СПОСОБ УСТРОЙСТВА СВАЙНОГО ФУНДАМЕНТА ПОД МАШИНЫ С ДИНАМИЧЕСКИМИ НАГРУЗКАМИ И ВИБРОЧУВСТВИТЕЛЬНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ
DEVICE FOR PILE FOUNDATION FOR MACHINES WITH DYNAMIC LOADS AND VIBRATION-SENSITIVE EQUIPMENT

Изобретение относится к строительству и может быть применено при возведении свайных фундаментов под машины с динамическими нагрузками или виброчувствительное оборудование на любых нескальных грунтах.
Известен свайный фундамент (а.с. СССР №1502716, МПК Е02D 27/20, 27/12, 1989 г. ), включающий низкий ростверк со сквозными отверстиями, через которые пропущены сваи и домкраты. В этом свайном фундаменте для обеспечения возможности регулирования жесткости системы «фундамент - основание» в процессе эксплуатации при использовании под машины с динамическими нагрузками и виброчувствительное оборудование каждый домкрат установлен на верхнем торце соответствующей сваи в отверстиях ростверка, причем корпус каждого домкрата жестко прикреплен к ростверку, а его шток - к верхнему торцу сваи.
Недостатками этого свайного фундамента являются относительная дороговизна оборудования и средств регулирования жесткости системы «фундамент - основание» и возможность сохранения зазоров между подошвой ростверка и грунтом основания.
Из известных технических решений наиболее близким к заявляемому изобретению является «Способ корректировки вертикального положения зданий на плитном фундаменте» (патент РФ №2352723, МПК Е02D 35/00, 2009 г.) (прототип), характеризующийся тем, что в теле плиты устанавливают вертикально ориентированные инъекционные кондукторы с возвышением одного конца над верхним обрезом плиты или уровнем планировки грунта и заглублением другого конца в грунт под подошвой или бетонной подготовкой плиты, через которые производят инъецирование подвижного раствора под частью здания в направлении крена до возрастания падающего давления на 40-50% по отношению к рабочему давлению или до расхода подвижного раствора в объеме 2 м на одном инъекционном горизонте, при этом количество и высотное положение инъекционных горизонтов назначают по данным инженерно-геологических изысканий и уточняют по результатам измерения скорости погружения инъектора в грунт, а необходимость проведения инъекционных работ определяют по материалам геодезических наблюдений за зданием или сооружением в процессе строительства и первых лет эксплуатации. В качестве инъекционных кондукторов используют пластмассовые, металлические или асбестоцементные трубы промышленного производства с внутренним диаметром, достаточным для погружения через них инъекторов с минимальным зазором.
Недостатками способа - прототипа являются неравномерное инъецирование цементно-песчаного раствора под плитой, допуск такого высокого давления инъецирования раствора, которое способствует изменению положения фундамента по вертикали, а в целом не решается проблема снижения уровня колебаний свайного фундамента с ростверком.
Задачей заявляемого изобретения является снижение уровня колебаний свайного фундамента под машины с динамическими нагрузками и виброчувствительное оборудование, создаваемых динамическими нагрузками или за счет кинематического возбуждения, и как следствие, повышение срока службы машин и оборудования, а также уменьшения негативного воздействия на окружающие строительные конструкции.
Поставленная задача решается тем, что в «Способе устройства свайного фундамента под машины с динамическими нагрузками и виброчувствительное оборудование», включающем инъецирование подвижного цементно-песчаного раствора в грунтовое основание под подошвой или бетонной подготовкой ростверка через введенные туда инъекторы, согласно изобретению несъемные инъекторы в виде перфорированных труб устанавливаются по длине в контактной зоне под подошвой или бетонной подготовкой ростверка в заранее образованных горизонтальных пазах параллельно друг другу с равным шагом, причем концы инъекторов с одной стороны заглушены и подача цементно-песчаного раствора производится одновременно с двух сторон ростверка через выпуски инъекционных труб, располагаемые за пределами ростверка, при этом выпуск каждого соседнего инъектора располагается на противоположной стороне ростверка впритык к его боковым сторонам, перед инъецированием цементно-песчаного раствора на свайный фундамент воздействуют максимальной динамической нагрузкой от машины установленной на свайном фундаменте или от вибровозбудителя возле свайного фундамента, производят измерение уровня колебаний свайного фундамента, а нагнетание цементно-песчаного раствора производят до тех пор, пока контролируемый уровень колебаний свайного фундамента не снизится до безопасного для эксплуатации свайного фундамента, машины или виброчувствительного оборудования уровня, после затвердевания инъецированного раствора несъемные инъекторы выполняют роль горизонтальной арматуры закрепленной контактной грунтовой зоны под ростверком или его бетонной подготовкой.
Сущность заявляемого изобретения заключается в том, что несъемные инъекторы в виде перфорированных труб устанавливаются по длине в контактной зоне под подошвой или бетонной подготовкой ростверка в заранее образованных горизонтальных пазах параллельно друг другу с равным шагом, причем концы инъекторов с одной стороны заглушены и подача цементно-песчаного раствора производится одновременно с двух сторон ростверка через выпуски инъекционных труб, располагаемых за пределами ростверка, при этом выпуск каждого соседнего инъектора располагается на противоположной стороне ростверка впритык к его боковым сторонам, перед инъецированием цементно-песчаного раствора на свайный фундамент воздействуют максимальной динамической нагрузкой от машины установленной на свайном фундаменте или от вибровозбудителя возле свайного фундамента, производят измерение уровня колебаний свайного фундамента, а нагнетание цементно-песчаного раствора производят до тех пор, пока контролируемый уровень колебаний свайного фундамента не снизится до безопасного для эксплуатации свайного фундамента, машины или виброчувствительного оборудования уровня, после затвердевания инъецированного раствора несъемные инъекторы выполняют роль горизонтальной арматуры закрепленной контактной грунтовой зоны под ростверком или его бетонной подготовкой.
Первый новый признак, заключающийся в том, что несъемные инъекторы в виде перфорированных труб устанавливаются по длине в контактной зоне под подошвой или бетонной подготовкой в заранее образованных горизонтальных пазах параллельно друг другу с равным шагом, позволяет предложенному техническому решению приобрести новое свойство, заключающееся в том, что наиболее простым образом под всей поверхностью подошвы ростверка или его бетонной подготовкой располагаются инъекторы, через которые при необходимости подается цементно-песчаный раствор, при этом отпадает необходимость образования специальных кондукторов в ростверке, усложняя его конструкцию. Второй новый признак, заключающийся в том, что концы инъекторов с одной стороны заглушены, позволяет предложенному техническому решению приобрести новое свойство, заключающееся в том, что исключается возможность избыточной утечки нагнетаемого раствора за пределы ростверка. Третий новый признак, заключающийся в подаче цементно-песчаного раствора одновременно с двух сторон ростверка по его длине, позволяет предложенному техническому решению приобрести новое свойство, заключающееся в том, что достигается равномерная подача раствора при горизонтальном расположении инъекторов под ростверком или его бетонной подготовкой. Четвертый новый признак, заключающийся в том, что инъецирование раствора производится через выпуски инъекционных труб, которые располагаются за пределами ростверка, позволяет предложенному техническому решению приобрести новое свойство, заключающееся в наиболее простом введении под давлением инъекционного раствора под ростверк или его бетонную подготовку без образования кондукторов в теле ростверка. Пятый новый признак, заключающийся в том, что выпуск каждого соседнего инъектора располагается на противоположной стороне ростверка впритык к его боковым сторонам, позволяет предложенному техническому решению приобрести новое свойство, заключающееся в создании равномерного давления при инъецировании раствора через горизонтальные инъекторы. Шестой новый признак, заключающийся в том, что перед инъецированием цементно-песчаного раствора на свайный фундамент воздействуют максимальной динамической нагрузкой от машины установленной на свайном фундаменте или от вибровозбудителя возле свайного фундамента, позволяет заявленному техническому решению приобрести новое свойство, заключающееся в том, что создается реальный фон негативного воздействия, изменения которого с помощью измерительных приборов можно контролировать при инъецировании раствора. Седьмой новый признак, заключающийся в измерении уровня колебаний свайного фундамента в процессе нагнетания раствора, позволяет предложенному техническому решению приобрести новое свойство, заключающееся в том, что появляется очень простое средство наглядного контроля изменений колебаний свайного фундамента в процессе инъецирования раствора. Восьмой новый признак, заключающийся в том, что нагнетание цементно-песчаного раствора производят до тех пор, пока контролируемый уровень колебаний свайного фундамента не снизится до безопасного для эксплуатации свайного фундамента, машины или виброчувствительного оборудования уровня, позволяет предложенному техническому решению приобрести новое свойство, заключающееся в том, что наиболее простым образом доступна наглядная информация о достаточности количества нагнетаемого раствора для достижения безопасной эксплуатации свайного фундамента, машины и виброчувствительного оборудования. Девятый новый признак, состоящий в том, что после затвердевания инъецированного раствора несъемные инъекторы выполняют роль горизонтальной арматуры закрепленной контактной грунтовой зоны под ростверком или его бетонной подготовкой, позволяет предложенному техническому решению приобрести новое свойство, заключающееся в том, что несъемные инъекторы не просто остаются в контактной зоне между ростверком и грунтовым основанием в виде балласта, который неудобно удалять, а выполняют роль надежной горизонтальной арматуры грунтоцементного массива под ростверком или его бетонной подготовкой. Это позволяет добиться дополнительной прочности закрепленного грунта в контактной зоне, что предотвратит образование там трещин в процессе длительного динамического воздействия. Указанные новые признаки и свойства отсутствуют в известных технических решениях и позволяют заявленному техническому решению проявить эффективность, заключающуюся в снижении колебаний до безопасного для эксплуатации свайного фундамента, машины или виброчувствительного оборудования уровня.
Вышеизложенное позволяет утверждать, что предложенное техническое решение соответствует критериям изобретения «новизна» и «изобретательский уровень».
На фиг. 1 показана схема свайного фундамента в плане; на фиг. 2 показан продольный разрез А-А указанный на фиг. 1; на фиг. 3 представлен свайный фундамент в разрезе перед инъецированием цементно-песчаного раствора; на фиг. 4 представлен свайный фундамент в разрезе во время инъецирования цементно-песчаного раствора; на фиг. 5 представлен свайный фундамент в разрезе в момент прекращения инъецирования цементно-песчаного раствора.
На фиг. 1, 2, 3, 4 и 5 показаны: свайный фундамент, состоящий из свай - 1 и ростверка - 2; 3 - машина с динамическими нагрузками или виброчувствительное оборудование; 4 - грунтовое основание; 5 - инъекционные трубы; 6 - выпуски инъекционных труб; 7 - прибор для измерения уровня колебаний фундамента; 8 - уровень верхнего обреза ростверка; 9 - уровень подошвы ростверка; 10 - горизонтальные пазы; 11 - перфорационные отверстия труб.
На поверхности основания под будущим ростверком или его бетонной подготовкой образуют горизонтальные пазы 10, длиной, шириной и высотой такой, чтобы там свободно размещались металлические инъекционные трубы 5. Перед укладкой инъекционных труб 5 в горизонтальные пазы 10 их оборачивают тонкой бумагой или тонкой полимерной пленкой (не показаны), чтобы предотвратить забивание перфорационных отверстий 11 инъекционных труб бетоном при изготовлении ростверка 2 или его бетонной подготовки (не показана). После погружения свай 1 возводят ростверк 2, включающий установку опалубки, укладку арматурных стержней и закладных деталей (не показаны), и его последующее бетонирование. После набора бетоном ростверка расчетной прочности на нем устанавливают и крепят машину с динамическими нагрузками или виброчувствительное оборудование 3. В процессе устройства свайного фундамента 1 и ростверка 2 и эксплуатации машины или виброчувствительного оборудования 3, как правило, вся нагрузка передается на сваи 1, в результате чего грунт под подошвой ростверка 2 или его бетонной подготовкой остается неуплотненным. Как следствие, при колебаниях между подошвой ростверка 9 (или его бетонной подготовкой) и грунтовым основанием 4 контактная поверхность нарушается и возможно возникновение зазоров. Для ликвидации зазоров и включения в работу грунтового массива под ростверком производят следующие действия. Включают машину 3 или вибровозбудитель (не показан) возле свайного фундамента в максимальном режиме, т.е. воздействуют на свайный фундамент максимальной динамической нагрузкой. При помощи специального прибора производят измерения уровня колебаний свайного фундамента при максимальных динамических нагрузках до начала инъецирования и в процессе инъецирования цементно-песчаного раствора. Производят нагнетание цементно-песчаного раствора под подошву ростверка 9 (или его бетонную подготовку) с помощью горизонтальных инъекционных труб 5, концы которых заглушены, а по всей поверхности труб 5 имеются равномерно расположенные перфорационные отверстия 11. В трубы 5 раствор подается сверху через выпуски 6 инъекционных труб 5, которые располагаются за пределами ростверка 2 впритык к его боковым сторонам. Выпуск 6 каждого соседнего инъектора 5 располагается на противоположной стороне ростверка 2. В процессе инъецирования под давлением цементно-песчаного раствора тонкая бумага или полиэтиленовая пленка разрывается, не мешая раствору проникать в зазоры и поры грунта под подошвой ростверка 9 (или его бетонной подготовкой). Нагнетание раствора производят до тех пор, пока контролируемый специальным прибором 7 уровень колебаний свайного фундамента, машины или виброчувствительного оборудования не снизится до безопасного уровня.
Снижение уровня колебаний свайного фундамента свидетельствует о ликвидации зазоров (не показаны) - заполнении их цементно-песчаным раствором и уплотнении грунтового основания 4 под его подошвой 9 или его бетонной подготовкой. После затвердевания инъекционного раствора (через 21 и более дней) происходит дальнейшее снижение амплитуды колебаний свайного фундамента на 15-20% за счет образования твердого грунтоцементного тела в зоне, контактирующей с подошвой ростверка, объединяющего сваи между собой (последнее подтверждено лабораторными и полевыми испытаниями). После затвердевания инъекционного раствора несъемные инъекторы 5 выполняют роль горизонтальной арматуры закрепленной контактной грунтовой зоны под ростверком или его бетонной подготовкой.
Технико-экономическая эффективность предложенного технического решения, по сравнению со способом - прототипом, заключается в том, что достигается снижение до безопасного уровня колебаний свайного фундамента под машины и виброчувствительное оборудование наиболее простым образом без сложных испытаний и расчетов, с помощью доступного оборудования.