СПОСОБ УСТРОЙСТВА СВАЙНОГО ФУНДАМЕНТА ПОД МАШИНЫ С ДИНАМИЧЕСКИМИ НАГРУЗКАМИ И ВИБРОЧУВСТВИТЕЛЬНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ
DEVICE FOR PILE FOUNDATION FOR MACHINES WITH DYNAMIC LOADS AND VIBRATION-SENSITIVE EQUIPMENT

Изобретение относится к строительству и может быть применено при возведении свайных фундаментов под машины с динамическими нагрузками или виброчувствительное оборудование на любых нескальных грунтах.
Известен свайный фундамент (а.с. СССР №1502716, МПК Е02D 27/20, 27/12, 1989 г. ), включающий низкий ростверк со сквозными отверстиями, через которые пропущены сваи и домкраты. В этом свайном фундаменте для обеспечения возможности регулирования жесткости системы «фундамент - основание» в процессе эксплуатации при использовании под машины с динамическими нагрузками и виброчувствительное оборудование каждый домкрат установлен на верхнем торце соответствующей сваи в отверстиях ростверка, причем корпус каждого домкрата жестко прикреплен к ростверку, а его шток - к верхнему торцу сваи.
Недостатками этого свайного фундамента являются относительная дороговизна оборудования и средств регулирования жесткости системы «фундамент - основание» и возможность сохранения зазоров между подошвой ростверка и грунтом основания.
3
Из известных технических решений наиболее близким к заявляемому изобретению является «Способ корректировки вертикального положения зданий на плитном фундаменте» (патент РФ №2352723, МПК Е02D 35/00, 2009 г. ) (прототип), характеризующийся тем, что в теле плиты устанавливают вертикально ориентированные инъекционные кондукторы с возвышением одного конца над верхним обрезом плиты или уровнем планировки грунта и заглублением другого конца в грунт под подошвой или бетонной подготовкой плиты, через которые производят инъецирование подвижного раствора под частью здания в направлении крена до возрастания падающего давления на 40-50% по отношению к рабочему давлению или до расхода подвижного раствора в объеме 2 м на одном инъекционном горизонте, при этом количество и высотное положение инъекционных горизонтов назначают по данным инженерно-геологических изысканий и уточняют по результатам измерения скорости погружения инъектора в грунт, а необходимость проведения инъекционных работ определяют по материалам геодезических наблюдений за зданием или сооружением в процессе строительства и первых лет эксплуатации. В качестве инъекционных кондукторов используют пластмассовые, металлические или асбестоцементные трубы промышленного производства с внутренним диаметром, достаточным для погружения через них инъекторов с минимальным зазором.
Недостатками способа - прототипа являются неравномерное инъецирование цементно-песчаного раствора под плитой, допуск такого высокого давления инъецирования раствора, которое способствует изменению положения фундамента по вертикали, а в целом не решается проблема снижения уровня колебаний свайного фундамента с ростверком.
Задачей заявляемого изобретения является снижение уровня колебаний свайного фундамента под машины с динамическими нагрузками и виброчувствительное оборудование, создаваемых динамическими нагрузками или за счет кинематического возбуждения, и как следствие, повышение срока службы машин и оборудования, а также уменьшения негативного воздействия на окружающие строительные конструкции.
Поставленная задача решается тем, что в «Способе устройства свайного фундамента под машины с динамическими нагрузками и виброчувствительное оборудование», включающем установку в теле ростверка вертикально ориентированных кондукторов с возвышением одного конца над верхним обрезом ростверка и заглублением другого конца в грунтовое основание под его подошвой или бетонной подготовкой, через которые производят инъецирование подвижного цементно-песчаного раствора, согласно изобретению окончание нагнетания подвижного цементно-песчаного раствора принимают по объему закаченного цементно-песчаного раствора для включения в работу грунтового массива под подошвой ростверка, причем необходимый объем цементно-песчаного раствора назначается в зависимости от площади подошвы ростверка.
Сущность заявляемого изобретения заключается в том, что окончание нагнетания подвижного цементно-песчаного раствора принимают по объему закаченного цементно-песчаного раствора для включения в работу грунтового массива под подошвой ростверка, причем необходимый объем цементно-песчаного раствора назначается в зависимости от площади подошвы ростверка.
Наличие нового признака, как принятие окончания нагнетания цементно-песчаного раствора по объему закаченного цементно-песчаного раствора для включения в работу грунтового массива под подошвой ростверка при необходимом объеме цементно-песчаного раствора, назначаемом в зависимости от площади подошвы ростверка, позволяет предложенному техническому решению приобрести новые свойства, заключающиеся в том, что ликвидируются зазоры между подошвой ростверка и грунтом основания, уплотняется грунтовое основание свайного фундамента. Это приводит к увеличению массы колеблющейся системы за счет вовлечения дополнительного объема грунта, приводящее к существенному снижению амплитуды колебаний свайных фундаментов. Указанные новые признаки и свойства отсутствуют в известных технических решениях и позволяют заявленному техническому решению проявить эффективность, заключающуюся в снижении колебаний до безопасного для эксплуатации свайного фундамента, машины или виброчувствительного оборудования уровня.
Вышеизложенное позволяет утверждать, что предложенное техническое решение соответствует критериям изобретения «новизна» и «изобретательский уровень».
На фиг. 1 показана схема свайного фундамента с примером расположения инъекционных кондукторов в теле ростверка в плане; на фиг. 2 показан продольный разрез, указанный на фиг. 1.
На фиг. 1 и 2 показаны: свайный фундамент, состоящий из свай - 1 и ростверка - 2; 3 - машина с динамическими нагрузками или виброчувствительное оборудование; 4 - грунтовое основание; 5 - инъекционные кондукторы; 6 - уровень верхнего обреза ростверка; 7 - уровень подошвы ростверка.
После погружения свай 1, в процессе возведения ростверка 2, включающего установку опалубки, укладку арматурных стержней и закладных деталей (не показаны), и его последующее бетонирование, в теле ростверка 2 устанавливают вертикально ориентированные инъекционные кондукторы 5, с возвышением одного конца над верхним обрезом ростверка 6 и заглублением другого в грунтовое основание 4 под подошвой ростверка 7 или бетонной подготовкой (не показана). Инъекционные кондукторы 5 крепятся при помощи сварки (для металлических кондукторов) или проволокой к арматуре ростверка 2 или к его опалубке (арматура и опалубка не показана). В качестве инъекционных кондукторов 5 целесообразно применять металлические, пластмассовые, или асбестоцементные трубы промышленного производства с внутренним диаметром, достаточным для погружения через них инъекторов с минимальным зазором. В процессе устройства свайного фундамента состоящего из свай 1 и ростверка 2 и эксплуатации машины или виброчувствительного оборудования 3, как правило, вся нагрузка передается на сваи 1, в результате чего грунт под подошвой свайного ростверка 2 остается неуплотненным. Как следствие, при колебаниях между подошвой ростверка 7 и грунтовым основанием 4 контактная поверхность нарушается и возможно возникновение зазоров. Для ликвидации зазоров и включения в работу грунтового массива производят нагнетание подвижного цементно-песчаного раствора под подошву ростверка 7 инъекторами, погружаемыми с его верхнего обреза 6 через инъекционные кондукторы 5, установленные в теле ростверка 2. Окончание процесса нагнетания принимают по объему закаченного цементно-песчаного раствора, при этом необходимый объем назначается в зависимости от площади подошвы ростверка 7.
2
2
3
3
Экспериментальная проверка эффективности предложенного способа устройства свайного фундамента была выполнена на моделях в лабораторных условиях и на опытном полигоне. В лаборатории в качестве фундамента использовался металлический ростверк с площадью подошвы 0,5 м, опирающийся на 4 сваи диаметром d=4,5 см, длиной l=0,9 м. Грунтом основания в лабораторном лотке служил песок мелкий воздушно сухой, предварительно просеянный и уложенный слоями. На полигоне исследования проводились на железобетонном ростверке с площадью подошвы 1,0 м на 4-х сваях диаметром d=8 см и длиной l=2,3 м. Грунтовое основание опытного полигона было представлено маловлажной твердой супесью. Колебания свайных фундаментов, как в лаборатории, так и на полигоне, возбуждались двухвальным вибратором направленного действия в диапазоне от 5 до 40 Гц (рабочая частота большинства машин и механизмов с динамическими нагрузками). На каждом свайном фундаменте выполнялось по три цикла регистрации параметров колебаний: первый цикл - после забивки свай и устройства ростверка; второй цикл - сразу после нагнетания под подошву ростверка подвижного цементно-песчаного раствора; третий цикл - через три недели после нагнетания раствора (после его затвердевания и образования инъекционного тела). В лабораторном лотке под подошву ростверка было инъецировано около 0,06-0,08 м цементно-песчаного раствора, на опытном полигоне около 0,15-0,20 м.
В результате проведенных исследований было установлено, что при инъецировании цементно-песчаного раствора под подошву ростверка практически были ликвидированы зазоры между подошвой ростверка и грунтом основания, уплотнен грунт основания свайного фундамента и увеличена масса колеблющейся системы за счет вовлечения дополнительного объема грунта. Это привело к существенному снижению амплитуды колебаний свайных фундаментов (от 1,8 до 2,6 раз). После затвердения инъецированного раствора (через 21 и более дней) было отмечено дальнейшее снижение амплитуды колебаний свайного фундамента (еще на 15-20%), за счет образования твердого грунтоцементного тела под подошвой ростверка, объединяющего сваи между собой.
Аналогичное снижение колебаний наблюдалось и у фундамента-приемника (под виброчувствительное оборудование) при его кинематическом возбуждении. Эти экспериментальные исследования проводились на опытном полигоне. Испытывался тот же самый фундамент с железобетонным ростверком на 4-х сваях. Колебания возбуждались упругими волнами, распространявшимися по грунту от источника - металлического штампа с установленным на нем вибратором. После нагнетания раствора амплитуда колебаний свайного фундамента снизилась в 1,2-2,0 раза, и еще на 15-20% после образования твердого грунтоцементного тела под подошвой ростверка, объединяющего сваи между собой.
Технико-экономическая эффективность предложенного технического решения, по сравнению со способом - прототипом, заключается в том, что достигается существенное снижение до безопасного уровня колебаний свайного фундамента под машины с динамическими нагрузками или виброчувствительное оборудование за счет наиболее оптимального режима нагнетания цементно-песчаного раствора под подошву ростверка.