ТЕРМОИЗОЛИРУЮЩИЙ СВАЙНЫЙ ФУНДАМЕНТ Российский патент 2024 года по МПК E02D27/35 

Изобретение относится к строительству зданий и сооружений, в том числе надземных трубопроводов различного назначения, расположенных на территориях, характеризующихся сезонным промерзанием и оттаиванием немерзлых и многолетнемерзлых оснований, в том числе чувствительных к изменениям температурного режима грунтового массива, проявляющейся, в том числе, пучением или просадочностью.

Известна опора надземного теплоизолированного трубопровода, включающая в своем составе слой термоизоляции, расположенной вокруг источника тепла - стальной трубы с теплоносителем, предназначенной для предотвращения поступления тепла от теплоносителя в грунты основания, особенно в многолетнемерзлые - чувствительные к повышению их температуры, через стальные конструкции опоры и стальные винтовые сваи (см. патент РФ № 184646, E02D 27/46, F16L 310, F16L 3/16).

Недостатком известной конструкции является высокая теплопроводимость материала опоры и стального фундамента, которая не обеспечивает изоляцию грунтового основания от теплового воздействия солнечной радиации в теплое время года, интенсивное поступление холода в холодное время года, а также поступление тепла в случае повреждения слоя термоизоляции, расположенной вокруг источника тепла.

Наиболее близким аналогом к заявляемой полезной модели является стальная свая опоры контактной сети железной дороги, включающая в своем составе слой термоизоляции, расположенной на внешней поверхности надземной части сваи, исключающей тепловое воздействие атмосферы и солнечной радиации через внешнюю поверхность сваи сооружения на грунты основания (см. Цвигунов Д.Г. Влияние сезоннопромерзающих грунтов на фундаменты вертикальных стержневых элементов // автореферат дис. канд. техн. наук. М.: МИИТ. 2019. - 16-18 с. )

Недостатком данной конструкции фундамента является наличие высокотеплопроводящего материала в виде стальной сваи, который не исключает теплообмен между грунтами основания и надземными сооружениями, расположенными на данном фундаменте.

Техническая проблема известных фундаментов и опор заключается в невозможности полного исключения тепловых потоков от здания или сооружения, расположенного на фундаменте, и окружающей фундамент атмосферы, в том числе солнечной радиации, в грунты основания фундамента.

Сущность заявляемой группы изобретений заключается в том, что термоизолирующий свайный фундамент включает ростверк, контактирующий с грунтом, и сваи. Ростверк включает слой термоизоляции на границе ростверк-грунт, теплопроводность материала которой ниже теплопроводности окружающего ее грунтового массива. Сваи выполнены из материала, обладающего меньшей теплопроводностью, чем теплопроводность окружающего их грунтового массива, например, деревянные сваи, композитные сваи или сваи из пластика, в том числе переработанного.

Технический результат, достигаемый заявляемым изобретением, заключается в повышении надежности фундамента за счет исключения теплового воздействия на грунты основания фундамента от любых источников тепла и холода, как от расположенного на фундаменте здания или сооружения, так и от окружающей их среды, в том числе от солнечной радиации.

Сущность заявляемого изобретения поясняется чертежом, где схематично изображено здание в теплый и холодный периоды года, установленное на термоизолирующий фундамент с ростверком, контактирующим с грунтом.

Здание 1 расположено на теплоизолирующем фундаменте 2, включающем ростверк 3, контактирующий с грунтами 5 или 6, и сваи 4. Ростверк 3 включает слой термоизоляции 7 на контакте с грунтами основания в различном их состоянии 5 или 6, теплопроводность которой ниже теплопроводности окружающих ее грунтов основания в мерзлом 5 и немерзлом 6 состояниях. Сваи 4 выполнены из материала с теплопроводностью ниже теплопроводности окружающего ее грунта основания в мерзлом 5 или немерзлом 6 состояниях, например, деревянные сваи, композитные сваи или сваи из пластика, в том числе переработанного. Выполнение свай деревянными, композитными, пластиковыми или из материала, теплопроводность которого ниже теплопроводности окружающего грунта, способствует исключению теплообмена между зданием 1, атмосферой 8 и грунтами основания 5 или 6 через сваи 4, а также исключению дополнительного теплового потока от солнечной радиации 9 в теплое время года через сваи 4. Это позволяет сохранить форму деятельного слоя 10 и обеспечить отсутствие искривления границы мерзлых и не мерзлых грунтов 11 у свай 4 фундамента 2 здания 1 при смене сезонов года.

Термоизолирующие свойства свайного фундамента реализуются следующим образом.

Сваи 4, являясь последним конструктивным элементом на пути теплового потока от здания 1, атмосферы 8 и солнечной радиации 9, обеспечивают уменьшение теплового воздействия на грунт в мерзлом состоянии 5 в теплое время года за счет обладания материала свай 4 значением теплопроводности ниже теплопроводности окружающего их грунта 5 в многолетнемерзлом состоянии. Это может быть достигнуто, например, применением деревянных свай, композитных свай, пластиковый сваи, в том числе из переработанного пластика и др. При этом, ростверк 3, объединяющий сваи, выполнен из материала, теплопроводность которого ниже теплопроводности грунта в многолетнемерзлом состоянии 5, либо включает слой термоизоляции 7 на контакте ростверка 3 и грунтов основания в многолетнемерзлом состоянии 5. Данное техническое решение позволит исключить повышение температуры грунта в мерзлом состоянии 5 и, как следствие, исключить снижение несущей способности свай 4, и предупредить риск возникновения аварийной ситуации при эксплуатации здания 1 на грунтах в мерзлом состоянии 5.

Сваи 4, являясь средством теплообмена между зданием 1 и атмосферой 8, исключают теплообмен между грунтом в немерзлом состоянии 6 в холодное время года за счет обладания материала свай 4 значением теплопроводности ниже теплопроводности окружающего их грунта 6 в немерзлом состоянии. Это может быть достигнуто, например, применением деревянных свай, композитных свай, пластиковых сваи, в том числе из переработанного пластика и др. При этом, ростверк 3, объединяющий сваи, выполнен из, теплопроводность которого ниже теплопроводности грунта 6 в немерзлом состоянии, либо включает слой термоизоляции 7 на контакте ростверка 3 и грунтов основания 6 в немерзлом состоянии. Данное техническое решение позволит исключить увеличение мощности деятельного слоя 8 вокруг свай 4 и, как следствие, исключить возникновение дополнительных касательных сил морозного пучения, воздействующих на сваи 4 в зоне деятельного слоя 10, что в свою очередь, позволит снизить риски возникновения аварийных ситуаций при эксплуатации здания 1 на грунтах в немерзлом состоянии 6.

Таким образом, заявляемый термоизолирующий фундамент является более надежным за счет исключения теплообмена между грунтами основания фундамента в любом их состоянии и любыми источниками тепла и холода, как внутренними: расположенными на фундаменте здания или сооружения, так и внешними: окружающей фундамент среды, в том числе и солнечной радиации.

Изобретение относится к строительству зданий и сооружений, в том числе надземных трубопроводов различного назначения, расположенных на территориях, характеризующихся сезонным промерзанием и оттаиванием немерзлых и многолетнемерзлых оснований, в том числе чувствительных к изменениям температурного режима грунтового массива, проявляющимся в том числе пучением или просадочностью. Термоизолирующий свайный фундамент включает ростверк, контактирующий с грунтом, и сваи. Ростверк включает слой термоизоляции на границе ростверк-грунт, теплопроводность материала которой ниже теплопроводности окружающего ее грунтового массива. Сваи выполнены из материала, обладающего меньшей теплопроводностью, чем теплопроводность окружающего ее грунтового массива. Технический результат состоит в повышении надежности фундамента за счет исключения теплового воздействия на грунты основания фундамента от любых источников тепла и холода, как от расположенного на фундаменте здания или сооружения, так и от окружающей их среды, в том числе от солнечной радиации. 3 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Термоизолирующий свайный фундамент, включающий ростверк, контактирующий с грунтом, и сваи, отличающийся тем, что ростверк включает слой термоизоляции на границе ростверк-грунт, теплопроводность материала которой ниже теплопроводности окружающего ее грунтового массива, сваи выполнены из материала, обладающего меньшей теплопроводностью, чем теплопроводность окружающего ее грунтового массива.

2. Термоизолирующий свайный фундамент по п. 1, отличающийся тем, что сваи выполнены из полимерного композитного материала.

3. Термоизолирующий свайный фундамент по п. 1, отличающийся тем, что сваи выполнены из дерева.

4. Термоизолирующий свайный фундамент по п. 1, отличающийся тем, что сваи выполнены из пластика.