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

Изобретение относится к строительству и предназначено для применения при возведении свайных фундаментов, воспринимающих горизонтальные и сейсмические нагрузки.

Известен фундамент, включающий основание, сваи, ростверк, объединяющий головы основных свай, и дополнительные сваи, расположенные за пределами ростверка, вовлеченные в работу на горизонтальные нагрузки путем соединения их с ростверком горизонтальными связями (SU №669018, МПК E02D 27/12, 1978 г.).

Недостатком такого фундамента является сравнительно невысокая несущая способность его на горизонтальные и сейсмические нагрузки.

Из известных технических решений наиболее близким к предлагаемому изобретению (прототипом) является фундамент зданий, сооружений, включающий ростверк с жестко присоединенной к нему кольцевой плитой, сваи, размещенную в грунте соосно ростверку за его пределами цилиндрическую оболочку с верхним горизонтальным буртом, расположенным с наружной стороны оболочки и плитой, расположенной в одном уровне с буртом оболочки между ростверком и оболочкой, причем плита жестко связан с ростверком или оболочкой (SU №922237, МПК E02D 27/12, 1982 г.).

Основными недостатками фундамента - прототипа являются, сложность и дороговизна конструкции, а также низкая демпферность при восприятии и гашении сейсмических нагрузок.

Задачей изобретения является упрощение и удешевление конструкции фундамента, а также повышение демпферности при гашении сейсмических нагрузок.

Для решения поставленной задачи в фундаменте зданий и сооружений, включающем ростверк с жестко присоединенной к нему кольцевой плитой, сваи и размещенную в грунте соосно ростверку за его пределами цилиндрическую оболочку с верхним горизонтальным буртом, связанным с кольцевой плитой, цилиндрическая оболочка имеет нижний бурт, причем оба бурта расположены с внутренней стороны оболочки, выполненной из утилизированной металлокордной покрышки от большегрузного автомобиля, причем кольцевая плита по центру своей высоты имеет кольцевой паз для плотного размещения там верхнего бурта цилиндрической оболочки, при этом верхний бурт образован круговым вырезом верхней боковины утилизированной покрышки диаметром равным диаметру внутренней стенки паза кольцевой плиты, а нижний бурт образован круговым вырезом нижней боковины утилизированной покрышки диаметром равным диаметру внешнего контура группы свай.

Сущность изобретения заключается в том, что цилиндрическая оболочка имеет нижний бурт, причем оба бурта расположены с внутренней стороны оболочки, выполненный из утилизированной металлокордной покрышки от большегрузного автомобиля, причем кольцевая плита по центру своей высоты имеет кольцевой паз для плотного размещения верхнего бурта цилиндрической оболочки, при этом верхний бурт образован круговым вырезом верхней боковины утилизированной покрышки диаметром равным диаметру внутренней стенки паза кольцевой плиты, а нижний бурт образован круговым вырезом нижней боковины утилизированной покрышки диаметром равным диаметру внешнего контура группы свай.

Первый новый признак предлагаемого изобретения, заключающийся в том, что цилиндрическая оболочка имеет нижний бурт, причем оба бурта расположены с внутренней стороны оболочки, выполненной из утилизированной металлоколрдной покрышки от большегрузного автомобиля, позволяет предложенному техническому решению приобрести новые свойства, заключающиеся в том, что в качестве цилиндрической оболочки для свайного фундамента используется отход, размеры, геометрические и механические характеристики которого позволяют наиболее простым образом включить в работу фундамента окружающий сваи грунт в верхней части массива, при этом естественным образом получаются два бурта которые связаны сверху с кольцевой плитой, а снизу со стволами свай, к тому же боковая часть представленного цилиндра играет роль сейсмозащитного экрана, а вместе с буртами способствует демпферному гашению сейсмических и ветровых динамических нагрузок. Второй новый признак предлагаемого изобретения, заключающийся в том, что кольцевая плита по центру своей высоты имеет кольцевой паз для плотного размещения там верхнего бурта цилиндрической оболочки, позволяет предложенному техническому решению приобрести новые свойства, заключающиеся в том, что наличие именно такого паза позволяет добиться наиболее простой и эффективной связи между кольцевой плитой и упругой оболочкой, причем эта связь формируется без дополнительных элементов. Третий новый признак предлагаемого изобретения, заключающийся в том, что верхний бурт образован круговым вырезом верхней боковины утилизированной покрышки диаметром равным диаметру внутренней стенки паза кольцевой плиты, позволяет предложенному техническому решению приобрести новое свойство, заключающееся в том, что именно при указанном параметре выреза в верхней боковине утилизированной покрышки достигается требуемая компоновка и соединение верхнего бурта оболочки с кольцевой плитой фундамента. Четвертый новый признак предлагаемого изобретения, заключающийся в том, что нижний бурт образован круговым вырезом нижней боковины утилизированной покрышки диаметром равным диаметру внешнего контура группы свай, позволяет предложенному техническому решению приобрести новое свойство, заключающееся в том, что именно при указанном параметре выреза нижней боковины утилизированной покрышки достигается естественный контакт между оболочкой и сваями, позволяющий дополнительно включать в работу упругую оболочку и демпферно гасить горизонтальные колебания свайного фундамента. Указанные новые признаки и свойства предлагаемого изобретения отсутствуют в известных технических решениях и позволяют предложенному техническому решению проявить эффективность, заключающуюся в упрощении и удешевлении конструкции фундамента, а также в повышении демпфируемости при гашении сейсмических нагрузок.

Все вышеизложенное позволяет утверждать, что предложенное техническое решение полностью соответствует критериям изобретения «новизна» и «изобретательский уровень».

На фиг.1 изображен фундамент, продольный разрез; на фиг.2 показан фундамент вид с верха ростверка.

На фиг.1 и 2 показаны следующие элементы: 1 - стволы свай; 2 - ростверк; 3 - цилиндрическая оболочка в виде утилизированной автопокрышки; 4 - верхний бурт цилиндрической оболочки; 5 - нижний бурт цилиндрической оболочки; 6 - кольцевая плита; 7 - кольцевой паз кольцевой плиты; 8 - водонасыщенный слабый грунт основания; 9 - прочный грунт; 10 - круговой вырез верхней боковины утилизированной автопокрышки; 11 - круговой вырез нижней боковины утилизированной автопокрышки.

Предлагаемый фундамент зданий и сооружений включает куст вертикальных свай 1, объединяющий их ростверк 2, цилиндрическую оболочку в виде утилизированной автопокрышки 3, размещенную в грунте соосно ростверку за его пределами. Цилиндрическая оболочка 3 имеет верхний бурт 4, концевая часть которого плотно размещена в кольцевом пазе 7 кольцевой плиты 6. Цилиндрическая оболочка 3 имеет также нижний бурт 5. Верхний бурт 4 цилиндрической оболочки 3 образован круговым вырезом 10 верхней боковины утилизированной автопокрышки. Нижний бурт 5 цилиндрической оболочки 3 образован круговым вырезом 11 нижней боковины утилизированной автопокрышки. Цилиндрическая оболочка 3 и стволы свай 1 размещены в слое водонасыщенного слабого грунта 8, концы свай 1 заглублены в слой прочного грунта 9, подстилающего слабый грунт 8.

Круговой вырез 10 верхней боковины цилиндрической оболочки 3 (утилизированной автопокрышки) для образования верхнего бурта 4 выполняется диаметром равным диаметру внутренней стенки паза 7 кольцевой плиты 6. Круговой вырез 11 нижней боковины цилиндрической оболочки 3 (утилизированной автопокрышки) для образования нижнего бурта 5 выполняется диаметром равным диаметру внешнего контура группы свай.

Предлагаемый фундамент изготовляется следующим образом. Согласно проектным расчетом выбирается утилизированная металлокордная покрышка от большегрузного автомобиля БелАЗ, например, с внешним диаметром 3 м, шириной протекторной части 90 см и диаметром отверстия 80 см. По проектному заданию диаметр ростверка принимается 2,2 м, а диаметр кольцевой плиты 2,5 м. Диаметр внутренней стенки паза кольцевой плиты 7 выбирается 2,3 м. В связи с этим на верхней боковине утилизированной автопокрышки производят вырез 10 диаметром 2,3 м, образуя таким образом верхний бурт 4 цилиндрической оболочки 3. На нижней боковине утилизированной автопокрышки производят круговой вырез 11 диаметром равным диаметру внешнего контура группы свай 1 (в нашем примере их четыре). Внешний контур группы свай 1 квадратного поперечного сечения (например, 0,3×0,3 м) образуется окружностью, объединяющей внешние углы равномерно расположенных по краям ростверка 2 и кольцевой плиты 6 свай 1. В нашем примере диаметр указанного контура принимается 2,0 м. Таким образом образуется нижний бурт 5 цилиндрической оболочки 3. После изготовления цилиндрической оболочки 3 с требуемыми параметрами верхнего 4 и нижнего буртов 5 образуют котлован глубиной 1,0 м, устанавливают на дно этого котлована приготовленную упругую цилиндрическую оболочку 3. Заполняют полость оболочки до 2/3 ее высоты (т.е. 0,6 м) местным водонасыщенным глинистым грунтом и с помощью, например, вибропогружателя по шаблону погружают четыре сваи 1 через слабый слой до внедрения их на проектную глубину в прочный подстилающий грунт 9. При погружении свай 1 грунт внутри оболочки 3, а также слабый водонасыщенный глинистый грунт основания 8 в пределах фундамента уплотняются повышая свои прочностные характеристики. После этого грунт внутри оболочки 3 вокруг свай 1 выравнивается до глубины, например 0,2 м (при необходимости грунт добавляется). Полученная поверхность покрывается непроницаемой полимерной пленкой (например, полиэтиленовой). Пазухи под верхним буртом 4 до границ проектируемой кольцевой плиты 6 заполняются грунтом и в этой зоне устанавливается несъемная тонкая непроницаемая полимерная опалубка нижней части кольцевой плиты 6. Конструируется арматурный каркас кольцевой плиты 6 и ростверка 2, которая соединяется с арматурными выпусками свай 1. Устанавливается съемная опалубка верхней части кольцевой плиты 6 и ростверка 2, после чего производится заливка жидкого бетонного раствора. После набора бетоном проектной прочности опалубка верхней части кольцевой плиты 6 и ростверка 2 демонтируется и фундамент готов для монтажа на нем верхней части здания или сооружения. Как видно при такой технологии изготовления фундамента кольцевой паз 7 кольцевой плиты 6 с плотным размещением в его полости части верхнего бурта 4 оболочки 3 получается естественным образом.

Предлагаемый фундамент работает следующим образом. Приложенная к ростверку 2 вертикальная нагрузка через боковые поверхности стволов свай 1 передается преимущественно слою водонасыщенного слабого грунта 8, а через острия свай 1 слою прочного грунта 9.

При этом стволы свай 1 вместе с ростверком 2 и кольцевой плитой 6 перемещаются вертикально вниз, благодаря чему проявляются силы трения водонасыщенного грунта 8 по боковым поверхностям свай 1. В процессе вертикального перемещения ростверка 2 с кольцевой плитой 6 верхние бурт 4 цилиндрической оболочки, связанный с кольцевой плитой 6 упруго деформируется и передает часть нагрузки на упругую цилиндрическую оболочку 3, а через нее на грунт внутри оболочки 3, при этом также начинают проявляться силы трения водонасыщенного грунта по боковой поверхности цилиндрической оболочки.

Во время эксплуатации здания или сооружения возможна загрузка некоторой площади вокруг ростверка, включая площадь верхнего бурта 4. При этом в результате уплотнения водонасыщеного грунта 8 цилиндрическая упругая оболочка 3 вместе с буртами 4 и 5 упруго деформируется перемещается вниз передавая часть нагрузки через верхний бурт 4 на кольцевую плиту 6, которая также начинает перемещаться вниз передавая нагрузку на сваи 1.

Приложенная к ростверку 2 горизонтальная нагрузка вызывает обжатие материала и через верхний бурт 4 передается как внутренний так внешней поверхности цилиндрической оболочки 3. В меньшей степени передаче горизонтальной нагрузки на поверхности цилиндрической оболочки 3 дополнительно способствует нижний бурт 5 цилиндрической оболочки.

Упругая оболочка 3 обладает значительным сопротивлением горизонтальному сдвигу в водонасыщенном грунте 8. Здесь это сопротивление увеличивается также за счет трения, создаваемого нижней поверхностью нижнего бурта 5 оболочки. Благодаря этому сваи 1 практически минимально участвуют в работе на горизонтальную нагрузку.

Размещение по периметру ростверка 2 кольцевой плиты 6, соединенной с упругим верхним буртом 4 цилиндрической оболочки, а также выполнение кольцевой плиты 6 с возможностью вертикального перемещения относительно боковой поверхности цилиндрической оболочки 3 (протекторная поверхность утилизированной автопокрышки) дает возможность, даже при существенной величине ожидаемого вертикального перемещения ростверка 2 относительно цилиндрической оболочки 3 при сравнительно короткой кольцевой плите 6 принять габариты оболочки 3 минимально необходимыми из условии требуемого сопротивления сдвигу в грунте.

При горизонтальных колебаниях ростверка 2, вызванных сейсмиком, оболочка 3, упруго скрепленная с кольцевой плитой 6, подключается сама и подключает грунт, находящийся внутри нее и грунт вокруг нее к упругому сопротивлению горизонтальным перемещениям, значительно уменьшая их величины. Сама металлоармированная оболочка 3 демпферно воспринимает горизонтальные сейсмические волны, значительно уменьшая их негативное воздействие на ростверк 2, кольцевую плиту 6 и верхнюю часть свай 1. Нижний бурт 5 оболочки демпферно взаимодействует со всеми сваями в местах контактов с ними, дополнительно гася сейсмические усилия и перемещения. При вертикальных колебаниях ростверка 2 верхний бурт 4 оболочки 3, соединенный с кольцевой плитой 6 в ее кольцевом пазу 7 включается в работу фундамента всю оболочку вместе с массой грунта, находящегося внутри оболочки 3. При этом нижний бурт 5 оболочки способствует участию внутреннего грунта в сопротивлении вертикальным колебаниям и предотвращению вхождения конструкции фундамента в резонанс. Силы трения, возникающие между окружающим грунтом и боковой поверхностью оболочки также способствует уменьшению и гашению вертикальных сейсмических колебаний фундамента.

Технико-экономическая эффективность предложенного изобретения, по сравнению с фундаментом - прототипом, заключается в том, что значительно упрощается и удешевляется конструкция фундамента, а также повышается демпфируемость при гашении сейсмических нагрузок за счет специфических геометрических и механических характеристик утилизированной металлокордной автопокрышки.

Изобретение относится к строительству и предназначено для применения при возведении свайных фундаментов, воспринимающих горизонтальные и сейсмические нагрузки. Фундамент зданий и сооружений, включает ростверк с жестко присоединенной к нему кольцевой плитой, сваи и размещенную в грунте соосно ростверку за его пределами цилиндрическую оболочку с верхним горизонтальным буртом, связанным с кольцевой плитой. Цилиндрическая оболочка имеет нижний бурт, причем оба бурта расположены с внутренней стороны оболочки, выполненной из утилизированной металлокордной покрышки от большегрузного автомобиля. Кольцевая плита по центру своей высоты имеет кольцевой паз для плотного размещения там верхнего бурта цилиндрической оболочки. Верхний бурт образован круговым вырезом верхней боковины утилизированной покрышки диаметром равным диаметру внутренней стенки паза кольцевой плиты. Нижний бурт образован круговым вырезом нижней боковины утилизированной покрышки диаметром равным диаметру внешнего контура группы свай. Технический результат состоит в обеспечении упрощения и удешевления конструкции фундамента, повышении демпфируемости при гашении сейсмических нагрузок. 2 ил.

Фундамент зданий и сооружений, включающий ростверк с жестко присоединенной к нему кольцевой плитой, сваи и размещенную в грунте соосно ростверку за его пределами цилиндрическую оболочку с верхним горизонтальным буртом, связанным с кольцевой плитой, отличающийся тем, что цилиндрическая оболочка имеет нижний бурт, причем оба бурта расположены с внутренней стороны оболочки, выполненной из утилизированной металлокордной покрышки от большегрузного автомобиля, причем кольцевая плита по центру своей высоты имеет кольцевой паз для плотного размещения там верхнего бурта цилиндрической оболочки, при этом верхний бурт образован круговым вырезом верхней боковины утилизированной покрышки диаметром равным диаметру внутренней стенки паза кольцевой плиты, а нижний бурт образован круговым вырезом нижней боковины утилизированной покрышки диаметром равным диаметру внешнего контура группы свай.