Сейсмостойкий свайный фундамент
SEISMIC-RESISTANT PILE FOUNDATION

Изобретение относится к области строительства и может быть использовано при возведении сейсмостойких свайных фундаментов зданий и сооружений в сейсмических районах с интенсивностью землетрясений 7-9 баллов в любых грунтовых условиях.
Известна конструкция свайного фундамента, состоящая из свай с железобетонными оголовками, промежуточной подушки из сыпучих материалов (щебня, гравия, песка крупного и средней крупности)  толщиной 40...60 см, расположенной выше железобетонных оголовков, железобетонного фундаментного блока, расположенного на промежуточной подушке (Руководство по проектированию свайных фундаментов / НИИОСП им. Н.М. Герсеванова Госстроя СССР. - М.: Стройиздат, 1980. С.92; Рекомендации по проектированию свайных фундаментов с промежуточной подушкой для зданий и сооружений, возводимых в сейсмических районах. Издательство ЦК КП Молдавии, Кишинев, 1974). Недостатком данной конструкции является невозможность применения при определенных грунтовых условиях (СП 24.13330.2011. Свайные фундаменты. Актуализированная редакция СНиП 2.02.03-85 / Минрегион России. - М.: Минрегион России, 2011. С.62). При сейсмических воздействиях возможны сдвиг или опрокидывание здания.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемой конструкции фундамента является выбранный в качестве прототипа свайный фундамент, состоящий из группы свай, железобетонного ростверка, жестко соединенного с головами свай снизу и сверху с конструкциями здания во всех местах сопряжения (Руководство по проектированию свайных фундаментов / НИИОСП им. Н.М. Герсеванова Госстроя СССР. - М.: Стройиздат, 1980. С.56). Ограничения по грунтовым условиям у данной конструкции отсутствуют. Такая конструкция фундамента имеет следующий недостаток.  При сейсмических колебаниях здания на свайный фундамент передаются знакопеременные вертикальные нагрузки, которые могут превосходить несущую способность сваи на выдергивающую нагрузку, что значительно снижает сейсмостойкость здания в целом.
Технический результат изобретения заключается в повышении сейсмостойкости здания за счет  исключения передачи на сваи выдергивающих усилий, исключения возможности сдвига и опрокидывания здания при сейсмическом воздействии.
Технический результат  обеспечивается за счет того, что сейсмостойкий свайный фундамент, включающий группу свай, железобетонный ростверк, жестко соединенный со сваями, дополнительно снабжен железобетонным фундаментным блоком, жестко соединенным с железобетонным ростверком с помощью арматурных выпусков, выполненных в центральной части ростверка, и с конструкциями здания во всех местах сопряжения, при этом за пределами жесткого соединения между железобетонным ростверком и железобетонным фундаментным блоком установлен водостойкий материал.
При свободном опирании железобетонного фундаментного блока на железобетонный ростверк  возникает  реакция опоры на сжатие, при действии нагрузки противоположного направления реакция опоры на растяжение не возникает, так как на этом участке нет  связей, воспринимающих растяжение между железобетонным ростверком и железобетонным фундаментным блоком. В центральной части фундамента, как правило, действуют только сжимающие усилия. В отдельных случаях согласно расчету, при наличии выдергивающих сил в сваях центральной части фундамента, необходимо предусмотреть соответствующие объемно-планировочные или конструктивные мероприятия для смещения растягивающей силы за пределы центральной части фундамента в места свободного опирания железобетонного фундаментного блока. Таким образом, на железобетонный ростверк со сваями при сейсмическом воздействии передаются только сжимающие нагрузки, поэтому выдергивающие усилия в сваях не возникают. Жесткое сопряжение железобетонного фундаментного блока с железобетонным ростверком в центральной части через арматурные выпуски не позволит зданию сдвинуться или опрокинутся при землетрясении, так как все действующие усилия будут восприниматься арматурными выпусками и железобетонным ростверком при их конструировании в соответствии с расчетом.
На фиг. 1 изображен железобетонный ростверк со сваями; на фиг. 2 изображена схема укладки водостойкого материала на железобетонный ростверк; на фиг. 3 изображен железобетонный ростверк с железобетонным фундаментным блоком; на фиг. 4 изображено сечение 1-1; на фиг. 5 изображено сечение 2-2.
Сейсмостойкий свайный фундамент (фиг.1-5) состоит из свай 1,  головы которых жестко сопряжены с железобетонным ростверком 2. На железобетонном ростверке 2 расположен железобетонный фундаментный блок 3, который может иметь любую конфигурацию – ленточный, столбчатый (с обвязочными балками) и т.п. В центральной части железобетонный фундаментный блок 3 жестко связан с железобетонным ростверком 2 через арматурные выпуски 4. За пределами центральной части железобетонный фундаментный блок 3 свободно (без арматурных выпусков 4) опирается на железобетонный ростверк 2, где между ними установлен водостойкий материал 5 (рубероид, полиэтилен и пр.). Конструкции здания жестко соединяются с железобетонным фундаментным блоком 3 во всех местах сопряжения.
При сейсмическом воздействии интенсивностью 7-9 баллов под подошвой железобетонного фундаментного блока 3 действуют знакопеременные вертикальные усилия, направленные вниз и вверх, вызывающие соответственно сжатие  и отрыв подошвы  железобетонного фундаментного блока 3. Усилия, направленные вниз, передаются на железобетонный ростверк 2 со сваями 1, а усилия, направленные вверх, не передаются, так как они действуют в местах свободного опирания железобетонного фундаментного блока 3 и для их передачи отсутствуют связи, воспринимающие растяжение. Расчеты пространственных моделей зданий показывают, что центральная часть фундамента является полностью сжатой даже при сейсмическом воздействии в 9 баллов, что позволяет разместить в этом месте связи, передающие растяжение – арматурные выпуски 4. В отдельных случаях при наличии по расчету растягивающих сил в центральной части фундамента необходимо предусмотреть соответствующие объемно-планировочные или конструктивные мероприятия (увеличение ширины, длинны здания; устройство контрфорсов) для смещения растягивающих сил в места свободного опирания железобетонного фундаментного блока 3. В центральной части железобетонный ростверк 2 жестко связан с железобетонным фундаментным блоком 3 через арматурные выпуски 4,  что обеспечивает полную устойчивость здания на сдвиг и опрокидывание от действия сейсмических нагрузок, при   конструировании в соответствии с расчетом и действующими нормами. За счет  жесткого сопряжения в центральной части железобетонного фундаментного блока 3 с железобетонным  ростверком 2 величины деформаций во всех местах опирания будут не значительными. В местах свободного опирания железобетонного фундаментного блока 3 на железобетонный ростверк 2 устанавливается водостойкий материал 5 (рубероид, полиэтилен и пр.) для предотвращения возможного отслоения защитных слоев бетона при сейсмическом воздействии вследствие изменения направления действия усилий.