Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ УСТРОЙСТВА СВАЙНОГО ФУНДАМЕНТА ПОД МАШИНЫ С ДИНАМИЧЕСКИМИ НАГРУЗКАМИ И ВИБРОЧУВСТВИТЕЛЬНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ

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 №5», 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 U-образных перфорированных труб устанавливаются по длине в контактной зоне под подошвой или бетонной подготовкой ростверка в заранее образованных U-образных горизонтальных пазах параллельно друг другу на равном расстоянии, причем у каждой из U-образных инъекционных труб одни концы заглушены, а вторые концы соединены с трубными вертикальными выпусками, через которые под давлением подается цементно-песчаный раствор, соседние U-образные инъекционные трубы уложены наоборот так, чтобы их вертикальные выпуски располагались на противоположных сторонах ростверка за его пределами впритык к его боковым сторонам, подача цементно-песчаного раствора производится одновременно с двух сторон ростверка, окончание инъецирования 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 U-образных перфорированных труб устанавливаются по длине в контактной зоне под подошвой или бетонной подготовкой ростверка в заранее образованных U-образных горизонтальных пазах параллельно друг другу на равном расстоянии, причем у каждой из U-образных инъекционных труб одни концы заглушены, а вторые концы соединены с трубными вертикальными выпусками, через которые под давлением подается цементно-песчаный раствор, соседние U-образные инъекционные трубы уложены наоборот так, чтобы их вертикальные выпуски располагались на противоположных сторонах ростверка за его пределами впритык к его боковым сторонам, подача цементно-песчаного раствора производится одновременно с двух сторон ростверка, окончание нагнетания 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.

Первый новый признак, заключающийся в том, что несъемные инъекторы в виде U-образных перфорированных труб устанавливаются по длине в контактной зоне под подошвой или бетонной подготовкой ростверка в заранее образованных U-образных горизонтальных пазах параллельно друг другу на равном расстоянии, 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 у каждого из U-образных инъекционных труб одни концы 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 том, что вторые концы U-образных инъекционных труб соединены с трубными вертикальными выпусками, через которые 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 соседние U-образные инъекционные трубы уложены наоборот так, чтобы их вертикальные выпуски располагались на противоположных сторонах ростверка за его пределами впритык к его боковым сторонам, позволяет предложенному техническому решению приобрести новое свойство, заключающиеся в том, что достигается подача раствора в U-образные горизонтально уложенные под ростверком или его бетонной подготовкой инъекционные трубы без образования кондукторов в теле ростверка, и создается равномерная подача раствора через горизонтально уложенные инъекционные трубы. Пятый новый признак, заключающийся в том, что подача цементно-песчаного раствора производится одновременно с двух сторон ростверка, позволяет предложенному техническому решению приобрести новое свойство, заключающееся в создании равномерного давления в контактной зоне при инъецировании раствора через горизонтально уложенные инъекторы. Шестой новый признак, заключающийся в принятии окончания нагнетания 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 новое свойство, 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 инъецированного 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 U-образные трубы; 6 - вертикальные выпуски инъекционных труб; 7 - уровень верхнего обреза ростверка; 8 - уровень подошвы ростверка; 9 - горизонтальные U-образные пазы; 10 - перфорационные отверстия труб.

На поверхности основания под будущим ростверком 2 или его бетонной подготовкой образуют горизонтальные U-образные пазы 9, конфигурацией, длиной, шириной и высотой такой, чтобы там свободно размещались U-образные металлические инъекционные трубы 5. Перед укладкой U-образных инъекционных труб 5 в горизонтальные U-образные пазы 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 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 U-образных инъекционных труб 5, концы которых заглушены, а по всей поверхности инъекционных труб 5 имеются равномерно расположенные перфорационные отверстия 10. В U-образные трубы 5 раствор подается сверху через вертикальные выпуски 6 инъекционных труб 5, которые располагаются за пределами ростверка 2 впритык к его боковым сторонам. Выпуск 6 каждого соседнего U-образного инъектора 5 располагается на противоположной стороне ростверка 2. Окончание процесса нагнетания принимают по объему закаченного цементно-песчаного раствора, при этом необходимый объем раствора 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 U-образные 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 существенное снижение 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).