СВАЙНЫЙ ФУНДАМЕНТ ЗДАНИЙ, СООРУЖЕНИЙ Российский патент 2024 года по МПК E02D27/12 

Изобретение относится к строительству, в частности к фундаментостроению и предназначено для применения при возведении свайных фундаментов, имеющих сравнительно высокую отметку верхнего обреза ростверка и воспринимающих значительные горизонтальные нагрузки.

Известен фундамент зданий и сооружений, включающий куст вертикальных свай, высокий ростверк и размещенную на поверхности грунта плиту с отверстиями, через которые пропущены сваи, причем размеры отверстий в плите превышают размеры свай (SU №920114, МПК E02D 27/12, 1980 г. ).

Этому фундаменту присущи недостаточная несущая способность на горизонтальную нагрузку и повышенная материалоемкость.

Наиболее близким к заявляемому изобретению по сущности и достигаемому результату является фундамент зданий, сооружений, включающий куст вертикальных свай, высокий ростверк, плиту с отверстиями, размещенную на поверхности грунта и вертикальную цилиндрическую оболочку, жестко присоединенную к плите верхней своей частью. Через отверстия в плите пропущены сваи, причем отверстия в плите превышают размеры свай. В отверстиях плиты вокруг свай размещены прокладки из упругого материала (SU №927903, МПК E02D 27/12, 1980 г. ).

Недостатками устройства-прототипа являются сложность изготовления, относительная дороговизна и малая демпфирируемость при сейсмических нагрузках.

Задачей изобретения является упрощение, удешевление изготовления и повышение демпифирирующей способности свайного фундамента при статических и сейсмических нагрузках.

Для решения поставленной задачи в свайном фундаменте зданий, сооружений, включающем куст вертикальных свай, высокий ростверк, размещенную на поверхности грунта плиту с отверстиями, через которые пропущены сваи и оболочку, присоединенную к плите верхней своей частью, причем размеры отверстий в плите превышают размеры свай, а в отверстиях плиты вокруг свай размещены прокладки из упругого материала, оболочка выполнена из металлокордной утилизированной покрышки от большегрузного автомобиля, верхняя боковина которой расположена сверху плиты, на обоих боковинах оболочки в местах пропуска свай выполнены диагональные разрезы длиной равной длине диагоналей отверстий в плите, упругие прокладки вокруг свай формируются из загнутых вниз фланцев, образованных диагональными разрезами на боковинах оболочки, а крепление оболочки к плите формируется защемленными между боковыми поверхностями свай и поверхностями отверстий плиты загнутыми фланцами верхней боковины оболочки.

Сущность изобретения заключается в том, что оболочка выполнена из металлокордной утилизированной покрышки от большегрузного автомобиля, верхняя боковина которой располагается сверху плиты, на обоих боковинах оболочки в местах пропуска свай выполнены диагональные разрезы длиной равной длине диагоналей отверстий в плите, упругие прокладки вокруг свай формируются из загнутых вниз фланцев, образованных диагональными разрезами на боковинах оболочки, а крепление оболочки к плите формируется защемленными между боковыми поверхностями свай и поверхностями отверстий загнутыми фланцами верхней боковины оболочки.

Первый новый признак предлагаемого изобретения, заключающийся в том, что оболочка выполнена из металлокордной утилизированной покрышки от большегрузного автомобиля, верхняя боковина которой располагается сверху плиты, позволяет предложенному техническому решению приобрести новые свойства, заключающиеся в том, что в качестве оболочки используется утилизированный отход, имеющий оригинальные геометрические и механические характеристики, а расположение верхней боковины покрышки сверху плиты позволяет наиболее удобным образом прикрепить ее к плите. Второй новый признак предлагаемого изобретения, заключающийся в том, что на обоих боковинах оболочки в местах пропуска свай выполнены диагональные разрезы длиной равной длине диагоналей отверстий в плите, позволяет предложенному техническому решению приобрести новые свойства, заключающиеся в том, что при указанных параметрах разрезов, сваи свободно проникают через боковины покрышки в отверстия плиты и проходит через нижнюю боковину в грунт основания, при этом секторы разрезов, загибающиеся вниз образуют упругие прокладки как в отверстиях плиты, так и в нижней части оболочки между боковыми стенками свай и грунтом основания. Третий новый признак предлагаемого изобретения, заключающийся в том, что упругие прокладки вокруг свай формируются из загнутых вниз фланцев (секторов разрезов), образованных диагональными разрезами на боковинах оболочки, позволяют предложенному техническому решению приобрести новые свойства, заключающиеся в том, что совместно с преимуществами второго нового признака и его новых свойств за счет заложенных в предлагаемое техническое решение оригинальных геометрических и механических характеристик утилизированной металлокордной автопокрышки получаются упругие прокладки не только в верхней части оболочки между плитой и сваями, но и в нижней части между грунтом основания и сваями. Четвертый новый признак предлагаемого изобретения, заключающийся в том, что крепление оболочки к плите формируется защемленными между боковыми поверхностями сваи и поверхностями отверстий плиты загнутыми фланцами верхней боковины оболочки, позволяет предложенному техническому решению приобрести новые свойства, заключающиеся в том, что достигается наиболее простая форма механического соединения торообразной оболочки с плитой за счет принудительного введения фланцев, образованных разрезами верхней боковины оболочки, в зазоры между боковыми поверхностями свай и поверхностями отверстий плиты, а также принудительного защемления этих фланцев при проходке свай через разрезы верхней боковины оболочки и отверстия в плите.

Все вышеуказанные новые признаки и свойства предложенного изобретения отсутствуют в известных технических решениях и позволяют предложенному техническому решению проявить эффективность, заключающуюся в упрощении, удешевлении изготовления и повышении демпфирующей способности свайного фундамента при статических и сейсмических нагрузках.

Все вышеупомянутые доводы позволяют утверждать, что предложенное техническое решение соответствует основным критериям изобретения «новизна» и «изобретательский уровень».

На фиг.1 схематически изображен предлагаемый свайный фундамент, продольный разрез; на фиг.2 изображена оболочка с плитой перед забивкой свай, вид сверху; на фиг.3 изображена оболочка с плитой после забивки свай, вид сверху под ростверком.

На фиг.1. 2 и 3 изображены следующие элементы свайного фундамента: 1 - сваи; 2 - высокий ростверк; 3 - оболочка (утилизированная металлокордная покрышка от большегрузного автомобиля); 4 - плита; 5 -арматура плиты; 6 - водонасыщенный глинистый грунт; 7 - зазоры между боковыми поверхностями отверстий в плите и свай; 8 - упругие прокладки между боковыми поверхностями отверстий в плите и свай; 9 - упругие прокладки между боковыми поверхностями свай и водонасыщенным глинистым грунтом; 10 - твердый грунт; 11 - диагональные разрезы на верхней боковине оболочки; 12 - фланцы разрезов.

Свайный фундамент зданий, сооружений включает куст вертикальных свай 1, высокий ростверк 2, объединяющий головы свай 1, торообразную упругую оболочку 3, размещенную вокруг куста свай 1, и плиту 4, расположенную ниже ростверка 2 таким образом, что ее подошва размещена на слое слабого водонасыщенного глинистого грунта. Плита имеет арматуру 5. Торообразная упругая оболочка 3 выполнена из утилизированной металлокордной покрышки от большегрузного автомобиля и размещена в слое слабого водонасыщенного глинистого грунта 6. В верхнем слое слабого глинистого грунта 6 образуют небольшой котлован глубиной немного превышающей высоту торообразной оболочки 3. Дно котлована выравнивается и туда размещается торообразная оболочка 3, в качестве которой используется утилизированная металлокордная покрышка, например, от большегрузного автомобиля БелАЗ (диаметр 3,0 м, диаметр внутреннего отверстия 0,8 м, ширина протектора 0,9 м). Перед укладкой оболочки (покрышки) 3 на дно котлована на ее боковинах делают диагональные разрезы 11 (на фиг.2 показаны разрезы на верхней боковине оболочки, а разрезы на нижней боковине оболочки не показаны). Длина диагональных разрезов 11 должна быть равна длине диагоналей отверстий в плите 4. Сваи 1 и ростверк 2 выполнены железобетонными. Полость оболочки 3 частично заполняется местным глинистым грунтом, так чтобы осталось место для изготовления железобетонной плиты 4. Так если толщина плиты 4 принимается 30 см, то оболочка заполняется местным грунтом до высоты 60 см. Поверхность этого грунта выравнивается и она покрывается непроницаемой пленкой (например, полиэтиленовой). После этого в образовавшейся полости изготовляется арматурный каркас 5 плиты 4. Там же крепятся кондукторы (например, из пластмассы) для образования отверстий плиты. После этих операций верхняя полость оболочки заполняется бетоном. После схватывания и твердения бетона образуется железобетонная плита 4 с отверстиями для пропуска свай 1. По центрам разрезов 11 своими остриями устанавливаются сваи 1, например, квадратного поперечного сечения, которые, например, вибропогружением, погружаются через разрезы 11, отверстия плиты 4 и разрезы нижней боковины оболочки 3 в слабый водонасыщенный глинистый грунт 6 основания, прорезают его и внедряются на проектную глубину в твердый подстилающий грунт 10.

Сваи 1 проходя через разрезы 11 верхней боковины оболочки 3 загибают фланцы 12 в зазоры 7 между боковыми поверхностями отверстий в плите 4 и боковыми поверхностями самих свай 1, образуя упругие прокладки 8 в этих зазорах 7. Далее сваи 1 проходя через грунт под плитой 4 в полости оболочки уплотняет этот грунт и частично выталкивает некоторую часть этого грунта через разрезы нижней боковины оболочки 3 в массив слабого глинистого грунта 11 под оболочкой 3. При этом фланцы нижней боковины оболочки 3 раскрываются, образуя упругие прокладки 9 между боковыми поверхностями свай 1 и водонасыщенным глинистым грунтом 6 под оболочкой 3. Сваи проходя через слой слабого водонасыщенного глинистого грунта 6 частично уплотняют его, повышая его несущую способность. Прорезая слабый глинистый грунт 6 и внедряясь в твердый подстилающий грунт 10 сваи 1 передают на него основную часть нагрузки от сооружения.

Свайный фундамент работает следующим образом. Вертикальная нагрузка от высокого ростверка 2 через сваи 1 передается преимущественно на слой твердого грунта 10. Вертикальная осадка свай 1 протекает благодаря защемлению их стволов в теле плиты 4 с возможностью вертикального перемещения, независимо от осадки плиты 4 и связанной с ней торообразной упругой оболочки 3. При этом происходит сдвиг между прокладками 8 расположенными в зазорах 7 между боковыми поверхностями свай 1 и отверстий плиты, а также сдвиг между прокладками 9 между боковыми поверхностями свай и слабым водонасыщенным глинистым грунтом 6. Горизонтальная нагрузка от ростверка 2 через стволы свай 1 и упругие прокладки 8 передается железобетонной плите 4, выполняющей роль жесткого диска, обеспечивающего неизменность контура упругой торообразной оболочки 3 в ее верхней части и равномерную передачу горизонтальной нагрузки по периметру упругой оболочки 3. Нижняя упругая боковина оболочки 3 в виде кольцевого упругого диска также частично обеспечивает передачу горизонтальной нагрузки по периметру упругой оболочки 3, повышая степень равномерности передачи горизонтальной нагрузки. Так как сопротивляемость упругой торообразной оболочки 3 единичному горизонтальному смещению в слабом водонасыщенном глинистом грунте 6, благодаря вовлечению в работу большого объема грунта 6, окружающего упругую оболочку 3 и расположенного в уровне нижнего основания оболочки 3, во много раз больше суммарной сопротивляемости свай 1 такому смещению, практически вся горизонтальная нагрузка воспринимается торообразной упругой оболочкой 3 и через нее передается грунту 6. Возможная вертикальная осадка торообразной упругой оболочки 3 и плиты 4, например, вследствие загружения поверхности грунта 6 полезной нагрузкой, протекает независимо от осадки свай 1 также благодаря сдвигу в зазорах 7 в верхней боковины оболочки 3 и в отверстиях в нижней боковины оболочки 3, при этом упругие прокладки 8 и 9 хоть создают некоторое трение между сваями 1 и оболочкой 3, но в целом не препятствуют указанной осадке. Под действием горизонтальной нагрузки стволы свай 1, расположенные выше плиты 4, подвергаются изгибу, который обуславливает горизонтальное смещение ростверка 2. Уменьшение такого смещения способствует защемление стволов свай 1 в теле плиты 4, а также упругое торможение стволов свай 1 в упругой нижней боковине оболочки 3, при этом уменьшается расчетная длина стволов свай 1 при расчете их на внецентренное сжатие с учетом гибкости.

При сейсмических колебаниях свайного фундамента с высоким ростверком 2 торообразная металлокордная оболочка 3 способствует демпферному гашению как горизонтальных, так и вертикальных колебаний.

Таким образом, предложенное изобретение обеспечивает эффективное включение торообразной упругой оболочки 3 в работу на горизонтальные и сейсмические нагрузки, упругое защемление стволов свай в теле плиты 4 и в нижней боковине оболочки 3 обеспечивает их несмещаемость относительно упругой оболочки в горизонтальной плоскости на уровне плиты, а также малую расчетную гибкость размещенных над плитой участков свай, что способствует ограничению горизонтальных и вертикальных перемещений ростверка 2. Обеспечение возможности вертикальных перемещений стволов свай относительно плиты и торообразной упругой оболочки позволяет упростить конструктивное решение соответствующих узлов, а также избежать загружения свай нагрузкой от веса плиты и упругой оболочки.

Технико-экономическая эффективность предложенного изобретения, по сравнению с прототипом, заключается в том, что значительно упрощается и удешевляется изготовление свайного фундамента из-за использования в качестве оболочки отхода с оригинальными геометрическими характеристиками, заметно повышаются демпфирирующие способности свайного фундамента при повышенных статических и сейсмических нагрузках из-за оригинальных механических характеристик металлокордного резинового материала, из которого состоит утилизированная покрышка от большегрузного автомобиля.

Изобретение относится к строительству, в частности к фундаментостроению, и предназначено для применения при возведении свайных фундаментов, имеющих сравнительно высокую отметку верхнего обреза ростверка и воспринимающих значительные горизонтальные нагрузки. Свайный фундамент зданий, сооружений включает куст вертикальных свай, высокий ростверк, размещенную на поверхности грунта плиту с отверстиями, через которые пропущены сваи и оболочку, присоединенную к плите верхней своей частью, причем размеры отверстий в плите превышают размеры свай, а в отверстиях плиты вокруг свай размещены прокладки из упругого материала. Оболочка выполнена из металлокордной утилизированной покрышки от большегрузного автомобиля, верхняя боковина которой располагается сверху плиты. На обоих боковинах оболочки в местах пропуска свай выполнены диагональные разрезы длиной равной длине диагоналей отверстий в плите. Упругие прокладки вокруг свай формируются из загнутых вниз фланцев, образованных диагональными разрезами на боковинах оболочки. Крепление оболочки к плите формируется защемленными между боковыми поверхностями свай и поверхностями отверстий плиты загнутыми фланцами верхней боковины оболочки. Технический результат состоит в обеспечении упрощения, удешевления изготовления, повышении демпфирующей способности свайного фундамента при статических и сейсмических нагрузках. 3 ил.

Свайный фундамент зданий, сооружений, включающий куст вертикальных свай, высокий ростверк, размещенную на поверхности грунта плиту с отверстиями, через которые пропущены сваи и оболочку, присоединенную к плите верхней своей частью, причем размеры отверстий в плите превышают размеры свай, а в отверстиях плиты вокруг свай размещены прокладки из упругого материала, отличающийся тем, что оболочка выполнена из металлокордной утилизированной покрышки от большегрузного автомобиля, верхняя боковина которой располагается сверху плиты, на обоих боковинах оболочки в местах пропуска свай выполнены диагональные разрезы длиной равной длине диагоналей отверстий в плите, упругие прокладки вокруг свай формируются из загнутых вниз фланцев, образованных диагональными разрезами на боковинах оболочки, а крепление оболочки к плите формируется защемленными между боковыми поверхностями свай и поверхностями отверстий плиты загнутыми фланцами верхней боковины оболочки.