопротивления грунта и аппаратуру типа «ТЕСТ-К4», а динамическое испытание каждой сваи проводят путем определения зависимости ударов по свае на каждый метр погружения сваи.

Между отличительными признаками и достигаемым техническим результатом существует следующая причинно-следственная связь.

В отличие от аналогов и прототипа, в заявляемом способе возведения эталонного фундамента, где первоначально на месте предполагаемого фундамента разрабатывают конкретный проект свайного поля и рассчитывают нагрузки на одну сваю, после чего определяют глубину статического зондирования и расположение точек зондирования с помощью программы натурных испытаний свай, а также общее количество свай одной конфигурации, далее в местах погружения свай выполняют статическое зондирование, которое является высоким по производительности и низким по себестоимости и по производительности в несколько раз выше и менее затратно, чем у объектов-аналогов. Такие технологические приемы позволяют регулировать с учетом сложности грунтовых условий в зависимости от однородности грунтов по условиям их залегания и свойств определенный объем статического зондирования (контрольных испытаний) по точкам свайного поля. При однослойном или многослойном составе толщи грунтов с практически горизонтальными или слабонаклонными слоями (уклон не более 0,05), с однородностью по свойствам каждого слоя грунтов, сетку зондирования (испытаний грунтов) применяли не менее 35×35 м и проводили статическое зондирование не менее двух точек на каждой стороне здания. Проведение работ для оценки пространственной изменчивости состава и свойств грунта и количественной оценки этих характеристик с использованием устройства для измерения нагрузки и показателей сопротивления грунта, а также дальнейшая фиксация показателей, характеризующих сопротивление грунта на конус и на боковую поверхность сваи при внедрении зонда, с последующим занесением результатов испытаний свай на свайном поле в базу данных, при котором взятое необходимое количество точек исследований на свайном поле 0,5%-1,0% от общего количества свай на данном объекте, на которых проводили динамическое испытание каждой сваи путем определения зависимости ударов по свае на каждый метр погружения сваи и выдерживание забитых свай в течение 5-45 суток, позволяло для фундаментов принимать одну длину сваи. Если расчеты несущей способности грунтов во всех точках забивки свай не отличались более 5%, то вариант детализации несущей способности грунтов по другим точкам отпадал. Таким образом, при возведении эталонного свайного фундамента при качественном выполнении всех этапов работ достигалась минимальная погрешность расхождений (не более 5%) расчетной нагрузки на одиночную сваю от фактической, что позволяет применять сваи одной конфигурации, забиваемые на определенную глубину погружения и срубленные на определенном уровне над поверхностью земли, что позволило снизить себестоимость монтажных и подготовительных работ при возведении фундамента сооружений (здания) в целом, а также повысить долговечность, надежность и эксплуатационные качества сооружений. Проведение, после динамических испытаний, натурных испытаний каждой сваи статической нагрузкой, при которой снимают показания с измерительных приборов и определяют значения предельной несущей способности каждой сваи, а также дальнейшая корреляция полученных результатов предельной несущей способности каждой сваи с данными статического зондирования и усилиями на погружение свай с учетом инженерно-геологических условий площадки дает гарантию сооружениям, возводимым на таком фундаменте, высокой доли безопасности, исключающей неравномерную осадку при любых неоднородных грунтовых условиях строительства. Применение свай одной конфигурации и дальнейшее погружение остальных свай, на которых при достижении заданного усилия на каждую погружаемую сваю погружение последней останавливают и проводят срубку сваи на определенном уровне над поверхностью земли, повышает производительность работ и снижает сроки возведения фундамента.

Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации и выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявляемого изобретения, позволил установить, что заявителем не обнаружен аналог, характеризующийся признаками, идентичными признакам заявляемого изобретения «Способ возведения эталонного фундамента», а определение из перечня выявленных аналогов прототипа как наиболее близкого по совокупности признаков аналога позволило выявить совокупность существенных по отношению к усматриваемому заявителем техническому результату отличительных признаков в заявляемом объекте, изложенных в формуле изобретения.

Следовательно, заявленное изобретение «Способ возведения эталонного фундамента» соответствует критерию «новизна», согласно действующему законодательству.

По мнению заявителя, сущность заявляемого изобретения «Способ возведения эталонного фундамента» не следует главным образом из известного уровня техники, так как из него не выявляется вышеуказанное влияние на достигаемый технический результат - новое свойство объекта - совокупности признаков, которые отличают от прототипа заявляемое изобретение, что позволяет сделать вывод о соответствии изобретения «Способ возведения эталонного фундамента» критерию "изобретательский уровень".

Совокупность существенных признаков, характеризующих сущность заявляемого способа возведения эталонного фундамента, может быть многократно использована в производстве аналогичных фундаментов как для крупных промышленных сооружений, так и для гражданского строительства с получением технического результата, заключающегося в повышении эксплуатационных качеств и снижении себестоимости жилья, что позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого изобретения «Способ возведения эталонного фундамента» критерию «промышленная применимость».

Сущность заявляемого изобретения «Способ возведения эталонного фундамента» поясняется фотографиями, чертежами и схемами, а также примером конкретного выполнения:

где на фиг. 1 изображена установка для статического испытания свай, вид сбоку;

на фиг. 2 изображена установка для статического испытания, вид сверху;

на фиг. 3 изображено устройство для статического испытания свай, вид сбоку;

на фиг. 4 изображено устройство для статического испытания свай, вид сверху;

на фиг. 5 изображено статическое испытание сваи с использованием крестообразной платформы;

на фиг. 6 изображена установка крестообразной платформы грузоподъемным средством.

Способ возведения эталонного фундамента осуществляют следующим образом.

Первоначально на месте предполагаемого фундамента разрабатывали проект свайного поля, после чего рассчитывали нагрузки на одну сваю, определяли общее количество свай одной конфигурации с координатной привязкой к местности в каждой точке погружения свай, глубину статического зондирования и расположение точек статического зондирования. Далее, по программе контрольных испытаний в местах погружения свай выполняли статическое зондирование, которое является высоким по производительности и низким по себестоимости. Статическое зондирование выполняли в соответствии с требованиями ГОСТ 19912-2001. С этой целью на строительную площадку направляли установку для статического зондирования грунта в виде транспортного средства 1, а именно «КАМА3-43114», с устройством статического зондирования грунта 2 (фиг. 1), включающим зонд 3, выполненный в виде конического наконечника 4 с набором рабочих штанг 5. В салоне транспортного средства размещали гидросистему 6 с пультом управления 7, связанную для измерения нагрузки и показателей сопротивления грунта 8 с устройством для измерения этих показателей 9 типа «ТЕСТ-К4», при этом данные показателей выводились на монитор компьютера 10. Статическое зондирование грунтов производили вдавливанием конического наконечника 4 зонда 3 в грунт 8, при этом через каждые 0,2 м по устройству для измерения 9, а именно «ТЕСТ-К4», фиксировали показатели, характеризующие сопротивление грунта 8 на конус и на боковую поверхность сваи при внедрении зонда 3. Причем расчет несущей способности конкретных свай производили через 1 м в пределах активной зоны фундамента. Результаты определения несущей способности определяли у конкретных свай 11, т.е у 7% точек исследования на свайном поле от общего количества свай на данном объекте, причем показатели в каждой контрольной точке фиксировали и заносили в базу данных. После этого на строительной площадке, в местах, где проводили статическое зондирование, проводили динамическое испытание каждой забитой сваи 11 путем определения зависимости количества ударов на каждый метр погружения сваи. После «отдыха» забитой сваи в течение 20 суток устройством для статического испытания свай (фиг. 3, 4, 5, 6) проводили натурные испытания контрольных свай 11 статической нагрузкой без использования анкерных свай, согласно п. 8.2 ГОСТ 5686-94. При подготовке натурных испытаний свай 11 вокруг каждой забитой сваи 11 с помощью обычной мобильной буровой установки (фиг. 6) забуривали в грунт 8 шнековые опоры 12, таким образом, чтобы свая 11 с каждой из четырех сторон, по мнимому кресту 13 (фиг 4), центр которой расположен на оси симметрии X-X сваи, имела по паре забуренных шнековых опор 12, т.е. всего восемь шнековых опор 12. На верхнюю торцевую часть 14 испытываемой сваи 11 устанавливали гидродомкрат 15 с помощью грузоподъемных машин, на гидродомкрат укладывали платформу 16 крестообразной формы. Затем на концы 17 упорной крестообразной платформы 16 сверху устанавливали верхние поперечины 18, каждая из которых выполнена с открытыми пазами 19 на концах 20 и фиксировали их шайбами 21 с затяжными гайками 22, перемещающимися по резьбовой части 23 шнековых опор 12, на их верхней половине 24. После чего в гидродомкрат 15 по трубопроводу 25 подавали жидкость, т.е. проводили испытание сваи 11, снимая с измерительных приборов показания осадки сваи 11 при заданных нагрузках, по индикаторам, достигая предельного состояния сваи 11, при котором определяли значения несущей способности сваи 11. После проведения натурных испытаний проводили корреляцию полученных результатов с данными статического зондирования и усилиями (количество ударов) на погружение свай 11 с учетом инженерно-геологических условий строительной площадки. Далее проводили массовое погружение остальных свай 11. При достижении на погружаемую сваю 11 заданного усилия ее погружение останавливали и проводили срубку сваи на определенном уровне от поверхности земли. Если длины сваи было недостаточно для заданного усилия, то сваю дополнительно наращивали (удлиняли).

Таким образом, возводили эталонный фундамент, все сваи которого воспринимали во всех точках соприкосновения одинаковые сопротивления грунтов, рассчитанные на одну расчетную нагрузку, т.е. с высокой долей безопасности исключали неравномерную осадку при любых неоднородных грунтовых условиях строительства.

Применение настоящего изобретения «Способ возведения эталонного фундамента» позволяет повысить производительность и снизить себестоимость монтажных и подготовительных работ при возведении фундамента сооружений (здания) в целом, при этом одновременно повысить долговечность, надежность и эксплуатационные качества сооружений с высокой долей безопасности, возводимых на таком фундаменте, исключающем неравномерную осадку при любых неоднородных грунтовых условиях строительства.