СПОСОБ УВЕЛИЧЕНИЯ НЕСУЩЕЙ СПОСОБНОСТИ ФУНДАМЕНТА
METHOD FOR IMPROVEMENT OF FOUNDATION BEARING CAPACITY

Изобретение относится к строительству и может быть использовано для увеличения несущей способности существующих массивных фундаментов при реконструкции, при замене устаревшего оборудования новым, более мощным.
Известен способ усиления фундаментов устройством железобетонной обоймы в виде колокола или кольца, при этом верхнюю часть фундамента разбирают. Отдельно стоящие фундаменты объединяют в групповой. Совместная работа нового и старого бетона обеспечивается насечками по наружной поверхности фундамента, устройством шпонок путем вырубки в существующем фундаменте соответствующих пазов, приваркой выпусков к существующей арматуре (А.И.Байцур, Л.Г.Молчанов. Проектирование фундаментов под оборудование промышленных предприятий, Киев, «Будiвельник», 1977, стр.166-168).
Недостатками данного способа усиления фундамента являются высокая трудоемкость, обусловленная необходимостью вскрытия и оголения арматуры фундамента по всему периметру, отсутствие соотношения между параметрами нового и старого оборудования и фундаментов, по которому можно определить полный вес нового фундамента, достаточный для погашения вибрации вновь устанавливаемого более мощного оборудования.
Наиболее близким к предлагаемому способу усиления фундаментов является способ, включающий отрывку и разборку верхней изменяемой части существующего фундамента, установку и выверку жестких металлических блоков с анкерными болтами под новое оборудование, приварку выпусков от существующего фундамента к элементам каркаса жестких металлических блоков, заполнение полостей жестких металлических блоков монолитным бетоном (Рекомендации по проектированию фундаментов под технологическое оборудование, возводимое в условиях реконструкции, Харьковский проектный и научно-исследовательский институт (Промстройниипроект) Госстроя СССР, Москва, Стройиздат, 1989) (прототип).
Недостатками данного способа усиления фундамента являются соединение жестких металлических блоков не со всем объемом, а только с верхней частью существующего фундамента, отсутствие соотношения между параметрами нового и старого оборудования и фундаментов, по которому можно определить полный вес нового фундамента, достаточный для погашения вибрации вновь устанавливаемого более мощного оборудования. Задача, решаемая изобретением, - упрощение процесса усиления фундамента под новое более мощное оборудование, исключение вибрации оборудования.
Поставленная задача решается тем, что в способе увеличения несущей способности существующего фундамента, включающем отрывку и разборку верхней изменяемой части существующего фундамента, установку и выверку жестких металлических блоков с анкерными болтами под новое оборудование, приварку выпусков от существующего фундамента к элементам каркаса жестких металлических блоков, заполнение полостей жестких металлических блоков монолитным бетоном, отрывку производят до основания фундамента, существующий фундамент заключают в металлическую обойму из уголков, закрепляя ее на нем анкерными шпильками, к уголкам металлической обоймы и жестким металлическим блокам приваривают пространственные арматурные каркасы, а полный вес фундамента с увеличенной несущей способностью определяют по соотношению
,
н
с
где Р, Р - вес насосного агрегата (насос и двигатель) нового и старого, кН;
,  - вес роторов двигателей нового и старого, кН;
н
с
α, α - коэффициент динамичности оборудования нового и старого;
,  - расстояние от подошвы фундамента до центра масс насосного агрегата нового и старого, м;
н
с
ω, ω - частота вращения двигателя;
к - коэффициент, учитывающий распределение нагрузки от двух насосов на один общий фундамент;
,  - вес нового и старого фундаментов, кН;
,  - расстояние до центра масс фундаментов нового и старого, м;
,  - расстояние от подошвы фундамента до уровня чистого пола, м.
На фиг.1 показан общий вид существующих и нового (реконструированного) фундамента с жесткими металлическими блоками.
На фиг.2 - сечение А-А на фиг.2 - поперечное сечение по фундаментам.
На фиг.3 - сечение Б-Б на фиг.2 - металлическая обойма из уголков, обрамляющая существующий фундамент.
На фиг.4 - схема заливки фундамента бетоном.
Осуществление способа усиления фундамента производится в следующей последовательности.
После демонтажа оборудования производят отрывку существующих фундаментов 1 (см. фиг.1 и 2) до основания и разборку изменяемого поверхностного слоя существующих фундаментов 1 до арматуры 2. Каждый из существующих фундаментов 1 заключают в металлическую обойму 3 из уголков от основания существующих фундаментов 1 до отметки оголенной арматуры 2 (см. фиг.2 и 3), закрепляя металлическую обойму по периметру существующего фундамента анкерными шпильками 4. На оголенную арматуру 2 устанавливают жесткие металлические блоки 5 с анкерными болтами 6 под новое оборудование. После выверки элементы каркаса жестких металлических блоков 5 приваривают к выпускам оголенной арматуры 2 и к металлической обойме 3. Вес нового фундамента, исключающего вибрацию более мощного нового оборудования, определяют в зависимости от веса оборудования нового и старого и роторов электродвигателей нового и старого, коэффициентов динамичности оборудования нового и старого, геометрических размеров оборудования нового и старого и фундаментов, существующих и нового, по соотношению
По полученному весу нового фундамента, габаритным размерам нового оборудования и существующих фундаментов определяют размеры нового фундамента при неизменной глубине существующих фундаментов. К уголкам металлической обоймы 3 и жестким металлическим блокам 5 приваривают пространственные арматурные каркасы 7. Гидропескоструят существующие фундаменты. Выставляют опалубку 8 вокруг армированных пространственными каркасами 7 существующих фундаментов 1 и жестких металлических блоков 5 (см. фиг.4). Зазоры между опалубкой 8, жесткими металлическими блоками 5 и существующими фундаментами 1, армированными пространственными каркасами 7, заполняют бетоном 10 на мелком заполнителе через лоток с вибратором 9.
Заключение существующих фундаментов в металлическую обойму из уголков позволяет повысить его жесткость и несущую способность.
Закрепление анкерными шпильками 4 металлических обойм 3 на существующих фундаментах 1 позволяет связать существующие фундаменты и металлические обоймы в одно целое, исключив операцию вскрытия существующих фундаментов по периметру до арматуры, которая является трудоемкой в стесненных условиях производства работ.
Установка, с последующей приваркой, жестких металлических блоков 5 на металлические обоймы 3 из уголков позволяет распределить нагрузку от оборудования на весь объем фундамента.
Использование выявленного соотношения позволяет в зависимости от веса оборудования и роторов электродвигателей, коэффициентов динамичности оборудования, геометрических размеров оборудования и фундаментов существующего и нового определить вес нового фундамента, исключающего вибрацию более мощного оборудования, а также его габариты при существующей глубине.
Приварка пространственных арматурных каркасов к уголкам металлической обоймы и жестким металлическим блокам по объему нового фундамента позволяет после заливки бетоном получить фундамент, способный воспринимать нагрузки от нового оборудования как монолитный железобетонный по всему объему.
Способ реализован при замене двух насосных агрегатов 10Д6, находящихся на двух рядом расположенных фундаментах, на более мощные 14Д6.
Характеристики насосных агрегатов
Характеристика насосных агрегатов
Обозначение
14Д6
10Д6
1. Полный вес насосного агрегата, кН
Р<sup>н</sup>, Р<sup>с</sup>
49,43
16,50
2. Вес насоса, кН
15,15
4,50
3. Вес ротора электродвигателя, кН
<img file="00000002.tif" he="7" wi="7" img-content="undefined" img-format="tif" />, <img file="00000003.tif" he="7" wi="7" img-content="undefined" img-format="tif" />
20,57
7,20
4. Расстояние от подошвы фундамента до центра масс насосного агрегата, м
<img file="00000004.tif" he="7" wi="5" img-content="undefined" img-format="tif" />, <img file="00000005.tif" he="7" wi="5" img-content="undefined" img-format="tif" />
0,635
0,465
5. Частота вращения электродвигателя, рад/с
ω<sup>н</sup>, ω<sup>с</sup>
152,26
152,26
6. Коэффициент пропорциональности (динамичности) оборудования
α<sup>н</sup>, α<sup>с</sup>
0,15
0,15
Характеристика фундаментов
Характеристика фундаментов
Обозначение
14Д6
10Д6
1. Заглубление фундамента от уровня чистого пола, м
1,350
1,350
2. Расстояние от подошвы фундамента до уровня чистого пола, м
<img file="00000010.tif" he="7" wi="5" img-content="undefined" img-format="tif" />, <img file="00000011.tif" he="7" wi="5" img-content="undefined" img-format="tif" />
0,400*
0,150
3. Расстояние от подошвы фундамента до центра масс фундаментов, м
<img file="00000008.tif" he="7" wi="7" img-content="undefined" img-format="tif" />, <img file="00000009.tif" he="7" wi="7" img-content="undefined" img-format="tif" />
0,875
0,750
4. Размеры фундамента в плане по ростверку (длина х ширина), мм
3000×1500*
2500×1200
* Определяются размерами жестких металлических блоков.
После демонтажа оборудования производят отрывку существующих фундаментов 1 (см. фиг.1 и 2) до основания и разборку изменяемого поверхностного слоя фундаментов до арматуры 2 с отметки плюс 0,150 м до плюс 0,050 м. Каждый из существующих фундаментов заключают в металлическую обойму 3 из уголков  от основания фундамента до отметки плюс 0,050 м оголенной арматуры 2 (см. фиг.2, 3), закрепляя каждую металлическую обойму 3 по периметру существующих фундаментов 1 анкерными шпильками 4 (анкер-гильза HLC 16×140/92 Hilti с контролируемым моментом затяжки) с шагом 700 мм. На оголенную арматуру 2 устанавливают жесткие металлические блоки 5 из двутавров и швеллеров №18 с анкерными болтами 6 под новое оборудование. После выверки элементы каркаса жестких металлических блоков 5 приваривают к выпускам оголенной арматуры 2 и к металлической обойме 3. По выявленной зависимости с учетом габаритов жестких металлических блоков 5 определяют границы и вес нового фундамента, объединяющего существующие фундаменты, исключающего вибрацию более мощного оборудования. К уголкам металлической обоймы 3 и жестким металлическим блокам 5 приваривают пространственные арматурные каркасы 7 из сеток арматурных по ГОСТ23279-85 (AIII, диаметром 12 мм). Гидропескоструят существующие фундаменты. Выставляют опалубку 8 вокруг, армированных пространственными каркасами 7, существующих фундаментов 1 и жестких металлических блоков 5 (см. фиг.4). Через лоток с вибратором 9 заполняют опалубку бетоном В22,5 на мелком заполнителе. Установку насосных агрегатов на новый фундамент производят после набора подливкой 70% прочности, в соответствии с паспортом на оборудование.
Фундамент, усиленный заявленным способом, воспринимает вес и динамическую нагрузку от двух более мощных насосных агрегатов, гасит вибрацию и равномерно распределяет нагрузку на грунт, работая как монолитный железобетонный по всему объему.
Применение предлагаемого способа усиления фундаментов под более мощное оборудование позволит исключить длительный и дорогостоящий демонтаж армированного фундамента, вывоз значительных объемов бетона, использование опасных газорезных работ (огневых) по удалению арматуры (разработка специальных мероприятий для проведения огневых работ), сэкономить денежные ресурсы и, тем самым, сократить сроки проведения реконструкции фундаментов и быстро запустить новое более мощное оборудование в работу.