СВАЙНЫЙ ФУНДАМЕНТ Российский патент 1999 года по МПК E02D27/34 E02D5/44 

Изобретение относится к строительству, в частности к фундаментам зданий и сооружений, возводимых на просадочных грунтах.

При строительстве на просадочных грунтах наиболее эффективен свайный фундамент, содержащий сваи-стойки, проходящие через всю толщину просадочного слоя и опирающиеся своими нижними концами на материк (скальная порода, твердая, практически не сжимаемая глина, плотный крупнообломочный грунт). Сверху сваи стойки соединены ростверком (см. , например, Л.Е.Линович: "Расчет и конструирование частей гражданских зданий", издательство "Будивельник", Киев, 1972, с. 293-294).

Однако, если описанный фундамент приемлем во всех случаях для грунтов I типа просадочности, толщина которых не превышает 10-12 м, то он далеко не всегда приемлем для грунтов II типа просадочности, толщина которых достигает 30-50, а иногда и более метров.

Изготовления свай такой длины экономически невыгодно, а иногда просто невозможно.

За прототип выбран свайный фундамент, содержащий висячие сваи, соединенные сверху ростверком (см., например, Л.Е.Линович, "Расчет и конструирование частей гражданских зданий", издательство "Будивельник", Киев, 1972, с. 293-294).

Выбранный за прототип фундамент применяют тогда, когда слой прочного грунта, способного воспринять нагрузку от веса здания или сооружения, залегает на глубине, при которой применение свай-стоек технически неосуществимо или экономически нецелесообразно.

Количество висячих свай обычно в 2 и более раз (в зависимости от физико-химических свойств грунта) превышает количество свай-стоек.

Это обусловлено тем, что сваи-стойки передают нагрузку от здания или сооружения на материк, в который входят своими нижними концами, а висячие сваи передают нагрузку на грунты основания, главным образом, за счет трения своих боковых поверхностей о грунт.

Поэтому количество и длину висячих свай в фундаменте выбирают таким образом, чтобы обеспечить необходимую степень уплотнения грунта, которая бы обеспечила требуемую величину этого бокового трения.

Однако, добиться требуемой величины бокового трения только увеличением количества и длины висячих свай не всегда удается. Вследствие этого в настоящее время разработано много свай, имеющих оригинальные конструкции, назначение которых - увеличение трения между сваей и грунтом (см., например, авт. свид. СССР N 1742417, МКИ E 02 D 3/046). Но широкого применения такие сваи не получили из-за высокой трудоемкости их изготовления.

Для повышения величины бокового трения используют также ряд способов уплотнения грунта, таких как предварительная вытрамбовка котлованов, виброуплотнение, уплотнение взрывом и т.д. Однако, все эти способы трудоемки, при этом эффективность их невелика.

Технической задачей изобретения является повышение несущей способности свайного фундамента с висячими сваями при одновременном снижении количества свай.

Сущность изобретения заключается в том, что свайный фундамент, включающий висячие сваи и ростверк, снабжен опорами, которые выполнены в виде закрепленных массивов грунта, размещены на материковом или слабом грунте и взаимодействуют с нижними концами висячих свай.

Каждая опора выполнена двухступенчатой, верхняя ступень, взаимодействующая с нижним концом висячей сваи, выполнена прочностью не менее 2,5 МПа, а нижняя ступень выполнена прочностью не менее 0,25 МПа при замачивании.

Верхняя ступень опоры выполнена высотой не менее 1,5 метра и диаметром, не менее чем в 3 раза превышающим диаметр или ширину большей стороны висячей сваи. Нижняя ступень опоры выполнена диаметром, не менее чем в 6 раз превышающим диаметр или ширину большей стороны висячей сваи.

Кроме того, верхняя ступень опоры выполнена грунтоцементной, а нижняя ступень образована посредством химического закрепления грунта.

Предлагаемый свайный фундамент с висячими сваями предназначен для многоэтажного гражданского и промышленного строительства на просадочных грунтах II типа. При этом этот фундамент имеет такую же несущую способность, что и фундамент со сваями-стойками.

В отличие от фундамента, выбранного за прототип, предлагаемый фундамент содержит, как минимум, в 2 раза меньше свай, причем их длина особого значения не имеет, так как может быть компенсирована высотой опор.

Изобретение поясняется чертежом, где схематично изображена висячая свая предлагаемого фундамента, взаимодействующая с опорой.

Свайный фундамент содержит висячие сваи 1, забитые в просадочный грунт 2 и соединенные ростверком (на чертеже не показан). Нижние концы висячих свай 1 взаимодействуют с верхними ступенями 3 двухступенчатых опор. Нижние ступени 4 двухступенчатых опор размещены на материковом или на слабом грунте 5.

Каждая верхняя ступень 3 выполнена прочностью не менее 2,5 МПа, высотой не менее 1,5 метра и диаметром, не менее чем в 3 раза превышающим диаметр или ширину большей стороны висячей сваи 1.

Приведенные размеры верхней ступени 3 двухступенчатой опоры являются наиболее оптимальными для обеспечения надежного опирания концов висячих свай 1. Однако, они могут быть и иными.

Верхняя ступень 3 выполнена грунтоцементной, но может быть также образована посредством химического закрепления грунта.

Каждая нижняя ступень 4 выполнена прочностью не менее 0,25 МПа при замачивании. То есть, нижняя ступень 4 представляет собой, как минимум, массив грунта, лишенного просадочных свойств. Однако, прочность нижней ступени может быть и более высокой.

Диаметр нижней ступени 4 двухступенчатой опоры не менее чем в 6 раз превышает диаметр или ширину большей стороны висячей сваи 1.

Это обязательно в случае, если опоры размещены не на материковом грунте, а на слабом грунте, прочностные показатели которого резко уменьшаются при замачивании. Такой диаметр нижней ступени 4 способствует уменьшению удельного давления опор на слабый грунт и, как следствие, исключает просадку фундамента.

В случаях, если опоры размещены на материковом грунте, то диаметр нижней ступени 4 может быть меньшим или даже равным диаметру верхней ступени 3.

Нижняя ступень 4 образована посредством химического закрепления грунта.

Предлагаемый свайный фундамент устраивают следующим образом.

В просадочном грунте 2 формируют верхние ступени 3 двухступенчатых опор посредством, например, нагнетания или втрамбовывания цементного раствора, который, перемешиваясь с грунтом, образует грунтоцементную смесь. После затвердевания грунтоцементной смеси и образования верхних ступеней 3 формируют нижние ступени 4 посредством нагнетания через инъекторы закрепляющего раствора. После набора закрепленным грунтом требуемой прочности и образования нижних ступеней 4 двухступенчатых опор, производят забивку висячих свай 1 до упора их нижних концов в верхние ступени 3 двухступенчатых опор.

Вверху висячие сваи 1 соединяют ростверком.

Порядок операций при устройстве свайного фундамента может быть и несколько иным.

Сначала забивают в просадочный грунт 2 висячие сваи 1, а затем формируют под их нижними концами двухступенчатые опоры в том же порядке, как было описано выше.

Изобретение относится к строительству, в частности к свайным фундаментам зданий и сооружений, возводимых на просадочных грунтах. Технический результат изобретения заключается в повышении несущей способности свайного фундамента с висячими сваями при одновременном снижении количества свай. Свайный фундамент включает висячие сваи и ростверк, снабжен опорами, которые выполнены в виде закрепленных массивов грунта, размещены на материковом или на слабом грунте и взаимодействуют с нижними концами висячих свай. Каждая опора выполнена двухступенчатой, верхняя ступень, взаимодействующая с нижним концом висячей сваи, выполнена прочностью не менее 2,5 МПа, а нижняя ступень выполнена прочностью не менее 0,25 МПа при замачивании. Верхняя ступень опоры выполнена высотой не менее 1,5 м и диаметром, не менее чем в 3 раза превышающим диаметр или ширину большей стороны висячей сваи, а нижняя ступень опоры - диаметром, не менее чем в 6 раз превышающим диаметр или ширину большей стороны висячей сваи. 3 з.п.ф-лы, 1 ил.

1. Свайный фундамент, включающий висячие сваи и ростверк, отличающийся тем, что он снабжен опорами, которые выполнены в виде закрепленных массивов грунта, размещены на материковом или слабом грунте и взаимодействуют с нижними концами висячих свай, при этом каждая опора выполнена двухступенчатой, верхняя ступень опоры, взаимодействующая с нижним концом висячей сваи, выполнена высотой не менее 1,5 м, диаметром, не менее чем в 3 раза превышающим диаметр или ширину большей стороны сваи, и прочностью не менее 2,5 МПа, а нижняя ступень опоры выполнена прочностью не менее 0,25 МПа при замачивании. 2. Свайный фундамент по п.1, отличающийся тем, что нижняя ступень опоры при размещении на материковом грунте выполнена диаметром, не менее чем в 3 раза превышающим диаметр или ширину большей стороны сваи. 3. Свайный фундамент по п.1, отличающийся тем, что нижняя ступень опоры при размещении на слабом грунте выполнена диаметром, не менее чем в 6 раз превышающим диаметр или ширину большей стороны сваи. 4. Свайный фундамент по любому из пп.1 - 3, отличающийся тем, что верхняя ступень опоры выполнена грунтоцементной, а нижняя ступень образована посредством химического закрепления грунта.