ПЛИТНЫЙ ФУНДАМЕНТ Российский патент 2014 года по МПК E02D27/01 

Изобретение относится к строительству фундаментов мелкого заложения.

Известен метод усиления плитных фундаментов свайными полями из большого количества свай, расположенных под фундаментами [СП 50-102-2003, М., 2004, с. 30-31].

Однако можно значительно уменьшить количество свай, если установить их с небольшим шагом в виде составной обоймы не под плитой, а только с его внешней стороны, вдоль внешнего периметра фундамента. Этого достаточно, чтобы ограничить выпирание грунта из-под краев фундамента, повысить за счет этого несущую способность и уменьшить осадки основания (прототип №1) [RU 2256033 C2, 04.08.2003].

Недостатки прототипа

- Наличие больших промежутков между сваями в слабых грунтах делает возможным свободное горизонтальное выпирание грунта через эти промежутки. Это ослабляет эффективность усиления фундамента.

- Верхние концы свай свободны. Под воздействием горизонтальных подвижек грунта сваи будут вдавливаться в окружающий грунтовый массив, расстояние между смежными сваями будет увеличиваться, способствуя уменьшению сопротивления горизонтальному выпору грунта.

- Длина, диаметр свай и их расстояние от края фундамента зависят от многих параметров. Конкретные величины, указанные в прототипе, соответствуют только частному случаю, изложенному в описании изобретения. Для многих других грунтовых условий и размеров фундамента они просто неприемлемы. В прототипе №2 [RU 2472899 C1, E03D 27/08, 30.01.2013] предусмотрены некоторые признаки, направленные на устранение этих недостатков. Однако и они оказались не лишенными недостатков.

- В частности, укладка свободно лежащей балки на верхние части свай, четко не сформулирована, носит вспомогательный декоративный характер и не направлена на повышение несущей способности фундамента.

- Расстояние свайной оболочки от края фундамента направлено только на обеспечение свободного вертикального перемещения фундамента и не решает задачи повышения несущей способности фундамента.

- Длина свайной оболочки в грунте однозначно не определена и поэтому теоретически может быть принята бесконечно длинной.

Целью изобретения является повышение надежности и несущей способности плитного фундамента, уменьшение его осадок, уменьшение расхода материала при его изготовлении и повышение экономичности работ.

Цель достигается тем, что заглубление низа обоймы превышает глубину максимальных горизонтальных перемещений грунта, расстояние обоймы от края плиты назначают в зависимости от запланированной проектной несущей способности или осадки фундамента, а в составной обойме из армоэлементов их верхние части соединены поясом.

Цель также достигается тем, что обойма выполнена из армоэлементов в виде шпунтовых свай.

Цель также достигается тем, что обойма выполнена из армоэлементов с двумя боковыми пластинами по длине, жестко прикрепленными с противоположных сторон армоэлемента и позволяющими полностью перекрывать промежутки между стволами соседних армоэлементов за счет частичного нахлеста боковых пластин.

Цель также достигается тем, что обойма выполнена из армоэлементов в виде стоек с двумя боковыми пластинами по длине, жестко прикрепленными с противоположных сторон стоек и позволяющими частично перекрывать промежутки между стойками соседних армоэлементов.

Цель также достигается тем, что обойма выполнена с жестко прикрепленным поперечным опорным элементом, опирающимся на грунтовое основание.

Цель также достигается тем, что поперечный опорный элемент, опирают на поверхность грунта.

Цель также достигается тем, что поперечный опорный элемент, опирают на грунт на уровне или ниже подошвы слоя сезонного промерзания-оттаивания грунта.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемый способ отличается всей совокупностью изложенных признаков. Это позволяет сделать вывод о соответствии признаку "новизна".

Сравнение не только с прототипом, но и с другими техническими решениями в данной области техники не позволило выявить в них признаки, отличающие заявляемый способ от прототипа, что позволяет сделать вывод о соответствии критерию "существенные отличия".

На фиг. 1 изображен в разрезе плитный фундамент на грунтовом основании, усиленном обоймой, установленной по периметру фундамента; на фиг. 2 изображен план указанного плитного фундамента, усиленного обоймой; на фиг. 3 показан вид сверху на обойму, изготовленную из шпунтовых свай; на фиг. 4 показан вид сверху на обойму, изготовленную из отдельных свай с боковыми пластинами без зазора; на фиг. 5 - этот же вариант с зазорами между пластинами; на фиг. 6 показана обойма из отдельных армоэлементов с шагом, зависящим от запланированной проектной несущей способности или проектной осадки фундамента; на фиг. 7 показана обойма из отдельных армоэлементов, соединенных в верхней части силовым поясом; на фиг. 8 показана обойма с поперечным опорным элементом, опирающимся на поверхность грунта; на фиг. 9 показана обойма, с поперечным опорным элементом, опирающимся на грунт ниже подошвы слоя сезонного промерзания-оттаивания грунта.

При нагружении фундаментной плиты 1 происходит сжатие грунтового основания 3 и вытеснение грунта в боковом направлении. Это вытеснение грунта уменьшает несущую способность основания под плитой. Для усиления основания 3 предлагается устроить ограничительную обойму 2, расположенную вне фундамента 1 по его периметру (фиг. 1). Она препятствует боковому вытеснению грунта из-под фундаментной плиты 1, способствует более равномерному и интенсивному уплотнению грунта, а значит и увеличению его несущей способности. Заглубление нижнего конца обоймы 2, в отличие от прототипа, обязательно должно превышать глубину 8 на уровне максимальных горизонтальных перемещений грунта δ_max. В противном случае подавляющая часть грунта будет выдавливаться из-под низа обоймы 2 и это значительно понизит эффективность ее установки. Наиболее результативным является заглубление обоймы до уровня 9, где горизонтальные перемещения грунта значительно уменьшаются. В этом случае полностью используется обжатие грунта внутри обоймы, следовательно, максимально повышается несущая способность плиты и уменьшается ее осадка.

Между краем плиты 1 и оболочкой 2 устраивают зазор величиной "а" (фиг. 1). Это увеличивает несущую способность плиты, т.к. увеличивается диаметр рабочей части грунтового основания с "d" до "D". При минимальном зазоре происходит сильное переуплотнение грунта в ограниченном пространстве, это может привести к разрушению обоймы от воздействия растягивающих напряжений. При слишком большом зазоре грунт, не дойдя до обоймы, будет выдавливаться из-под плиты на поверхность грунта внутри обоймы, т.е. положительный эффект не будет получен. По этим причинам для повышения несущей способности основания внутри обоймы расстояние "а" необходимо предварительно назначить особым образом (по результатам расчета или экспериментов).

Описанный характер влияния зазора "a" на несущую способность поверхностного фундамента подтверждают, в частности, модельные испытания поверхностного фундамента небольшого диаметра, установленного в стальную оболочку. Результаты испытаний изложены в диссертации. Мурзенко Ю.Н. [Экспериментально-теоретические исследования силового взаимодействия фундаментов и песчаного основания. дис.… д-ра техн. наук. - Новочеркасск. 1972. С. 358]. Испытания показали, что несущая способность модели фундамента в стальной обойме на песчаном основании существенно зависит от соотношения D/d, т.е. от величины зазора "а". Характер этой зависимости описан выше. Оптимальная величина соотношения D/d=1,3. При а=0,5(D-d) и d=40 см следует, что рекомендуемая величина зазора для указанных частных параметров, размеров фундамента и обоймы равна 0,15d. Максимальная несущая способность при этом соотношении D/d равна 46,7 mc. При других значениях D/d несущая способность F составила:

D/d 1,05 1,3 1,8 2,5 а, см 1,0 6,0 16 30,0 F, mc 27,0 46,7 16,9 1,73

То есть несущая способность фундамента существенно зависит от величины зазора.

Обойма может быть составной, из отдельных армоэлементов. На фиг. 3 показана обойма из шпунтовых свай 4, надежно соединенных между собой. Эта конструкция способна воспринимать растягивающие напряжения в горизонтальном (кольцевом направлении) и поэтому наиболее эффективно сопротивляется горизонтальному давлению выдавливаемого грунта и это повышает несущую способность фундамента.

На фиг. 4 показан фрагмент составной обоймы из стоек 7 с двумя боковыми пластинами 6, жестко приваренными к стойке. Они полностью перекрывают зазор между стойками, поэтому обеспечивают почти полное использование обжатия грунта внутри обоймы. Для повышения надежности перекрытия зазора между армирующими элементами в процессе их перемещения и деформирования при нагружении фундамента, боковые пластины нужно устанавливать с небольшим нахлестом (до 10 мм).

В целях экономии материала обойма может быть изготовлена из одиночных армирующих элементов, погруженных на небольшом расстоянии "b" или "d" друг от друга (фиг. 5 и фиг. 6). В этом случае грунт в этом небольшом зазоре вовлекается в работу элементов и образуется комбинированная свайно-грунтовая оболочка. Расстояние между армирующими элементами необходимо назначать индивидуально по результатам предварительного расчета или экспериментальных исследований. Это расстояние должно обеспечить требуемую проектную несущую способность плитного фундамента.

Армоэлементы, в основном, предназначены для сопротивления горизонтальной нагрузке при выпоре грунта. По этой причине их можно выполнить в виде стоек, свободно опущенных в пробуренные скважины с небольшим зазором без заполнения скважин. Небольшие зазоры (2-3 мм) между армоэлементом и стенками скважины будут ликвидированы сразу после начала горизонтальных подвижек грунта и не окажут существенного влияния на несущую способность фундамента.

Для восприятия кольцевых растягивающих напряжений в обойме верхние концы армирующих элементов 4 соединяют друг с другом соединительным элементом - силовым поясом 5 (фиг. 5-7).

При небольшом заглублении фундамента обойма может быть выполнена из стальной трубы (кольцевой оболочки) или железобетона, уложенного в вертикальной траншее, устроенной щеленарезной машиной или экскаватором.

Грунт внутри обоймы 2, под воздействием вдавливающей нагрузки от фундаментной плиты, будет уплотняться. За счет этого сила трения между уплотненным грунтом и внутренними стенками обоймы станет больше, чем с ее внешней стороны. Это может привести к перемещениям обоймы вниз относительно грунта с внешней стороны обоймы. При таком перемещении прекратится процесс дальнейшего уплотнения грунта внутри обоймы, а следовательно, и дальнейшее увеличение несущей способности фундамента. Это можно предотвратить. На фиг. 8 показано новое, по сравнению с прототипом, конструктивное решение: перпендикулярно или наклонно к оболочке 2 по ее периметру жестко прикреплен поперечный опорный элемент 10, опирающийся на поверхность грунта. Этот элемент оказывает дополнительное сопротивление погружению оболочки 2, способствуя дальнейшему уплотнению грунта внутри обоймы.

Эффекта свободного перемещения грунта внутри обоймы, а следовательно, его дополнительного уплотнения можно достигнуть также уменьшением силы трения между грунтом и внутренней стенкой обоймы. Например, смазать ее консистентной смазкой. Внешнюю поверхность обоймы следует сделать шероховатой.

Если грунт слоя сезонного промерзания-оттаивания грунта является пучинистым, то опорный элемент 10, опирают на грунт ниже подошвы 7 слоя сезонного промерзания-оттаивания грунта (фиг. 9).

Изобретение относится к строительству фундаментов мелкого заложения. Плитный фундамент, усиленный заглубленной обоймой, расположенной вне фундамента по его периметру на некотором расстоянии от края плиты. Заглубление низа обоймы превышает глубину максимальных горизонтальных перемещений грунта. Расстояние обоймы от края плиты назначают в зависимости от запланированной проектной несущей способности или осадки фундамента, а в составной обойме из армоэлементов их верхние части соединены поясом. Технический результат состоит в повышении надежности и несущей способности плитного фундамента, уменьшении его осадок, снижении материалоемкости. 7 з.п. ф-лы, 9 ил.

1. Плитный фундамент, усиленный заглубленной обоймой, расположенной вне фундамента по его периметру на некотором расстоянии от края плиты, отличающийся тем, что заглубление низа обоймы превышает глубину максимальных горизонтальных перемещений грунта, расстояние обоймы от края плиты назначают в зависимости от запланированной проектной несущей способности или осадки фундамента, а в составной обойме из армоэлементов их верхние части соединены поясом.

2. Плитный фундамент по п. 1, отличающийся тем, что обойма выполнена из армоэлементов в виде шпунтовых свай.

3. Плитный фундамент по п. 1, отличающийся тем, что обойма выполнена из армоэлементов с двумя боковыми пластинами по длине, жестко прикрепленными с противоположных сторон армоэлемента и позволяющими полностью перекрывать промежутки между стволами соседних армоэлементов за счет частичного нахлеста боковых пластин.

4. Плитный фундамент по п. 1, отличающийся тем, что обойма выполнена из армоэлементов в виде стоек с двумя боковыми пластинами по длине, жестко прикрепленными с противоположных сторон стоек и позволяющими только частично перекрывать промежутки между стойками соседних армоэлементов.

5. Плитный фундамент по п. 1, отличающийся тем, что обойма выполнена с жестко прикрепленным поперечным опорным элементом, опирающимся на грунтовое основание.

6. Плитный фундамент по п. 1 или 7, отличающийся тем, что поперечный опорный элемент, опирают на поверхность грунта.

7. Плитный фундамент по п. 1 или 5, отличающийся тем, что поперечный опорный элемент, опирают на грунт на уровне или ниже подошвы слоя сезонного промерзания-оттаивания грунта.

8. Плитный фундамент по п. 1, отличающийся тем, что трение на внутренней поверхности обоймы делают меньше, чем на внешней поверхности.