СПОСОБ УСТРОЙСТВА СВАЙНО-ПЛИТНОГО ФУНДАМЕНТА И СВАЙНО-ПЛИТНЫЙ ФУНДАМЕНТ, ВОЗВЕДЕННЫЙ ЭТИМ СПОСОБОМ
METHOD OF PILE-SLAB FOUNDATION AND SLAB-PILE FOUNDATION CONSTRUCTED IN THIS WAY

Изобретение относится к области строительства зданий и сооружений со свайным фундаментом на слабых грунтах методом вдавливания свай заводского изготовления в грунт.
Известны способы вдавливания железобетонных свай заводского изготовления с помощью гидравлических или полиспаспастных (канатных) сваевдавливающих машин, использующих свой вес (гравитационную силу) для вдавливания свай. Полиспастные сваевдавливающие машины монтируются на гусеничном кране типа РДК-25 и используют его грузоподъемную лебедку с увеличением усилия вдавливания свай через систему канатных послиспастов. Недостатками таких машин являются: сравнительно малое усилие вдавливания (80-85 т), большое давление на грунт, требующее специальных мероприятий по подготовке рабочей поверхности, устаревшая конструкция кранов РДК-25, используемых для монтажа таких машин. Гидравлические машины представляют собой гидравлический сваевдавливающий модуль из нескольких гидравлических цилиндров, установленный на передвижной (в пределах строительной площадки) платформе и имеющий маслостанцию, создающую необходимое давление для работы вдавливающих сваи гидроцилиндров. В гидравлическом модуле имеется также гидравлический захват для свай, повторяющий их форму и передвигаемый вдоль сваи в процессе ее вдавливания на 1-1,5 м (шаг вдавливания). На каждом объекте гидравлическую машину собирают и затем разбирают из отдельных частей, перевозимых специальным автотранспортом на платформах. Для каждой перевозки требуется оформление специальных разрешений на перевозку и сопровождение грузов из-за их негабаритности согласно правилам дорожного движения РФ. Кроме того, для гидравлических и канатных полиспастных машин требуются дополнительные железобетонные или металлические контргрузы в количестве от 60 до 500 тонн, перевозка с объекта на объект и монтаж-демонтаж которых весьма дорогостоящие. Подобные машины ввиду их большого веса требуют специальной подготовки рабочей поверхности для исключения их провалов и перекосов на строительной площадке. Также, подобными машинами невозможно выполнять вдавливание свай внутри реконструируемых и ремонтируемых помещений из-за больших габаритов и веса сваевдавливающих машин, что может привести к повреждению несущих конструкций и полов внутри помещений. С помощью существующих сваевдавливающих машин невозможно вдавливать сваи с постоянной скоростью, что затрудняет организацию работ и своевременный подвоз свай. При различной скорости погружения свай на каждом метре невозможен прогноз их несущей способности, расчитаваемый по формулам СП24.13330-2011, в процессе вдавливания по аналогии со статическим зондированием и тем самым отказаться от дорогостоящих статических испытаний вдавленных свай.
Наиболее близким способом является способ устройства свайного фундамента методом вдавливания свай с шагом в грунт через отверстия в силовом поле гидравлическим вдавливающим модулем /см. патент РФ №2370596, E02D 7/20, опубл. 20.10.2009 г./.
Проблема заключатся в больших габаритах и весе устанавливаемого оборудования.
Проблема решается таким образом, что в способе устройства свайно-плитного фундамента методом вдавливания свай с шагом в грунт, включающем устройство опорной плиты с отверстиями под сваи, жесткое крепление вдавливающего модуля с гидравлическим приводом к опорной плите с последующим вдавливанием сваи в грунт, согласно изобретению, сначала на поверхность грунта укладывают вакуумные эластичные оболочки с обратными клапанам и бетонируют монолитную железобетонную плиту силового пола с расположенными с шагом конусообразными отверстиями, соразмерными сечению сваи, после чего жестко крепят к силовому полу гидравлический вдавливающий модуль с горизонтальным захватом, после этого вакуумируют эластичные оболочки до степени разрежения 1,5-2 бар и подают сваю в горизонтальный захват и вдавливают в грунт через отверстие в плите силового пола с постоянной скоростью с возможностью передачи усилия вдавливания на железобетонную плиту силового пола.
Проблема также решается и конструкцией свайно-плитного фундамента, возведенного предлагаемым способом по п. 1, включающего опорную плиту и вдавленные в грунт сваи, согласно изобретению содержит размещенные на поверхности грунта вакуумные эластичные оболочки с обратными клапанами, расположенную на них железобетонную монолитную плиту силового пола с конусообразными отверстиями, соразмерными сваям, и вдавленные в грунт через отверстия в плите силового пола сваи.
Предлагаемый способ отличается тем, что сначала на поверхность грунта укладывают вакуумные эластичные оболочки с обратными клапанам и бетонируют монолитную железобетонную плиту силового пола с расположенными с шагом конусообразными отверстиями, соразмерными сечению сваи, после чего жестко крепят к силовому полу гидравлический вдавливающий модуль с горизонтальным захватом, после этого вакуумируют эластичные оболочки до степени разрежения 1,5-2 бар и подают сваю в горизонтальный захват и вдавливают в грунт через отверстие в плите силового пола с постоянной скоростью с возможностью передачи усилия вдавливания на железобетонную плиту силового пола.
Кроме того, свайно-плитный фундамент отличается от известного тем, что содержит размещенные на поверхности грунта вакуумные эластичные оболочки с обратными клапанами, расположенную на них железобетонную монолитную плиту силового пола с конусообразными отверстиями соразмерными сваям, и вдавленные в грунт через отверстия в плите силового пола сваи.
Недостатки в предлагаемом техническом решении устраняются за счет снижения веса и габаритов сваевдавливающей установки для вдавливания свай, в том числе внутри реконструируемых помещений, сокращения материальных и трудовых затрат при устройстве плиты. Вес и габариты установки для вдавливания свай зависят от необходимого усилия вдавливания и обычно определяются габаритами грузов. Объем и вес грузов можно значительно уменьшить, если под плитой пола в вакуумных полостях создать разрежение, что равносильно приложению к низу плиты нагрузки от атмосферного давления. Уменьшение грузов приведет к уменьшению габаритов установки для вдавливания свай. Материальные и трудовые затраты при устройстве плиты уменьшаются за счет того, что при создании разрежения в вакуумных полостях под плитой в ней происходит уменьшение результирующих изгибающих моментов в плите М, равных разности моментов от вдавливания М вдавливания и изгибающих моментов (с противоположным знаком) от вакуумирования М вакуумирования. Арматура, толщина и марка прочности бетона плиты подбираются в этом случае исходя из результирующих изгибающих моментов. Это дает возможность сократить армирование плиты, ее толщину и применять бетоны более низких марок, что в целом ведет к снижению материальных и трудовых ресурсов.
Свая вдавливается в предварительно образованное отверстие в железобетонной монолитной силовой плите пола. Отверстие имеет форму усеченного конуса с большим основание кверху. Это дает возможность более эффективно передать усилие от сваи на плиту. При этом отверстие с вдавленной сваей используется затем для герметизации гидроизоляции плиты. Восприятие силы отпора вдавливаемой сваи производится путем анкеровки гидравлического сваевдавливающего модуля за предварительно изготовленную железобетонную силовую плиту пола. Вес и армирование силовой плиты пола должны обеспечивать восприятие местных выдергивающих нагрузок от силы вдавливания сваи.
Способ осуществляют следующим образом.
Для уменьшения веса, толщины и армирования силовой плиты пола при изготовлении плиты под ней предусматриваются вакуумные полости расчетной площадью, оконтуренные эластичными оболочками-манжетами, в плиту пола монтируются трубки для вакуумирования с обратными клапанами и вакуумными манометрами. Перед вдавливанием сваи производят изготовление плиты с анкерами, вакуумной полостью расчетной площади, с обратными клапанами и вакуумными манометрами. После твердения бетона силовой плиты производят крепление гидравлического модуля к силовой плите с вакуумной полостью. Затем производят откачивание воздуха из полости до давления разрежения, равном атмосферному давлению с противоположным знаком. После этого производят подачу свай к гидравлическому модулю с помощью передвижного крана и производят вдавливание свай. В процессе вдавливания давление разрежения автоматически регулируется с помощью системы слежения и корректировки давления разрежения (например, известная система реле давлений).
Расчет площади вакуумной полости производится исходя из условия
Р=(P1-P2-P3)/K(F1-F2), где
Р - заданная степень разрежения, бар;
Р1 - усилие вдавленной сваи, кН;
Р2 - вес железобетонной монолитной плиты силового пола, кН;
Р3 - вес вдавливающего модуля с маслостанцией, кН
2
F1 - площадь вакуумной плиты, м;
2
F2 - площадь отверстий в железобетонной монолитной плите, м;
K - коэффициент разрежения вакуумной полости, принимаемый в зависимости от вида грунта под подошвой плиты (для глинистых - 0,75, для песков - 0,6).
На чертеже представлен свайно-плитный фундамент, устраиваемый методом вдавливания железобетонных свай заводского изготовления с помощью вдавливающего гидравлического модуля 1 с маслостанцией 2.
Фундамент состоит из свай 3 железобетонной плиты силового пола 4, с анкерами 5 жесткого крепления модуля, герметичной вакуумной полости 6, вакуумными трубками с обратными клапанами 7, горизонтального захвата 8 сваи.
2
2
3
Согласно приведенной формуле сокращение веса анкерной плиты происходит на 50-75%. Например, требуемое усилие анкеровки для вдавливания одной сваи - 1000 кН, площадь вакуумной полости в этом случае - 10 м, вес плиты - 250 кН. При отсутствии вакуумной полости вес анкерной плиты должен быть равным требуемому усилию анкеровки 1000 кН. В этом случае площадь анкерной плиты при ее толщине 300 мм будет составлять 133 м. Амирование силовой плиты должно обеспечивать отсутствие деформаций плиты и развитие в ней трещин при ее местном нагружении. В этом случае момент М вдавл.=3500 кНм. Для восприятия этого момента по расчету требуется арматуры 500 кг на 1 м плиты. При плите с вакуумированной полостью результирующий момент в плите М рез.=500 кНм, а армирования потребуется в четыре раза меньше, т.к. схема нагружения плиты при таком же усилии анкеровки приводит к изменению напряженного состояния плиты за счет ее «прилипания» к грунту при вакуумировании и происходит уменьшение изгибающих моментов и равномерное распределение усилия анкеровки по площади плиты. За счет более равномерного распределения нагрузок по площади плиты количество арматуры уменьшилось. Кроме того, вес плиты уменьшился вчетверо: с 100 т до 25 т.
Для обеспечения постоянной скорости вдавливания свай маслостанция и сам гидравлический сваевдавливающий модуль оборудуются системой автоматического слежения и обеспечения постоянной скорости вдавливания свай. При постоянной скорости вдавливания обеспечивается возможность использования формул СП 24.13330-2011 для определения несущей способности свай в процессе их вдавливания по аналогии с формулами для статического зондирования, что сильно сокращает материальные и трудовые затраты при устройстве и испытаниях вдавленных свай.
Отверстие в силовой плите пола в сечении имеет форму усеченного конуса с большим основание кверху. Силовая плита пола имеет вакуумную полость расчетной площади, с обратными клапанами и вакуумными манометрами и системой автоматического поддержания давления разрежения в вакуумной полости. Давление разрежения должно поддерживаться в процессе вдавливания свай равным или меньшим атмосферному давлению с противоположным знаком.
Расчет площади вакуумной полости производится по формуле: Требуемое усилие анкеровки (усилие вдавливания сваи)=вес плиты+площадь вакуумной полости *атмосферное давление* 0,75.
Устройство для создания контргруза (балласта, анкеровки) при вдавливании свай: силовая плита с вакуумной эластичной оболочкой.
В качестве контргруза для сваевдавливающей установки-вдавливающего модуля с гидравлическим приводом, используется жестко прикрепленная к ее нижней части предварительно изготовленная монолитная железобетонная плита пола с отверстиями под вдавленные сваи. Между поверхностью грунта и подошвой плиты имеются вакуумные эластичные оболочки с обратными клапанами и автоматизированные вакуумные насосы, поддерживающие заданный уровень степени вакуумного разрежения под плитой.