Фундамент для внецентренно нагруженной колонны Российский патент 2004 года по МПК E02D27/00 E02D27/50 

Изобретение относится к фундаментам промышленных и гражданских зданий при строительстве на грунтах с неравномерной осадкой.

Неравномерная осадка является основной причиной, приводящей к возникновению больших напряжений в элементах каркаса сооружения, к появлению трещин в несущих конструкциях и полному выходу несущих конструкций из строя, вплоть до разрушения.

Известен фундамент под внецентренно нагруженную колонну с анкерными болтами для крепления [1, с. 368 ], взятый в качестве наиболее близкого аналога.

Недостатки аналога следующие:

- невозможно восстановить проектное положение фундамента после неравномерной осадки, так как отсутствуют какие-либо устройства в фундаменте, позволяющие восстановить его проектное положение;

- материалоемкость фундамента избыточно велика.

Задачей изобретения является полное восстановление проектного положения фундамента после его неравномерной осадки и крена и снижение материалоемкости.

Поставленная задача решается за счет того, что в теле фундамента под внецентренно нагруженную колонну, содержащем анкерные болты, согласно изобретению, выполнены сквозные сопла, расширяющиеся к подошве фундамента, размещенные симметрично относительно осей х и у фундамента и по его центру, каждое из сопел заполнено сыпучим материалом, например, шлаком, требующим утилизации, в верхнее отверстие каждого из сопел введен пульсирующий домкрат двойного действия, причем опорная плита каждого домкрата соответствует профилю верхнего отверстия сопла и опирается на сыпучий материал, домкраты упираются поршнями снизу в съемные распределительные балки, концы каждой из распределительных балок уперты снизу в съемную Н-образную раму по ее концам, а центр 0 этой рамы упирается снизу в домкратную балку, соединяющую ветви колонны.

Технический результат, обеспечиваемый изобретением, состоит в полном восстановлении проектного положения фундамента после его неравномерной осадки и крена и снижении материалоемкости.

Сопоставление разработанного фундамента с аналогом показывает его существенные отличия, а именно:

- фундамент оснащен сквозными соплами, проходящими сквозь тело фундамента сверху вниз и расширяющимися книзу, и является макрорегулятором, обеспечивающим снижение напряжений в каркасе здания от неравномерной осадки фундамента до минимума;

- фундамент оснащен съемной Н-образной рамой, соединяемой с колонной, опирающейся на фундамент, и пульсирующими домкратами, размещенными между Н-образной рамой и сыпучим материалом, размещенным в каждом из сопел;

- пульсирующие домкраты взаимодействуют с сыпучим материалом, например, шлаком, в соплах и выдавливают этот сыпучий материал порциями под подошву фундамента;

- каждое из сопел полностью восстанавливает проектное положение фундамента, причем ликвидируется не только осадка, но и крен фундамента, как в продольном, так и поперечном направлениях, а следовательно, устраняются напряжения, возникшие от неравномерной осадки каркаса;

- регулируя объем сыпучего материала, впрессовываемого с пульсацией в каждое из сопел, полностью восстанавливается проектное положение фундамента, причем ликвидируется не только осадка, но и крен фундамента, как в продольном, так и поперечном направлениях, а следовательно, устраняются напряжения, возникающие от неравномерной осадки каркаса;

- разработанный фундамент позволяет стабилизировать ожидаемую осадку в процессе возведения сооружения, причем такая стабилизация может быть выполнена несколько раз по мере увеличения массы сооружения;

- масса бетона фундамента уменьшена, так как фундамент имеет полости в виде сопел.

Таким образом, разработанный фундамент существенно отличается от аналога.

На фиг. 1 показана колонна, соединенная анкерными болтами с фундаментом.

На фиг. 2 показан фундамент в разрезе.

Фундамент 1 имеет сопла 2, проходящие сквозь фундамент и расширяющиеся к его подошве. Сопла 2 размещены в плане симметрично относительно осей х и у. Каждое из сопел 2 засыпано сыпучим материалом, например, шлаком, песком или щебнем с добавлением пластификатора для увеличения текучести сыпучего материала. В качестве пластификатора может быть применена обычная глина. Вдоль длинных сторон фундамента 1 установлены длинные балки 3 Н-образной рамы 4. Длинные балки 3 соединены друг с другом балкой 5 и образуют Н-образную раму 4. Балка 5 пропущена сквозь двухветвевую колонну 6 и упирается снизу в домкратные балки 7, соединяющие ветви колонны 6. Колонна 6 соединена с фундаментом 1 анкерными шпильками 8, имеющими опорные рихтовочные гайки снизу и крепежные гайки сверху. Н-образная рама 4 соединена с анкерными шпильками 8. Под концы Н-образной рамы 4 подложены распределительные балки 9, проходящие над соплами 2. Каждая распределительная балка 9 оперта по концам на пульсирующий домкрат 10, в качестве которого может использоваться гидропульсатор (5, с. 368-369) (фиг.2). В свою очередь опорная плита домкрата соответствует профилю верхнего отверстия сопла 2 и опирается на сыпучий материал в сопле 2. На длинные балки 3 опирается сверху короткая балка 5 Н-образной рамы 4. Пятый пульсирующий домкрат 10 установлен по центру фундамента над центром 0 пятого сопла. Поршень этого пульсирующего домкрата 10 упирается снизу непосредственно в балку 5 Н-образной рамы 4. Балка 5 рамы 4 уложена между ветвей колонны 6 и соединена с фундаментом 1 анкерными шпильками 8.

Стабилизация и упрочнение грунтового основания под фундаментом в процессе возведения сооружения может быть проведена в несколько этапов.

1 этап

Эффективность стабилизации нарастает по мере увеличения массы сооружения. Первая стабилизация выполняется после возведения фундаментов и необходима для осуществления точного безвыверочного монтажа каркаса сооружения. Последовательность работ следующая:

1. Производят геодезическую разбивку здания и откапывают котлованы под фундаменты.

2. В соответствии с геодезической разбивкой в проектных точках монтируют надувные пустотообразователи, имеющие профиль и форму сопел в фундаменте.

3. Устанавливают пространственный арматурный каркас фундамента и фиксируют его относительно пустотообразователей.

4. Устанавливают по шаблону анкерные шпильки и соединяют их с арматурным каркасом.

5. Устанавливают внешнюю опалубку и фиксируют ее по отношению к арматурному пространственному каркасу.

6. Заполняют опалубку бетоном необходимой марки, подавая его бетононасосом по принципу “снизу вверх”, исключая этим образование пустот. Одновременно производят уплотнение бетона глубинными вибраторами.

7. После схватывания бетона выпускают воздух из пустотообразователей. Извлекают пустотообразователи вверх и демонтируют опалубку.

8. Заполняют полости сыпучим материалом, например, шлаком, щебнем, песком. Для увеличения текучести грунта добавляют какой-либо пластификатор, например, глину, а пазухи вокруг фундамента заполняют любым грунтом.

9. Устанавливают над каждым из сопел пульсирующий домкрат возвратно-поступательного действия. При применении обычного домкрата потребуется домкрат большей мощности.

10. Устанавливают Н-образную раму, закрепляют ее за анкерные шпильки фундамента, а поперечную балку 5 упирают снизу и соединяют с домкратной балкой ветвей колонны.

11. Включают насосную станцию, приводящую в действие пульсирующие домкраты, и впрессовывают с пульсацией первую порцию щебня, уплотняя и упрочняя этим грунтовое основание под фундаментом.

12. Включают обратный ход пульсирующих домкратов, подтягивая их к Н-образной раме и освобождая место для новой порции сыпучего материала.

13. Добавляют на освободившееся место новую порцию сыпучего материала и циклы повторяют до тех пор, пока не произойдет стабилизация свойств грунтового основания под подошвой фундамента и фундамент выдавится из грунта на величину расчетной осадки сооружения с течением времени. Записывают величину давления масла, развиваемого насосной станцией, и в дальнейшем на других фундаментах создают такое же давление масла, обеспечивая этим стабилизацию грунтового основания на одну и ту же величину. Следует отметить, что выдавливание фундамента из грунта производится точно до проектной отметки.

14. В случае возникновения крена фундамента в плоскости y-z (ось z ориентирована вертикально), например, осадка правой стороны фундамента больше, чем левой, то выполняют следующие действия. Пульсирующие домкраты 10 с левой стороны фундамента упирают непосредственно в фундамент 1 и циклы повторяют только с пульсирующими домкратами, находящимися с правой стороны фундамента до тех пор, пока крен не ликвидируется. Аналогичным образом поступают при возникновении крена фундамента в плоскости x-z.

15. Аналогичным образом производят стабилизацию свойств грунтового основания под всеми фундаментами сооружения, создавая расчетное давление масла, контролируемого манометром. Стабилизацию грунтового основания производят, контролируя фактическое положение фундаментов, используя лазерные или обычные нивелиры.

Таким образом, разработанный фундамент выполнил функции макрорегулятора. После стабилизации грунтового основания, все фундаменты возвращены в проектное положение, свойства грунтового основания под ними выровнены, несущая способность грунтового основания повышена, а величина прогнозируемой со временем осадки значительно уменьшена.

2 этап

Безвыверочным способом полностью монтируют каркас здания и после окончания строительства в зданиях повышенной надежности, например, атомных электростанциях производят повторную стабилизацию грунтового основания. В этом случае напряжения в грунтовом основании под подошвой фундамента уже достигли своего нормативного значения и распространились на большую глубину и поэтому, несмотря на то, что первоначальная стабилизация грунта уже производилась, осадка здания, хоть и в меньшей степени, произойдет.

Для уменьшения осадки в несколько раз используют новый фундамент как макрорегулятор, производят повторную стабилизацию грунтового основания описанным выше способом (1 этап).

3 этап

Эксплуатируют здание, регулярно производя нивелирование фундаментов, например, один раз за полгода эксплуатации. В случае обнаружения осадки одного или нескольких фундаментов производят индивидуальную стабилизацию грунтового основания именно у этих осевших фундаментов.

Одновременно со стабилизацией свойств грунтового основания производят ликвидацию осадки и крена описанным выше способом.

Таким образом, разработанный фундамент является макрорегулятором, позволяющим сооружать здания на любых грунтах и регулировать напряженное состояние каркаса сооружения, добиваясь его оптимального состояния.

Оптимальное же состояние напряженного состояния каркаса приведет к значительному повышению надежности и снижению его материалоемкости.

Экономический эффект от разработанного фундамента возник из-за следующего:

- использование фундамента как макрорегулятора позволило исключить вредное влияние неравномерной осадки фундаментов на несущие конструкции каркаса сооружения и этим значительно повысить надежность и снизить материалоемкость каркаса;

- упрощена эксплуатация сооружения, так как его проектное положение легко восстанавливается посредством макрорегулятора, функции которого выполняет фундамент с регулируемой осадкой.

Источники информации

1. Беленя Е.И., Балдин В.А., Ведеников Г.С. и др. Металлические конструкции. Общий курс: Учебник для вузов. - М.: Стройиздат, 1986.- 478 с.

2. Металлические конструкции. Под редакцией Н.П. Мельникова. - 2-е издание, переработанное и дополненное - М.: Стройиздат, 1980. - 776с. -(Справочник проектировщика).

3. Нежданов К.К., Нежданов А.К. Способ рихтовки подкранового пути. Патент России № 2104362, Бюллетень № 14, 1993.

4. Нежданов К.К. и др. Фундамент под металлическую колонну. Способ его сооружения и рихтовки. Патент России № 2123091, Бюллетень № 34, 1998.

Составитель : А.Н. Инин

Изобретение относится к фундаментам промышленных и гражданских зданий, возводимых на грунтах с неравномерной осадкой. Фундамент под внецентренно нагруженную колонну содержит анкерные болты. Новым является то, что в теле фундамента выполнены сквозные сопла, расширяющиеся к подошве фундамента, которые размещены симметрично относительно осей х и у фундамента и по его центру, каждое из сопел заполнено сыпучим материалом, например, шлаком, требующим утилизации, в верхнее отверстие каждого из сопел введен пульсирующий домкрат двойного действия, причем опорная плита каждого домкрата соответствует профилю верхнего отверстия сопла и опирается на сыпучий материал, домкраты уперты поршнями снизу в съемные распределительные балки, концы каждой из распределительных балок уперты снизу в съемную Н-образную раму по ее концам, а центр 0 этой рамы уперт снизу в домкратную балку, соединяющую ветви колонны. Технический результат, обеспечиваемый изобретением, состоит в полном восстановлении проектного положения фундамента после его неравномерной осадки и крена и снижении материалоемкости. 2 ил.

Фундамент под внецентренно нагруженную колонну, содержащий анкерные болты, отличающийся тем, что в теле фундамента выполнены сквозные сопла, расширяющиеся к подошве фундамента, размещенные симметрично относительно осей х и у фундамента и по его центру, каждое из сопел заполнено сыпучим материалом, например шлаком, требующим утилизации, в верхнее отверстие каждого из сопел введен пульсирующий домкрат двойного действия, причем опорная плита каждого домкрата соответствует профилю верхнего отверстия сопла и опирается на сыпучий материал, домкраты упираются поршнями снизу в съемные распределительные балки, концы каждой из распределительных балок уперты снизу в съемную Н-образную раму по ее концам, а центр 0 этой рамы упирается снизу в домкратную балку, соединяющую ветви колонны.