ФУНДАМЕНТ СООРУЖЕНИЯ
STRUCTURE FOUNDATION

Изобретение относится к области строительства и широко может быть использовано при устройстве фундаментов мелкого заложения промышленных и гражданских зданий и сооружений.
Известен сборный железобетонный фундамент, включающий сборную железобетонную оболочку в форме гиперболического параболоида, полость которой заполнена в заводских условиях материалом, заменяющим грунт (Тетиор А.Н. Проектирование и сооружение экономических конструкций фундаментов. - Киев: Будiвельник, 1975, с. 76-150). Недостатком фундамента является то, что заполнитель обладает податливостью и допускает произвольное изменение напряженно-деформированного состояния в его теле.
Известен также монолитный фундамент, включающий монолитную железобетонную усеченно-коническую оболочку с уширением нижней части стенки, заполненную двумя нижними слоями материала по вертикали и одним верхним слоем материала по горизонтали, и уплотненное ядро в форме тангенсоида вращения (Патент RU №2367743 С2, МПК: E02D, 2009). Недостатком такого фундамента является то, что фундамент требует больших затрат на его изготовление из тяжелых и дорогих материалов заполнителя, и он имеет плоскую подошву, которая формирует в основании уплотненное ядро из грунта в виде тангенсоида вращения вокруг его вертикальной оси.
Наиболее близким к изобретению и принятым за прототип является фундамент, который включает в себя подготовку дна котлована под подошву, изготовление его жесткого заполнителя и наружной оболочки усеченно-конической формы с уширением нижней части ее стенки и образование уплотненного ядра грунта. Фундамент сооружают из конструктивного и грунтового строительных элементов. Подготовку дна котлована под подошву конструктивного элемента производят с углублением в грунте заданной геометрической формы, его жесткий заполнитель выполняют в секционной конической опалубке из фракций комковой глины и цементно-песчаного раствора с подошвой заданной геометрической формы. Уширение нижней части стенки наружной монолитной железобетонной оболочки осуществляют с подошвой также заданной геометрической формы. Формируют грунтовый строительный элемент под подошвой конструктивного элемента расчетной вдавливающей нагрузкой от строения как жестко сопряженное уплотненное ядро в виде кругового конуса (Патент RU 2482245, МПК: E02D, 2011).
Недостатком такой конструкции является ее сложность возведения и то, что основание под фундамент выполнено не по всей геометрии треугольного жесткого ядра из прочных материалов, что вызывает просадку сооружения в процессе эксплуатации.
Целью изобретения является усовершенствование конструкции фундамента сооружения, достижение его максимальной несущей способности при оптимальном устройстве сформированного жесткого ядра основания, уменьшение просадки при эксплуатации сооружения, удешевление строительства и расширение области применения.
Поставленная цель достигается путем возведения сооружения с устройством по периметру фундамента полусформированного уплотненного жесткого ядра его основания в форме вальмовой пирамиды с уступами из фракций комковой глины и цементно-песчаного раствора, с учетом φ - угла внутреннего трения грунта основания и С - сцепления грунта основания.
Для песка и глины, например, различие в очертании графиков (обладающей способностью сцепления) обусловлено их свойствами (Фиг. 3, Фиг. 4). Максимальные касательные напряжения получаем в момент разрушения (сдвига грунта).
1
2
P
1
2
Сущность предлагаемого изобретения заключается в следующем: при устройстве конструкции фундамента сооружения, где верхний слой грунта является более хорошим (малосжимаемым), то есть Е - модуль деформации грунта верхнего слоя больше Е - модуля деформации грунта нижнего слоя, то эпюра δ под центром тяжести фундамента сооружения будет с глубиной затухать быстрее (осадка минимальна). И наоборот, если верхний слой грунта является более слабым (с малым значением модуля деформации), то эпюра δ под центром тяжести фундамента сооружения будет с глубиной затухать медленнее, а следовательно, и осадка на таком грунте будет больше. Таким образом, возведение сооружения с устройством под его фундаментом сформированного жесткого ядра из прочных материалов, в зоне наибольших напряжений, обеспечит его оптимальную просадку. Изменение эпюры вертикальных сжимающих напряжений в зависимости от деформируемости слоев грунта показано на Фиг. 5. Глубина (Н) заложения полусформированного жесткого ядра под сооружением равняется 0,25-0,75 H расчетной глубины сформированного жесткого ядра (Фиг. 2), которая определяется шириной фундамента, φ - углом внутреннего трения грунта и С - сцеплением грунта. Чем больше С - сцепление грунта, тем меньше глубина (Н) формирования жесткого ядра. Зависимость глубин (Н) и (Н) формирования жесткого ядра от сцепления грунта показана на Фиг. 6.
Предлагаемое изобретение поясняется чертежами, где на Фиг. 1 и Фиг. 2 изображен фундамент сооружения с устройством полусформированного уплотненного жесткого ядра основания в форме вальмовой пирамиды с уступами из фракций комковой глины и цементно-песчаного раствора, а боковые грани уступов имеют уклон, учитывающий угол внутреннего трения φ и сцепления С грунта основания. Элементы фундамента сооружения включают в себя земляное основание, сам конструктив фундамента, щебеночную подушку, основание под фундамент в форме вальмовой пирамиды с уступами из структурной жесткой композиции фракций комковой глины и цементно-песчаного раствора, обмазочную гидроизоляцию фундамента.
Фундамент сооружения 1 шириной - а и длиной - b с телом опоры 2 устраивают традиционным способом. В земляном основании сооружения сначала разрабатывается котлован под фундамент ниже глубины промерзания грунта. Затем в зоне расчетного жесткого ядра 3 разрабатывается грунт зоны очертания полусформированного жесткого ядра с уступами 4. При этом боковым граням уступов в земляном основании придается уклон, учитывающий угол внутреннего трения φ и сцепления С грунта. Зона очертания полусформированного жесткого ядра под фундамент сооружения представляет собой геометрическую пирамиду с уступами вальмовой формы для основания прямоугольника и остроконечную - под фундаменты с размерами квадрата.
После разработки котлована устраивается клин уплотненного жесткого ядра из структурной жесткой композиции фракций комковой глины твердой или полутвердой консистенции 5 с последующей заливкой наброски цементно-песчаным раствором 6. После твердения первой секции клина уплотненного жесткого ядра аналогично устраивают вторую секцию основания жесткого ядра с уступом и так последовательно до устройства основания на проектную высоту. На подготовленном уплотненном основании с жестким ядром устраиваются последовательно щебеночная подушка 7 и фундамент сооружения 1 с телом опоры 2 с последующей обмазочной гидроизоляцией фундамента и засыпкой дренирующим грунтом 8.
Работает такая конструкция фундамента сооружения следующим образом: в зоне непосредственно под фундаментом образовано полусформированное жесткое ядро вальмовой формы с уступами из структурной жесткой композиции фракций комковой глины твердой или полутвердой консистенции и цементно-песчаного раствора. С образованием его основание под фундаментом обладает большей несущей способностью, работает как единое целое, и давление от него передается на боковые стороны грунта. В процессе эксплуатации сооружения просадка фундамента минимальна и находится в пределах допустимой.
В настоящее время известны все средства и способы реализации заявленного изобретения.
Использование изобретения ведет к снижению затрат на строительство фундаментов зданий и других сооружений путем их изготовления из конструктивного строительного элемента, выполняемого с применением заполняющего материала, например, из глинисто-цементно-песчаной композиции.
Применение предлагаемой конструкции фундамента сооружения позволяет увеличить его несущую способность фундамента, уменьшить просадку при эксплуатации, частично расширить область применения вместо фундаментов на свайном основании.
Предлагаемое изобретение предназначено для применения при строительстве фундаментов промышленных, гражданских и транспортных сооружений.