ПЛИТНЫЙ ФУНДАМЕНТ, УСИЛЕННЫЙ ОБОЙМОЙ В ВЕЧНОМЕРЗЛОМ ГРУНТЕ
FOUNDATION SLAB STRENGTHENED WITH SHELL IN PERMAFROST SOIL

Изобретение относится к строительству фундаментов мелкого заложения на вечномерзлых грунтах.
Известен плитный фундамент, усиленный заглубленной обоймой, расположенной вне фундамента по его периметру на некотором расстоянии от края плиты (прототип) [RU 2256033 С2, 04.08.2003].
Эта конструкция не учитывает особенности вечномерзлого грунта.
Целью изобретения является повышение надежности и экономичности плитного фундамента в вечномерзлом грунте, усиленного обоймой.
Цель достигается тем, что в грунтовое основание под плитой ниже планируемой осадки фундамента предварительно погружают вертикальные термоэлементы для принудительного охлаждения или подогрева грунта при выравнивании фундамента, а термоэлементы соединяют подающими и отводящими магистралями с источником холода и источником тепла.
Цель также достигается тем, что между армоэлементами составной обоймы устанавливают автономные вертикальные охлаждающие элементы и производят дополнительное замораживание вечномерзлого грунта с образованием низкотемпературного столба прочного грунта, смыкающегося с соседними армоэлементами.
Цель также достигается тем, что изготавливают несколько автономных закольцованных магистралей, не пересекающих центр плиты, позволяющих регулировать температуру, прочность и осадку отдельных участков грунтового основания, при этом по этим магистралям вместо хладагента может подаваться теплоноситель.
Цель также достигается тем, что вертикальные термоэлементы под плитой расположены по нескольким направлениям, проходящим через геометрический центр плиты, в каждом их этих направлений устанавливают два параллельных ряда, в первом ряду глубина термоэлементов увеличивается от одного края плиты до противоположного края, а во встречном втором ряду - в этом же управлении глубина термоэлементов уменьшается.
Цель также достигается тем, что в первом ряду каждого направления глубина термоэлементов увеличивается от одного края плиты до противоположного края по линейной зависимости, а во встречном втором ряду - уменьшается по этой же зависимости.
Цель также достигается тем, что вертикальные термоэлементы под плитой изготавливают в форме петель, устанавливают в предварительно пробуренные скважины и соединяют с магистралями, по которым подается теплоноситель или хладоноситель, при этом скважины и траншеи после установки глубинных охладителей и магистралей засыпают.
Цель также достигается тем, что обойма до дополнительного замораживания грунта выполнена из армоэлементов в виде стоек с двумя боковыми пластинами по длине, жестко прикрепленными с противоположных сторон стоек и позволяющими только частично перекрывать промежутки между стойками соседних армоэлементов.
Цель также достигается тем, что армоэлементы выполнены в виде стоек, установленных с небольшим зазором в пробуренные скважины.
Цель также достигается тем, что обойма выполнена с жестко прикрепленным поперечным опорным элементом, опирающимся на грунтовое основание.
Цель также достигается тем, что поперечный опорный элемент опирают на поверхность грунта.
Цель также достигается тем, что поперечный опорный элемент опирают на грунт на уровне или ниже подошвы слоя сезонного промерзания-оттаивания грунта.
Цель также достигается тем, что составная обойма полностью состоит из армоэлементов, выполненных из отдельных вертикальных охлаждающих элементов, установленных в виде сплошной стены вплотную друг к другу в один или несколько кольцевых рядов.
Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемый способ отличается всей совокупностью изложенных признаков. Это позволяет сделать вывод о соответствии признаку "новизна".
Сравнение не только с прототипом, но и с другими техническими решениями в данной области техники не позволило выявить в них признаки, отличающие заявляемый способ от прототипа, что позволяет сделать вывод о соответствии критерию "существенные отличия".
На фиг.1 изображен в разрезе плитный фундамент на грунтовом основании, усиленном обоймой, установленной по периметру фундамента и оборудованном вертикальными охладителями; на фиг.2 изображен план указанного плитного фундамента; на фиг.3 показан вид сверху на фрагмент составной обоймы из армоэлементов, соединенных столбами из дополнительно замороженного грунта; на фиг.4 показана обойма, с поперечным опорным элементом, опирающимся на грунт ниже подошвы слоя сезонного промерзания-оттаивания грунта; на фиг.5 показан вертикальный петлевой элемент для охлаждения или подогрева грунтового основания; на фиг.6 показан вид сверху на фрагмент обоймы, изготовленной из отдельных свай с боковыми пластинами и автономным вертикальным охлаждающим элементом с замороженным вокруг него столбом вечномерзлого грунта; на на фиг.7 показан вид сверху на фрагмент обоймы, изготовленной в виде сплошной стены из одного кольцевого ряда столбов дополнительно охлажденного грунта.
При нагружении фундаментной плиты 1 происходит сжатие грунтового основания 3 и вытеснение грунта в боковом направлении. Это вытеснение грунта уменьшает несущую способность основания под плитой. Для усиления основания 3 устраивают ограничительную обойму 2, расположенную вне фундамента 1 по его периметру (фиг.1). Она препятствует боковому вытеснению грунта из-под фундаментной плиты 1, способствует более равномерному и интенсивному уплотнению грунта, а значит и увеличению его несущей способности.
Обойма может быть составной, из отдельных армоэлементов на расстоянии "g" друг от друга. На фиг.3 показана фрагмент обоймы из трубчатых свай 8. Между ними устанавливают автономный вертикальный охлаждающий элемент 9 для охлаждения грунта. Вокруг нее намораживается столб мерзлого грунта 10 с прочностью, превышающей прочность исходного вечномерзлого грунта 3. Благодаря этому образуется сплошная обойма 2, позволяющая повысить несущую способность грунтового основания под фундаментной плитой 1 (фиг.1). Благодаря понижению температуры вечномерзлого грунта появляется возможность значительно увеличить расстояние между сваями, уменьшив их количество.
Составную обойму можно устроить из автономных вертикальных охлаждающих элементов 9 замораживанием вечномерзлого грунта и образованием низкотемпературных столбов 10 прочного грунта, смыкающихся с соседними замороженными столбами с образованием сплошной кольцевой стены в один или несколько кольцевых рядов (фиг.7).
Одним из основных факторов надежности плитных фундаментов является возможность их выравнивания при возникновении перекосов в процессе осадки под нагрузкой. Для этого под плитой 1 ниже планируемой линии 7 осадки фундамента, перед его монтажом, предварительно погружают вертикальные термоэлементы 5 для принудительного охлаждения или подогрева вечномерзлого грунта 3 (фиг.1, фиг.5).
Вертикальные термоэлементы 5 под плитой изготавливают в форме петель 13 (фиг.5). Их устанавливают в предварительно пробуренные скважины 14 и соединяют с магистралями 11, по которым подается теплоноситель или хладоноситель, при этом скважины и траншеи 12 после установки глубинных охладителей и магистралей засыпают.
Изготавливают несколько автономных магистралей, не пересекающих центр плиты. Они позволяют регулировать температуру, прочность и осадку отдельных участков грунтового основания под плитой, при этом по этим магистралям может подаваться или хладагент или теплоноситель.
Вертикальные термоэлементы 5 под плитой 1 расположены по нескольким направлениям, например "а'-а" или "b'-b" на фиг.2. Эти направления проходят через геометрический центр плиты 1. В каждом их этих направлений устанавливают два параллельных ряда петлевых термоэлементов. В первом ряду глубина термоэлементов увеличивается от одного края плиты до противоположного края, а во встречном втором ряду этого направлении глубина термоэлементов уменьшается (фиг.1). Величина заглубления термоэлементов определяется расчетом и соизмерима с расчетной величиной осадки фундамента.
В процессе передачи нагрузки может произойти перекос фундамента. При этом плита принимает наклонное положение, одна ее половина оказывается выше противоположной. По этой причине при выравнивании плиты грунт под более высокой половиной необходимо подогревать (ослаблять) на большую глубину, чем под другой половиной. Для этого глубину погружения вертикальных петлевых термоэлементов в каждом направлении увеличивают от одного края плиты до противоположного края по расчетной зависимости. В первом приближении эта зависимость - линейная (7 или 8), как это показано на фиг.1.
Перед монтажом фундамента невозможно точно определить место его перекоса, поэтому направления установки термоэлементов приняты радиальными под всей площадью фундамента (фиг.2). Количество направлений зависит от многих факторов и определяется расчетом. На фиг.2 таких направлений - 8.
Так как перекос может быть как в одну, так и прямо противоположную сторону, то в каждую скважину устанавливают по 2 петлевых термоэлемента: один - из первого ряда, а второй - из второго (встречного) ряда каждого направления.
Температура подаваемого теплоносителя для каждого направления отличается и назначается теплотехническим расчетом. Например, при перекосе правый край плиты 1 в направлении "а'-а" оказался выше противоположного края (фиг.2). В этом случае подается теплоноситель (теплая вода или незамерзающая жидкость) в петлевые термоэлементы с максимальными заглублениями термоэлементов в правой половине плиты - секторе "k-a-k". Таким образом, глубина подогрева грунтового основания под правой половиной плиты окажется больше, чем под другой половиной плиты. Это приведет к понижению прочности грунта и осадке плиты по всей ее площади по линейной зависимости с максимумом осадки на правом конце плиты и минимумом - на противоположном конце.
После выравнивания плиты вместо теплоносителя в эти же петлевые термоэлементы подают охлаждающую жидкость и восстанавливают исходный температурный режим вечномерзлого грунта.
На фиг.6 показан фрагмент составной обоймы из стоек 8 с двумя боковыми пластинами 5, жестко приваренными вдоль стойки. Они частично перекрывают зазор шириной между стойками. Для полного перекрытия зазора "f" между концами пластин устанавливают автономные вертикальные охлаждающие элементы 9 и производят дополнительное замораживание вечномерзлого грунта с образованием низкотемпературного столба прочного грунта 10, смыкающегося с боковыми пластинами 15 соседних армоэлементов 8.
Армоэлементы, в основном, предназначены для сопротивления горизонтальной нагрузке при выпоре грунта. По этой причине их можно выполнить в виде стоек, свободно опущенных в пробуренные скважины с небольшим зазором без заполнения скважин. Это позволяет понизить стоимость работ. Небольшие зазоры (2-3 мм) между армоэлементом и стенками скважины будут ликвидированы сразу после начала горизонтальных подвижек грунта и не окажут существенного влияния на несущую способность фундамента.
Перпендикулярно или наклонно к обойме 2 по ее периметру можно жестко прикрепить поперечный опорный элемент 4, опирающийся на поверхность грунта (фиг.1). Этот элемент оказывает дополнительное сопротивление погружению обоймы 2, способствуя дальнейшему уплотнению грунта внутри обоймы. Если грунт слоя сезонного промерзания-оттаивания вечномерзлого грунта является пучинистым, то поперечный опорный элемент 4, опирают на грунт ниже подошвы 17 слоя сезонного промерзания-оттаивания грунта (фиг.4).