Фундамент
FOUNDATION

Изобретение относится к строительству и может найти применение при возведении фундаментов в промышленном и гражданском строительстве в сейсмических районах.
Известен фундамент, состоящий из железобетонной оболочки, заполненной песком с опертым на него фундаментным башмаком (см. Исследование оснований, фундаментов и гидротехнических сооружений. Том 216. Труды НИИ, Новочеркасск, 1970, с. 158).
Недостатками этого фундамента являются относительная дороговизна и сложность изготовления оболочки, а также недостаточная надежность фундамента при сейсмических воздействиях и при работе на устойчивость.
Из известных технических решений наиболее близким к заявляемому техническому решению (т.е. прототипом) является фундамент, включающий заполненную сыпучим материалом оболочку и установленный на сыпучем материале башмак, контур которого повторяет контур оболочки. Фундамент снабжен короткой сваей, вертикально размещенной в сыпучем материале, причем нижняя поверхность опорного башмака выполнена выпуклой и криволинейной с центральным углублением, в которое свободно заведен верхний конец короткой сваи. Поперечные размеры опорного башмака в плане составляют 0,63-0,85 внутреннего диаметра оболочки, а высота криволинейной части опорного башмака составляет 0,1-0,25 диаметра башмака (см. авторское свидетельство СССР на изобретение №939649, МПК Ε02D 27/34, 1982 г.).
Основными недостатками фундамента - прототипа являются относительные дороговизна и сложность изготовления, а также ограниченные возможности сейсмоустойчивости и устойчивости при действии внецентренной нагрузки.
Техническим результатом является удешевление, упрощение изготовления фундамента и повышение его устойчивости по отношению к сейсмическим и внецентренным нагрузкам.
Технический результат достигается тем, что в фундаменте, включающем заполненную сыпучим материалом круглую оболочку и установленный на сыпучем материале башмак, контур которого повторяет контур оболочки, короткую сваю, вертикально размещенную в сыпучем материале, имеющую острый конец, причем нижняя поверхность опорного башмака имеет криволинейную выпуклость с центральным углублением, в который свободно заведен верхний конец короткой сваи, поперечные размеры опорного башмака в плане составляют 0,63-0,85 диаметра оболочки, а высота криволинейной части башмака составляет 0,1-0,25 диаметра башмака, оболочка выполнена из резиноармированного материала в виде подковообразного тела вращения, криволинейная выпуклость башмака выполнена в центральной его части в виде выступа с диаметром, равным диаметру отверстия оболочки, и высотой не менее высоты стенки отверстия оболочки, а крайний круглый плоский фланец башмака опирается на верхнюю горизонтальную стенку оболочки, свая и центральное углубление башмака в плане выполнены в виде равностороннего треугольника, причем сама оболочка выполнена из металлокордной утилизированной покрышки большегрузного автомобиля.
Новизна заявляемого технического решения обусловлена следующими признаками:
- первый новый признак, заключающийся в том, что оболочка выполнена из резиноармированного материала в виде подковообразного тела вращения, позволяет предложенному техническому решению проявить новые свойства, заключающиеся в том, что в качестве материала оболочки фундамента вместо железобетона используется резиноармированный материал, который значительно лучше воспринимает и гасит сейсмические и динамические нагрузки, а подковообразное тело вращения вокруг внутренней оси, позволяет оболочке вместо цилиндра придать приблизительно торообразную геометрическую форму, которая всесторонне охватывает сыпучий материал;
- второй новый признак, заключающийся в том, что криволинейная выпуклость башмака выполнена в центральной его части в виде выступа с диаметром, равным диаметру отверстия оболочки, и высотой не менее высоты стенки отверстия оболочки, позволяет предложенному техническому решению приобрести новое свойство, заключающееся в том, что пользуясь геометрическими и механическими особенностями нового вида оболочки, удается четко зафиксировать подошву башмака с сохранением центровки и упруго предотвращать смещение подошвы башмака относительно оболочки фундамента;
- третий новый признак, заключающийся в том, что крайний круглый плоский фланец башмака опирается на верхнюю горизонтальную стенку оболочки, позволяет предложенному техническому решению приобрести новое свойство, заключающееся в том, что центрально зафиксированный башмак фундамента своим крайним плоским контуром опирается на сыпучий заполнитель оболочки через резиноармированный слой верхней горизонтальной стенки оболочки, которая способствует повышению демпфируемости фундамента при динамических и сейсмических нагрузках;
- четвертый новый признак, заключающийся в том, что свая и центральное углубление башмака в плане выполнены в виде равностороннего треугольника, позволяет предложенному техническому решению приобрести новые свойства, заключающиеся в том, что выполнение сваи в плане (в поперечном сечении) в виде равностороннего треугольника позволяет ей получить максимальный периметр, а исходя из этого максимальную удельную поверхность трения с сыпучим материалом (среди равномерных геометрических фигур при одинаковой площади равносторонний треугольник имеет наибольший периметр), при этом углубление башмака в виде равностороннего треугольника позволяет треугольной свае компактно в ней расположиться и зафиксироваться;
- пятый новый признак, заключающийся в том, что сама оболочка фундамента выполнена из металлокордной утилизированной покрышки большегрузного автомобиля, позволяет предложенному техническому решению приобрести новые свойства, заключающиеся в том, что именно благодаря специфическим геометрическим и механическим характеристикам утилизированных металлокордных покрышек от больших автомобилей получается оболочка не только с вертикальными цилиндрическими стенками, но и торцевыми горизонтальными стенками с центральными отверстиями. Сыпучий материал внутри оболочки обжимается внешней нагрузкой передаваемой башмаком и передает рассеянную нагрузку на эластичные прочные стенки оболочки. За счет использования утилизированных металлокордных покрышек достигается дополнительная вибро-, сейсмо- и гидроизоляция фундамента. Все это достигается без специального оборудования для производства оболочки фундамента.
Вышеизложенные новые признаки и свойства отсутствуют в известных технических решениях и позволяют предложенному техническому решению проявить эффективность, заключающуюся в удешевлении, упрощении изготовления фундамента и повышении его устойчивости по отношению к сейсмическим и внецентренным нагрузкам.
Все это позволяет утверждать, что предложенное техническое решение соответствует критериям изобретения «новизна» и «изобретательский уровень».
Сущность изобретения поясняется чертежом, где на фиг. 1 изображен предлагаемый фундамент, разрез; на фиг. 2 изображен предлагаемый фундамент, вид сверху.
Фундамент содержит круглую оболочку 1 в виде утилизированной металлокордной покрышки большегрузного автомобиля. Внутри оболочка заполнена сыпучим материалом 2, на который опирается фундаментный башмак 3. Центральная часть подошвы башмака выполнена криволинейно выпуклой 4 в виде выступа 5. В центре подошвы башмака расположено углубление 6 с контурами в виде равностороннего треугольника, в которое заходит верхняя часть короткой сваи 7, выполненная в поперечном сечении в виде равностороннего треугольника. Острие 8 сваи 7 имеет форму треугольной пирамиды с одинаковыми гранями, равными поперечному сечению сваи. По краям опорная часть подошвы башмака 3 выполнена в виде круглого плоского фланца 9, опирающегося на часть верхней горизонтальной стенки 10 оболочки 1. На башмаке 3 сверху расположен подколонник 11.
CD
В качестве оболочки 1 фундамента используется металлокордная утилизированная покрышка от большегрузного автомобиля, например, от БелАЗ с внешним диаметром 3,7 м с шириной профиля (протектора) 1,45 м и диаметром отверстия покрышки 1,2 м. В оболочку 1 через отверстие верхней стенки 10 засыпается сыпучий материал 2, по шаблону формируется приямок, отображающий форму криволинейной выпуклой части 4 с выступом 5 башмака 3. Шаблон снимают и на его место устанавливается сборный фундаментный башмак 3 с подколонником 11 и треугольным углублением 6 в подошве для сваи 7. Центральная часть башмака 4 имеет форму криволинейного выпуклого сегмента с выступом, который характеризуется высотой перпендикуляра CD, восстановленного из середины горизонтали АВ. Длина горизонтали АВ равняется диаметру подошвы башмака 3. Рекомендуемая оптимальная высота перпендикуляра H = 0,1-0,25 АВ. Поперечные размеры треугольной, в поперечном сечении, железобетонной сваи 7 принимаются по расчету на действие поперечной силы или изгибающих моментов при расчете на устойчивость.
В зависимости от вида сыпучего материала 2 засыпки принимается длина сваи 7 (если используется песок, то длина сваи большая, а если используется тощий грунтоцемент, то длина сваи меньшая). Между стенками углубления 6 и стенками сваи 7 допускается зазор до 10 мм.
Короткая железобетонная свая 7 с наибольшей удельной поверхностью резко улучшает работу всего фундамента на действие горизонтальных нагрузок, в том числе и сейсмических, делает фундамент устойчивым против опрокидывания, а также улучшает совместную работу материала засыпки 2 и резиноармированной оболочки 1.
Б
Б
B.O.
B.O.
Диаметр круглого башмака 3 фундамента d определяется по формуле d = kd, где d - внутренний диаметр оболочки, равный разности между диаметром утилизированной покрышки и удвоенной толщины профиля (протектора) покрышки; k - коэффициент, полученный экспериментальным путем и равный 0,63-0,85.
Высота выступа 5 криволинейной выпуклости 4 не менее высоты стенки отверстия оболочки (т.е. верхней горизонтальной стенки 10 оболочки).
Работа данной конструкции фундамента заключается в следующем.
Нагрузка через подколонник 11 и фундаментный башмак 3 передается на сыпучий материал 2 засыпки. Материал засыпки, уплотняясь, посредством силы трения и силы бокового давления вовлекает в осадку и оболочку 1. В результате давление на грунт основания под резиноармированной оболочкой 1 не превышает расчетного. Наличие выступа 5 в башмаке 3 с диаметром равным диаметру отверстия оболочки 4 высотой не менее высоты верхней горизонтальной стенки 10 оболочки четко фиксируют подошву башмака с сохранением центровки. Это позволяет упруго предотвращать смещение башмака относительно оболочки при повышенных горизонтальных, вибрационных и сейсмических нагрузках. Для устранения возможности опрокидывания фундамента предусмотрена короткая свая 7. Поперечное сечение сваи имеет форму равностороннего треугольника, у которого самый длинный периметр среди равномерных плоских фигур, а в связи с этим максимальная боковая поверхность контакта сваи с материалом засыпки. Это повышает сопротивление сваи к опрокидыванию, а также повышает устойчивость фундамента по отношению к сейсмическим и динамическим нагрузкам. Опирание круглого плоского фланца 9 башмака на сыпучий материал 2 засыпки через резиноармированную верхнюю горизонтальную стенку 10 оболочки также способствует повышению сейсмо- и виброустойчивости фундамента. Также повышает сейсмо- и виброустойчивость фундамента частичный контакт засыпки с грунтом основания через нижнюю горизонтальную стенку оболочки.
Предлагаемый фундамент предназначен для применения при строительстве каркасных одно- и многоэтажных зданий и сооружений с центральным и внецентренным приложением нагрузки во всех грунтовых условиях, как без предварительного улучшения, так и с производством комплекса работ по их улучшению.
Технико-экономическая эффективность предлагаемого фундамента, по сравнению с фундаментом - прототипом заключается в том, что полностью исключается расход железобетона на изготовление оболочки фундамента. Для изготовления оболочки фундамента используется утилизированная металлокордная покрышка от большегрузного автомобиля. Использование утилизированных металлокордных покрышек в совокупности с новыми формами башмака фундамента и короткой сваи значительно повышают сейсмо- и виброустойчивость фундамента, а также повышается устойчивость фундамента к внецентренным нагрузкам.