ФУНДАМЕНТ МНОГОЭТАЖНОГО ЗДАНИЯ, ВОЗВОДИМОГО НА ПУЧИНИСТЫХ ГРУНТОВЫХ ОСНОВАНИЯХ Российский патент 2023 года по МПК E02D27/35 

Изобретение относится к строительству, в частности, к фундаментам многоэтажных зданий, возводимых на пучинистых грунтах.

Известен сборный ленточный фундамент, состоящий из одинарных плит (см. Справочник проектировщика. М. Стройиздат, 1985, с. 57,пункт4.3.4).

Недостатком его является низкая несущая способность в слабых неоднородных грунтах, и особенно в пучинистых грунтах, из-за недостаточной жесткости фундаментных плит, подверженных деформационным изменениям.

Наиболее близким, выбранным за прототип, является фундамент, возводимый на пучинистых грунтах, содержащий установленные на песчаной подсыпке фудаментные плиты с размещенными на них фундаментными блоками и плитами перекрытия соответственно (см. патент России на полезную модель №18406, МПК Е02Д 27/35, опубл. 20.06.2001 Бюл.17).

Недостатком такой конструкции фундамента является низкая несущая способность в слабых водонасыщенных грунтах, так как при обводнении песчаной подушки в зимний период происходит ее замораживание и превращение в монолит. В результате монолит, находящийся в зоне промерзания, подвергается сильному воздействию силам морозного пучения, что приводит к значительным деформациям в конструкциях здания. Доказательством сказанному является пример реконструкции свайной опоры свайно-эстакадного автодорожного моста в Республике Тыва. Среднюю опору выпучивало каждый год в зимний период на 6-8 см. В результате пролетные строения с обеих сторон опоры были приподняты, что затрудняло движение автотранспорта. Дорожниками, эксплуатировавшими мостовое сооружение, было принято и осуществлено решение о замене пучинистого грунта вокруг свайной опоры на битумизированный щебенистый материал. Однако деформация пучения в последующий год эксплуатации за один только зимний период времени составила 50 см. Для ликвидации указанного явления была проведена дорогостоящая реконструкция свайно-эстакадной опоры.

Технической задачей настоящего изобретения является повышение эксплуатационной надежности фундамента и ликвидация сил морозного пучения.

Указанная техническая задача достигается тем, что фундамент многоэтажного здания, возводимый на пучинистых грунтах, содержащий установленные на песчаной подсыпке фундаментные плиты с размещенными на них фундаментными блоками и плитами перекрытия, песчаная подсыпка с обеих сторон фундамента покрыта теплоизоляционным материалом, размеры которого определяются по формуле:

где r_из - ширина слоя теплоизоляции;

d_из - глубина промерзания грунта под слоем теплоизоляции при отсутствии боковых тепловых потоков;

d_f - расчетная глубина промерзания грунта в зоне влияния фундамента без теплоизоляции;

d_f.из - глубина промерзания грунта у фундамента с теплоизоляцией.

Пример расчета. Теплотехнический расчет грунтов основания исследуемого объекта.

Причиной деформации части здания является резкое снижение прочностных свойств грунтов под подошвой фундамента вследствие морозного пучения этого грунта и последующего его оттаивания. Отметим, что глубина заложения фундамента в виде ленточной конструкции всего 0,6 метров, т.е. в пределах зоны промерзания, что для водонасыщенных пучинистых грунтов является нарушением существующих норм проектирования.

Исключить морозное пучение под подошвой такого фундамента наиболее целесообразно с помощью устройства снаружи вокруг здания теплоизоляционного покрытия. В качестве такого покрытия лучше использовать прочный пенопласт с замкнутыми воздушными порами, что обеспечивает достаточную его морозостойкость и долговечность в условиях повышенной влажности. Таким требованиям отвечает пенополистирол с плотностью ρ=40 кг/м с теплопроводимостью λ_из=0,29 ккал/м.ч.°С согласно графика на рис. 11 «Пособие по физико-механическим характеристикам строительных пенопластов и сотопластов» М., Стройиздат, 1977. Стандартная величина толщины пенопластов δ_из=5,0 см, 7,5 см, 10 см. Размеры листов 1,0х1,0 м, 1,5х1,5 м, 2,0x2,0 м.

Для определения параметров теплоизоляционного покрытия из такого пенопласта необходимо проведение следующих расчетов.

1. Расчетная глубина промерзания грунта в зоне влияния фундамента без теплоизоляции d_f=k_n⋅d_fn согласно СНиП 2.02.01-83 «Основания зданий и сооружений». Здесь d_fn - нормативная глубина промерзания для Новосибирска, определяемая согласно формуле (2) того же СНиПа, где M_t - безразмерный коэффициент, численно равный сумме абсолютных значений среднемесячных отрицательных температур воздуха за зиму (для Новосибирска M_t=97,2 согласно СНиПу по строительной климатологии), d_o - 0,23 м согласно СНиП 2.02.01-83 для суглинков. Тогда

k_n - коэффициент, учитывающий тепловое влияние здания (принимается по табл.1 того же СНиПа).

В рассматриваемом здании подвал отсутствует, полы устроены по плитам типа ПЖ с небольшим воздушным зазором под ними, как у полов по лагам. Для таких полов при температуре воздуха в помещениях 1 этажа не ниже 20°С (согласно табл.1 СНиП 2.02.01-83) k_n=0,6.

Тогда d_f=k_n⋅d_fn=0,6⋅0,27=1,36 м без учета термического сопротивления отмостки ввиду его незначительности.

2. По данным изысканий в верхнем слое значение плотности грунта в сухом состоянии ρ_d=1,54 т/м³ при величине влажности в естественном состоянии W=0,26. Теплопроводность такого грунта по табл.3 приложения СНиП 2.02.04 - 88 «Основания и фундаменты на вечномерзлых грунтах» λ_из=1,3 ккал/м.ч.°С.

3. Для расчета глубины промерзания у фундамента при наличии около него теплоизоляционного покрытия d_f.из воспользуемся формулой (Х.12) книги «Пучение промерзающих грунтов и его влияние на фундаменты сооружений», В.О.Орлов и др. Стройиздат.1977:

Здесь r_из - ширина слоя теплоизоляции, d_из - глубина промерзания грунта под слоем теплоизоляции при отсутствии боковых тепловых потоков (т.е. без учета размеров слоя теплоизоляции в плане) определяется по формуле 11.10 этой же книги:

где S_c - толщина слоя грунта, эквивалентного по термическому сопротивлению слою изоляции, определяемая по формуле:

где α - коэффициент конвективного теплообмена на поверхности, принимаемый с запасом, α=20 ккал/м.ч.°С.

Задачу установления размеров полосы теплоизоляции, исключающей пучение под фундаментом, с использованием формулы [1] целесообразно свести к определению минимального значения этой полосы r_из при одном из заданных стандартных значений δ_из. Поэтому преобразуем эту формулу с выходом сразу на r_из:

Глубину промерзания у фундамента с теплоизоляцией, при которой под его подошвой не будет происходить пучение грунта, примем равной глубине заложения этого фундамента d_f.из=0,6 м. Это с запасом надежности, имея ввиду, что пучение глинистых грунтов начинается не при нулевых температурах (т.е. не на глубине промерзания), а при температурах порядка минус 1,0°С (для суглинков), т.е. при меньших глубинах.

Теперь, задаваясь различной толщиной слоя теплоизоляции δ_из равных одному из ее стандартных значений (5,0 см, 7,5 см, 10,0 см) можно получать различные величины ширины слоя r_из, соответствующие этим значениям δ_из. Оптимальное решение с учетом технологических соображений и при наименьших нарушениях существующей вокруг здания отмостки представляется при ширине полосы теплоизоляции и, соответственно, полосы расположения отмостки в пределах 1,0 м.

Проведя подсчеты по формуле [4] с варьированием значений δ_из и r_из, получено, что близкое по упомянутым критериям оптимальности, является решение при значении δ_из=7,5 см.

Величина r_из при таком значении δ_из определится по формуле следующим образом.

Для нахождения d_из по формуле [2] сначала вычисляем S_c по формуле [3]:

Тогда

Итак, подсчитываем r_из по формуле [4]:

что близко к стандартным размерам листа пенопласта шириной 1,0 м.

Окончательно принимаем пенопласт размером 1,0x1,0 м и толщиной d_из=7,5 см. Схема теплоизоляционного покрытия из такого пенопласта приведена на чертеже.

Предлагаемое техническое решение поясняется чертежом, где изображен поперечный разрез фундамента здания.

Описанное устройство включает в себя песчаную подсыпку 1, фундаментные плиту 2 и блоки 3, кирпичную кладку 4, плиты перекрытия 5, теплоизолятор 6, отмостку 7.

Устройство работает следующим образом. На песчаное основание (песчаную подсыпку) 1 устанавливают фундаментные плиты 2, на которые монтируют фундаментные блоки 3. Далее укладывают кирпичную кладку 4 и плиты перекрытия 5. По окончании монтажа здания вокруг его фундамента на уровне дневной поверхности поверху песчаной подсыпки 1 располагают теплоизоляционное покрытие 6 и проводят бетонирование отмостки 7. При плюсовых значениях температуры в подвальном помещении здания теплоизоляционное покрытие 6 внутри его не применяют (показано на рисунке).

В качестве теплоизоляционного покрытия применяют, например, пенопласт с замкнутыми воздушными порами.

В зимний период с наступлением низких отрицательных температур из-за наличия теплоизоляционного покрытия проявление воздействия сил морозного пучения не происходит. Морозное пучение не возникает также и в условиях водонасыщения грунтов оснований, что характерно для эксплуатируемых зданий, подвергающихся подтоплениям.

Применение теплоизоляционного покрытия снаружи по периметру здания, согласно приведенного расчета, обеспечивает безаварийную эксплуатацию фундаментов здания, заглубленных на глубину 0,6 м и более. При отсутствии в зимний период времени положительных температур в подвальном помещении теплоизоляционное покрытие устанавливают вдоль фундаментов во внутренней части здания (на чертеже не показано)

Предлагаемое техническое решение по сравнению с прототипом обеспечивает эксплуатационную надежность здания, увеличивает срок службы за счет полной ликвидации неблагоприятного воздействия сил морозного пучения в различных условиях эксплуатации здания.

Экспериментальная проверка предлагаемой конструкции устройства была успешно проведена в г. Новосибирске (ул. Толбухина 19а) в 2004 г. В результате проведения противопучинных мероприятий с использованием теплоизоляционного покрытия (пенопласта с замкнутыми воздушными порами) прекратились деформации фундаментов и трещинообразование в кирпичной кладке стен здания.

Использование описываемого устройства целесообразно при новом строительстве зданий, а также при реконструкции эксплуатируемых.

Изобретение относится к строительству, в частности к фундаментам многоэтажных зданий, возводимых на пучинистых грунтах. Фундамент многоэтажного здания, возводимого на пучинистых грунтах, содержит установленные на песчаной подсыпке фундаментные плиты с размещенными на них фундаментными блоками, на которых уложена кирпичная кладка, с плитами перекрытия. На уровне дневной поверхности поверх песчаной подсыпки расположено теплоизоляционное покрытие с обеих сторон фундамента, поверх которого расположена отмостка, причем размеры теплоизоляционного покрытия определены по приведенной зависимости. Технический результат состоит в повышении эксплуатационной надежности фундамента и ликвидации сил морозного пучения. 1 ил.

Фундамент многоэтажного здания, возводимого на пучинистых грунтах, характеризующийся тем, что содержит установленные на песчаной подсыпке фундаментные плиты с размещенными на них фундаментными блоками, на которых уложена кирпичная кладка, с плитами перекрытия, при этом на уровне дневной поверхности поверх песчаной подсыпки расположено теплоизоляционное покрытие с обеих сторон фундамента, поверх которого расположена отмостка, причем размеры теплоизоляционного покрытия определены по формуле:

где r_из - ширина слоя теплоизоляции;

d_из - глубина промерзания грунта под слоем теплоизоляции при отсутствии боковых тепловых потоков;

d_f - расчетная глубина промерзания грунта в зоне влияния фундамента без теплоизоляции;

d_f.из - глубина промерзания грунта у фундамента с теплоизоляцией.