ФУНДАМЕНТ Российский патент 1994 года по МПК E02D27/01 

Изобретение относится к строительству и может быть использовано при возведении фундаментов легких постоянных и временных зданий на слабых грунтах, а также при усилении оснований, в том числе и дорог.

Известен фундамент, возведенный на слабых грунтах, включающий заглубленный в грунт железобетонный блок, подушку из несвязного грунта, устроенную на железобетонной армирующей плите (информационный листок N 29, 1989, ВНИИОСП).

Недостатками данного фундамента являются большая деформативность и невысокая несущая способность, обусловленная тем, что при воздействии нагрузки под краями жесткой железобетонной плиты развиваются зоны пластичности в слабом грунте основания, в результате чего слабый грунт основания выдавливается в стороны из-под плиты, а также большая материалоемкость и стоимость, связанная с применением и транспортировкой железобетонных конструкций.

Наиболее близким к изобретению является фундамент, возведенный на слабых грунтах, включающий заглубленный в грунт железобетонный блок, подушку из несвязного грунта, заключенную в горизонтальную обойму из синтетического материала [1] .

Недостатками данного фундамента являются большая деформативность и невысокая несущая способность, обусловленная большой деформативностью оболочки за счет возникновения в ней неравномерной концентрации растягивающих напряжений, передающихся от грунта, заключенного в нее при действии нагрузки. Также данный фундамент не может быть применен при больших толщах слабых грунтов, где требуются значительные размеры оболочки по глубине. В этом случае в грунте оболочки по глубине развиваются неравномерные напряжения, вызывающие неравномерные деформации последней.

Целью изобретения является уменьшение деформативности и повышение несущей способности фундамента.

Цель достигается тем, что между железобетонным блоком и подушкой из несвязного грунта, заключенной в горизонтальную оболочку из синтетического материала, расположена грунтовая прослойка из несвязного грунта, толщину которой определяют из условия прочности слабого грунта основания, а оболочка выполнена высотой не более 0,4b, шириной, превышающей b, где b - ширина железобетонного блока, при этом грунт, находящийся в оболочке, армирован вертикальной сотовой конструкцией из синтетического материала.

Работа жестких фундаментов, возведенных на слабых грунтах, показала, что потеря несущей способности основания и большие осадки фундаментов происходят в основном за счет развития зон пластичности в окружающем слабом грунте, в результате чего грунт основания выдавливается в стороны из-под фундамента. Для повышения несущей способности и уменьшения осадок фундамента производят замену слабого грунта в основании на несвязный грунт (песчаный) с высокими физико-механическими характеристиками. Потеря несущей способности и большая деформативность фундаментов на таких грунтовых подушках может произойти или в случае разрушения слабого грунта, окружающего грунтовую подушку, за счет действия на него горизонтальных давлений, возникающих со стороны грунтовой подушки, при появлении в ней зон пластичности под краями железобетонного блока, или в случае разрушения слабого грунта в основании грунтвой подушки за счет развития в нем зон пластичности, вызывающих значительные горизонтальные перемещения частиц грунта, при этом подушка из несвязного грунта не оказывает этому смещению никакого сопротивления.

Многочисленными опытами доказано, что если физико-механические характеристики грунта подушки намного лучше, чем у окружающего слабого грунта, а ширина железобетонного блока блоее 1,0 м, в этом случае явно определяющим является случай разрушения слабого грунта в основании подушки.

При большой толще слабых с низкими физико-механическими характеристиками размеры грунтовых подушек по глубине могут быть значительными, что с экономической точки зрения не всегда приемлемо. Поэтому наиболее рациональным является возможность повышения несущей способности и уменьшения деформативности фундамента за счет повышения устойчивости грунтовой подушки при влзможных горизонтальных перемещениях частиц слабого грунта основания.

Повышение устойчивости грунтовой подушки можно достичь путем включения в работу нижних слоев несвязного грунта подушки - как "одно-целое", то есть как плита, обладающая жесткостными характеристиками, на упругом основании. В этом случае происходило бы перераспределение напряжений по подошве подушки, выравнивание ее деформаций. В итоге повысилась бы ее устойчивость и как следствие возросла несущая способность и уменьшилась деформативность фундамента в целом.

С целью включения в работу нижних слоев несвязного грунта подушки как "одно-целое" и возможности его работы, как плиты на упругом основании, грунт нижних слоев заключается в горизонтальную оболочку из синтетического материала. При этом чтобы грунт в оболочке смог работать на изгиб, последний армирован вертикальной сотовой конструкцией из синтетического материала с ячейками в плане не более 1,0b×1,0b, которая также исключит горизонтальное перемещение грунта в оболочке, позволит грунтовой плитедеофрмироваться только за счет сжатия грунта при действии нагрузки. По ширине оболочка должна превышать b - поперечный размер железобетонного блока, чтобы передавать нагрузку на большую площадь, тем самым снижая давление на слабый грунт основания. По высоте оболочка должна быть не более 0,4b в противном случае по высоте оболочки возникают неравномерные напряжения от действующей нагрузки, которые могут вызвать неравномерные деформации оболочки. Грунтовая прослойка, включающая грунт от подошвы железобетонного блока до верха оболочки, равномерно распределит напряжения, передающиеся от железобетонного блока на оболочку.

Глубину, на которой устраивают горизонтальную оболочку, можно определить по формуле (1).

где
A₁= K₁·(M_γ·k_z·γ_сл·2tgϕ+M_q·γ_п) ;
B₁= K₁·b(M_γ·k_z·γ_сл·b+M_q·γ_п(d+h₀)+M_c·C_сл) ;
C₁= (d+h₀)·2tgϕ ;
γ_п; γ_сл - объемный вес соответственно грунта прослойки и слабого грунта ниже оболочки, кН/м³;
ϕ- угол внутреннего трения грунта прослойки, град;
M_γ; M_q; - коэффициенты, зависящие от угла внутреннего трения ( ϕ_сл) слабого грунта основания и определяющиеся по СНиП 2.02.01-83;
K₁= - коэффициент, определяемый по СНиП 2.02.01-83;
b - ширина железобетонного блока, м;
d - глубина заложения железобетонного блока, м;
h_о - толщина оболочки, м;
N - нагрузка, передающаяся от сооружения с учетом веса железобетонного блока, кН/м.

Ширина оболочки (b_o) должна удовлетворять условию (2)
b_o≥b+2H˙tgϕ (2)
Прочность синтетического материала на растяжение определяется по формуле (3)
σ_пред≥ 0,21·h · q , (3) где q= γ_п(H+d)+ ;
Е₁; ν₁ - соответственно модуль деформации и коэффициент Пуассона слабого грунта основания;
Е_o; ν_o - то же, грунта, заключенного в оболочку. Остальные обозначения, что и в формуле (1).

На фиг. 1 изображен план фундамента; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1;
Фундамент, возводимый на слабых грунтах 1, состоит из железобетонного блока 2, грунтовой подушки 3, заключенной в оболочку 4 из синтетического материала, грунтовой прослойки 5, расположенной между железобетонным блоком 2 и грунтовой подушкой 3 в оболочке 4. Грунт подушки 3 армирован вертикальной сотовой конструкцией 6 из синтетического материала.

Предлагаемый фундамент возводится в следующей последовательности: отрывается траншея под фундамент; на выровненное основание и стенки траншеи укладывается синтетический материал оболочки, при этом концы заводятся на бровку; устанавливается вертикальная сотовая конструкция из синтетического материала на дно траншеи, устланное материалом оболочки; производится засыпка сотовой конструкции несвязным грунтом с тщательным уплотнением. По окончании засыпки соединяют с перехлестом свободные концы синтетического материала оболочки, отсыпают с уплотнением грунтовую прослойку и монтируют железобетонный блок; производят нагружение фундамента.

(56) 1. Экономический патент ГДР N 213965, кл. Е 02 D 3/08, 1984.

Использование: в области строительства, в частности фундаментостроения. Сущность: фундамент включает блок и подушку из несвязного грунта. Подушка заключена в замкнутую оболочку из синтетического материала. Между блоком и подушкой расположена грунтовая прослойка. Грунт в оболочке армирован вертикальной сотовой конструкцией из синтетического материала. Оболочка выполнена высотой не более 4 b и шириной, превышающей b, где b - ширина железобетонного блока. Прочность оболочки из синтетического материала на растяжение определена приведенной зависимостью. 1 з. п. ф-лы, 2 ил.

1. ФУНДАМЕНТ, возводимый на слабых грунтах, включающий заглубленный в грунт железобетонный блок и подушку из несвязного грунта, заключенную в замкнутую оболочку из синтетического материала, отличающийся тем, что между блоком и подушкой расположена грунтовая прослойка, а грунт в оболочке армирован вертикальной сотовой конструкцией из синтетического материала, при этом оболочка выполнена высотой не более 0,4 · b и шириной, превышающей b, где b - ширина железобетонного блока. 2. Фундамент по п. 1, отличающийся тем, что синтетический материал оболочки выполнен с прочностью на растяжение, значение которой удовлетворяет условию
σ_пред≥ 0,21·h · q
q= γ_п(H+d)+
где σ_пpед - предельное напряжение в оболочке;
h_о - толщина оболочки;
E₁ - модуль деформации грунта, окружающего оболочку;
E_о - модуль деформации грунта, заключенного в оболочку;
ν_o - коэффициент Пуассона грунта, заключенного в оболочку;
ν₁ - коэффициент Пуассона грунта, окружающего оболочку;
γ_п - объемный вес грунта прослойки;
H - высота прослойки;
d - глубина заложения железобетонного блока;
N - нагрузка, передающаяся от сооружения с учетом веса железобетонного блока;
b_о - ширина оболочки.