КОНСТРУКЦИЯ И СПОСОБ ВОЗВЕДЕНИЯ НЕЗАГЛУБЛЯЕМОГО ФУНДАМЕНТА
DESIGN AND METHOD FOR ERECTION OF NON-PENETRATABLE FOUNDATION

Изобретение относится к строительству, а точнее к конструкциям и способам возведения фундаментов. И по своей сущности, и по назначению конструкция близка к фундаментам мелкого заложения на естественном основании, но предлагаемая конструкция фундамента возводится на поверхности естественного основания без устройства котлована. В связи с изложенным, классифицировать предлагаемый фундамент представляется возможным как незаглубляемый фундамент.
Известна конструкция незаглубляемого фундамента с «обратными» сводами или арками (В.Г. Залесский «Архитектура. Краткий курс построения частей здания», издание второе, типография т-ва Кумнерев и Ко, М-1911, стр.39, черт.29 и стр.40, черт.31).
Такая конструкция фундамента способствует равномерной передаче давления на всю площадь основания, поскольку давление от нагрузки распределяется на большую площадь. Однако, как указывает автор, фундаменты данной конструкции могут только применяться на прочных несжимаемых грунтовых основаниях. Помимо этого рассматриваемая конструкция требует при возведении больших трудозатрат и тщательнейшего выполнения кладочных работ.
Известны также малозаглубленные фундаменты (В.С. Глухов. «Прогрессивные конструкции фундаментов и исследование их взаимодействия с основанием», издание редакции журнала «Земство», Пенза, 1996, стр.17, рис.17).
Малозаглубленный фундамент на естественном основании представляет собой раму, уложенную на подушку из непучинистого материала. Наличие такой подушки уменьшает силы морозного пучения. Для устройства подушки может быть использован песок, мелкий щебень или какие-либо другие материалы с аналогичными свойствами.
Применение малозаглубленных фундаментов позволяет значительно уменьшить трудозатраты на их возведение и снизить материалоемкость. Вместе с тем фундаменты такой конструкции не могут быть применены для возведения многоэтажных зданий и крупногабаритных сооружений и, кроме того, на некоторых грунтовых основаниях не могут быть применены из-за возможных неравномерных деформаций оснований.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предполагаемому изобретению является разработка новой системы возведения незаглубляемых фундаментов (Патент на изобретение №2420628, опубликовано 10.06.2011, Бюл. №16. Способ возведения фундамента. Авторы: Городнова Е.В., Сахаров И.И., Улицкий В.М.).
Способ возведения фундамента включает установку фундамента на грунтовое основание; через фундамент пропускают напряженные элементы, снабженные грунтовыми анкерами, нижний конец которых закрепляют в грунтовом основании. При этом грунтовое основание между фундаментом и лежащим ниже слоем грунтового основания превентивно опрессовывают за счет натяжения напрягаемых элементов, а усилие в напрягаемых элементах фиксируют.
Технический результат состоит в повышении сейсмической устойчивости, снижении трудозатрат и материалоемкости, уменьшении неравномерности осадков системы «фундамент - грунтовое основание» в процессе возведения и эксплуатации здания или сооружения.
Следует также отметить, что превентивное опрессовывание грунтового основания под фундаментом с усилением, равным весу возводимого здания, снижает осадки фундамента после возведения здания.
Вместе с тем рассматриваемая система «Фундамент - грунтовое основание» имеет ряд нерешенных проблем, а именно существует возможность выдавливания грунта из-под подошвы фундамента под действием давления; не решена проблема негативных последствий криогенных процессов в сезоннопромерзающих грунтах; относительно велика трудоемкость при возведении фундамента, а также материалоемкость.
Таким образом, в настоящее время нет удовлетворительного технического решения конструкции и способов сооружения незаглубляемых фундаментов, несмотря на то, что в некоторых условиях возведение зданий и сооружений на рассматриваемых фундаментах может иметь значительный технико-экономический эффект.
Следовательно, при создании новой конструкции фундамента и способа его возведения следует определить основные цели и задачи, которые необходимо решать при разработке конструкции, а также при разработке технологии их возведения.
Прежде всего:
- снижение величины удельного давления фундамента на грунтовое основание;
- снижение негативных последствий криогенных процессов на сезоннопромерзающих грунтах, пучинистых грунтах;
- уплотнение грунтового основания под подошвой фундамента. Поставленные цели решаются следующим образом:
- удаляются с поверхности грунтового основания органические включения;
- поверхность грунтового основания выравнивается;
- на всю площадь подошвы фундамента укладывается гибкое покрытие (геотепсталь, углепласт, тонколистовая сталь и т.п.);
- на уложенное покрытие укладывается фундаментная рама;
- покрытие крепится по всему контуру фундаментной рамы;
- проектное положение фундаментной рамы фиксируется грунтовыми анкерами, закрепленными по контуру фундаментной рамы;
- В пространство между нижней поверхностью покрытия и поверхностью грунтового основания под определенным давлением нагнетается бетонная смесь (бетон на цементном вяжущем, газобетон, полимербетон и т.п.);
- при необходимости покрытие выполняется в два слоя и бетон нагнетается в пространство между верхним слоем покрытия и нижним слоем покрытия, прилегающим к поверхности грунтового основания рамы;
- по всему контуру фундаментной рамы устраивается отбортовка для предотвращения выдавливания нагнетаемой под давлением бетонной смеси;
- также отбортовка заглубляется в грунтовое основание для предотвращения выдавливания грунтовых масс из-под подошвы фундамента (так называемый выпор) и для предотвращения поперечного расширения (Пуассона-М) грунтового основания под воздействием сжатия от давления нагнетаемого бетона и от веса возводимого здания.
Предлагаемая конструкция и способ возведения незаглубляемого фундамента поясняются схемой, где на Фиг.1 и 2 показаны основные элементы конструкции и пояснения о последовательности технологических операций по возведению конструкции.
Грунтовое основание 1 предварительно подготавливается, удаляются органические включения, поверхность плагируется и т.д.; на поверхность основания укладывается гибкое покрытие 2 с достаточно высокой прочностью на растяжение и соразмерное по площади и конфигурации фундаментной раме 3, которая укладывается на покрытие 2; покрытие 2 крепится по всему контуру рамы 3; проектное положение рамы 3 фиксируется грунтовыми анкерами 4; по контуру рамы 3 устраивается отбортовка 5, сориентированная вниз и заделанная на достаточную глубину в грунтовое основание 1; в пространство, ограниченное поверхностью грунтового основания 1, покрытием 2 и отбортовкой 5 под необходимым давлением нагнетается бетонная масса 6.
Таким образом, предложенная конструкция фундамента и способ ее возведения имеют ряд преимуществ перед ранее известными:
Давление от возводимого здания распределяется равномерно по всей площади опирания.
При этом деформации грунтового основания могут быть надежно локализованы за счет использования отбортовки, установленной по контуру фундаментной рамы и заглубленной на оптимальную глубину, что может быть определено расчетами при проектировании;
Выпор грунтовой массы из-под подошвы фундамента или поперечное расширение грунтового основания под воздействием вертикальной нагрузки надежно блокируется как при возведении фундамента, так и при эксплуатации возведенного здания;
Грунтовое основание под фундаментом превентивно опрессовывается за счет создания необходимого давления при нагнетании бетонной смеси в пространство между покрытием, уложенным под подошвой фундаментной рамы, поверхностью грунтового основания и отбортовкой, которая закреплена по контуру фундаментной рамы, при этом происходит локальная консолидация грунтового основания и повышается его несущая способность, а также значительно уменьшается его деформативность как в упругой стадии, так и в пластической стадии при длительном нагружении фундамента в процессе эксплуатации здания;
Морозное пучение грунтового основания на сезоннопромерзающих грунтах может быть предотвращено за счет применения бетона с высокими теплоизоляционными характеристиками, помимо этого в условиях вечной мерзлоты использование теплоизоляционного бетона предотвратит деформации грунтового основания;
Технологичность новой конструкции фундамента обуславливается высокой степенью механизации и, в первую очередь, отсутствием работы по устройству котлованов и укреплению стен или свайных оснований, что не только весьма трудоемко, но и представляет собой определенную степень риска при возведении фундамента в условиях существующей плотной застройки.
Следует отметить, что при разработке фундамента и способа его возведения учитывались свойства применяемых в геотехнике современных материалов, а также современных технологий, например, в качестве покрытия геотекстиль, углепластики, тонколистовая нержавеющая сталь.
Бетонные и железобетонные конструкции могут быть выполнены как из высокопрочных, так и из теплоизоляционных бетонов при этом при укладке и уплотнении бетона в настоящее время широко используются супер- и гиперпластификатор, который не только повышает удобоукладываемость бетона, но и значительно улучшает его теплофизические свойства.
Таким образом, поставленные цели и задачи при разработке новой конструкции и способа возведения незаглубляемого фундамента выполнены и в настоящее время существуют и применяются в геотехнике.
Современные материалы и технологии, которые могли бы быть использованы при возведении фундаментов такого типа.
Незаглубляемые фундаменты возможно применять в условиях слабых грунтов и существующей плотной застройки, так как нагрузка от фундамента и возводимого здания надежно локализуется, а грунтовое основание под фундаментом консолидируется в допустимых пределах.
При возведении фундамента на сезоннопромерзающих грунтовых основаниях теплоизоляционный бетон, уложенный под подошву фундамента, надежно может предотвратить морозное пучение. В связи с этим применение фундаментов предложенной конструкции также возможно в условиях вечной мерзлоты. Кроме того, в условиях существующей плотной застройки на слабом грунтовом основании откопка котлованов затруднительна, а в некоторых ситуациях даже опасна.
Применение незаглубленных фундаментов предложенной конструкции возможно в сейсмических районах, так как фундамент надежно соединен как наземными конструкциями, так и грунтовым основанием, а грунтовое основание превентивно опрессовано с достаточным усилием.
Применение фундаментов рассматриваемой конструкции может быть особенно эффективным в атомной энергетике, химической промышленности, а также успешно может применяться для возведения резервуаров для горюче-смазочных материалов, поскольку предусмотрена надежная защита грунтовых оснований от каких-либо загрязнений.