СПОСОБ ПРЕДОТВРАЩЕНИЯ ПРОДАВЛИВАНИЯ ПЛИТНОГО ФУНДАМЕНТА ЗДАНИЯ ПОД КОЛОННОЙ ПРИ ДОПОЛНИТЕЛЬНОЙ НАГРУЗКЕ
METHOD OF PREVENTING TAPPING SLAB FOUNDATION BUILDING UNDER A COLUMN AT ADDITIONAL LOAD

Изобретение относится к строительству, в частности к предотвращению повреждения плитных фундаментов под колоннами при их дополнительном нагружении в процессе реконструкции существующих зданий.
Известен способ возведения плитного фундамента на слабых грунтам, включающий ограждение участка по периметру фундамента на расчетную глубину и разработку вертикальной щели, монтаже коммуникационных средств по предупреждению осадки фундамента в виде пневмооболочки, в которую подают сжатый воздух до создания заданного напряженно-деформированного состояния (НДС) грунта основания фундамента и регулирования его параметров, и последующую, по окончании процессов консолидации, фиксацию НДС грунта путем заполнения пневмооболочек твердеющим раствором /1/.
Недостатками известного способа являются его ограниченное применение, из-за возможности использования только на стадии строительства до окончания процессов консолидации грунта основания, а также ее трудоемкость осуществления.
Из известных технических решений наиболее близким к заявленному техническому решению (прототипом) является способ уплотнения грунта, включающий погружение в грунт инъектора, подачу раствора под давлением, измерение и регистрацию давления раствора, образование зоны уплотненного грунта и последующие погружения инъектора с образованием примыкающих зон уплотненного грунта. Уплотнение дисперсного грунта производят путем нагнетания уплотняющего и проникающего раствора, обеспечивающего разрушение структуры грунта в зонах его ослабления, с предварительным уплотнением грунта по контуру зоны уплотнения. При уплотнении водонасыщенного слабофильтрующего грунта скорость подачи раствора ограничивают скоростью оттока воды из зоны уплотненного грунта. При уплотнении лессового грунта производят предварительное замачивание грунта водой, подаваемой вод давлением, превышающим структурную прочность грунта. Уплотняющий и проникающий раствор содержит жесткий скелетный материал, например песок, препятствующий усадке при высыхании раствора. Состав уплотняющего и проникающего раствора подбирают так, чтобы обеспечить его пластичность в процессе уплотнения грунта в зависимости от коэффициента фильтрации [2].
Недостатками способа-прототипа являются высокая трудоемкость и длительность процесса упрочнения грунта, большой расход твердеющего раствора.
Задачей изобретения является расширение области применения и снижение трудоемкости предотвращения продавливания плитного фундамента ограниченной толщины под колонной при ее дополнительной нагрузке в процессе реконструкции существующих зданий.
Решение поставленной задачи достигается тем, что в способе предотвращения продавливания плитного фундамента здания под колонной при дополнительной нагрузке путем повышения жесткости грунта под подошвой плитного фундамента за счет внедрения в зону продавливания плитного фундамента инъекторов и подачи через них твердеющего раствора до состояния обжатия грунта, согласно изобретению, сначала путем расчета определяют границы зоны продавливания плитного фундамента в плане по его подошве при дополнительном нагружении колонны, перед дополнительным нагружением колонны в плите в зоне продавливания плиты фундамента равномерно вокруг колонны образуют 3-4 сквозных отверстия по центру между осью колонны и границей зоны продавливания плиты, через эти отверстия в грунт основания внедряют инъекторы до глубины не менее ширины зоны продавливания от дополнительной нагрузки на колонну, определяют значение предельно допустимого выгиба плитного фундамента под колонной, осуществляют подачу через инъекторы твердеющего раствора под давлением, превышающим давление разрыва грунта, создавая напряженно-деформированное состояние (НДС), способное воспринять дополнительную нагрузку на колонну с сохранением целостности плитного фундамента под колонной от строительного подъема основания в расчетной зоне, в период дополнительного нагружения колонны до расчетной величины осуществляют мониторинг деформаций выгиба и прогиба плитного фундамента под колонной в процессе инъекции твердеющего раствора и дополнительного нагружения колонны, при этом периодически повторяют циклы инъекции твердеющего раствора в грунт основания в расчетной зоне до достижения устойчивого состояния плитного фундамента в условиях повышения до максимального значения дополнительной нагрузки на колонну, а количество циклов инъекции определяют по результатам мониторинга. Причем, в плите фундамента в зоне продавливания вокруг колонны с круглым сечением образуют 3 сквозных отверстия на расстоянии друг от друга через 120° по окружности между осью колонны и границей зоны продавливания плиты фундамента При этом в плите фундамента в зоне продавливания вокруг колонны с прямоугольным сечением могут быть образованы 4 сквозных отверстия против центра каждой грани колонны.
Сущность изобретения заключается в том, что определяют в плане границы расчетной зоны продавливания плитного фундамента по его подошве при дополнительном нагружении колонны, перед дополнительным нагружением образуют в плане в плите сквозные отверстия в зоне продавливания в количестве от трех (для круглых колонн через 120° по окружности) до четырех (для прямоугольных колонн против центра каждой из сторон колонны) в точках, расположенных по центру между осью колонны и границей зоны продавливания плиты, через эти отверстия в грунт основания внедряют инъекторы до глубины не менее ширины зоны продавливания от дополнительной нагрузки на колонну, определяют значение предельно допустимого выгиба плитного фундамента под колонной, осуществляют подачу через инъекторы твердеющего раствора под давлением, превышающим давлением разрыва грунта, создавая напряженно-деформированное состояния (НДС), способное воспринимать дополнительную нагрузку на колонну с сохранением целостности плитного фундамента под колонной и не превышающим напряжение, способствующее превышению допустимого выгиба плитного фундамента под колонной от строительного подъема основания в расчетной зоне, в период дополнительного нагружения колонны до расчетной величины осуществляют контроль (мониторинг) деформаций выгиба и прогиба плитного фундамента под колонной, в процессе инъекции твердеющего раствора дополнительного нагружения колонны, при этом периодически повторяют циклы инъекции твердеющего раствора в грунт основания в расчетной зоне до достижения устойчивого состояния плитного фундамента в условиях повышенного до максимального значения дополнительной нагрузки на колонну, а количество циклов инъекции определяют по результатам мониторинга.
Первый отличительный признак предложенного технического решения, заключающийся в том, что в начале определяют в плане границы расчетной зоны продавливания плитного фундамента по его подошве при дополнительном нагружении колонны, позволяет предложенному техническому решению проявить новое свойство, заключающееся в том, что выявляются геометрические пределы возможного разрушения плиты под перегружаемой колонной, в пределах которой наиболее рационально производить технические преобразования в грунте основания.
Второй отличительный признак предложенного технического решения, заключающийся в том, что перед дополнительным нагружением образуют в плане в плите сквозные отверстия в зоне продавливания в количестве от трех (для круглых колонн через 120° по окружности) до четырех (для прямоугольных колонн против центра каждой из сторон колонны) в точках, расположенных по центру между осью колонны и границей зоны продавливания плиты, позволяет предложенному техническому решению проявить новые свойства, заключающиеся в том, что выбирается наиболее оптимальные возможности введения технических средств в контактную зону наиболее опасной части плитного фундамента дополнительно нагружаемой колонны и в выборе наиболее оптимальных и рациональных точек образования сквозных каналов в плите около колонн различного поперечного сечения.
Третий отличительный признак предложенного технического решения, заключающий в том, что через эти отверстия в плите в грунте основания внедряют инъекторы до глубины не менее ширины зоны продавливания от дополнительной нагрузки на колонну, позволяет предложенному техническому решению проявить новое свойство, заключающееся в том, что выбирается наиболее оптимальная глубина размещения инъекторов, через которые путем подачи твердеющего раствора с обжатием создается возможность повышения жесткости грунта под наиболее опасной зоной возможного разрушения (продавливания) плитного фундамента дополнительно нагружаемой колонны, выбранная глубина воздействия на грунт основания является наиболее оптимальной, т.к. именно до этой глубины распространяются наибольшие сжимающие напряжения от дополнительной нагрузки колонны.
Четвёртый отличительный признак предложенного технического решения, заключающийся в определении значения предельно допустимого выгиба плитного фундамента под колонной, позволяет предложенному техническому решению проявить новое свойство, заключающееся в том, что определяется предельный параметр деформации плиты от воздействия инъектируемого твердеющего раствора, что позволяет контролировать появление развития опасной части деформации выгиба плиты под колонной.
Пятый отличительный признак предложенного технического решения, заключающийся в подаче через инъекторы твердеющего раствора под давлением, превышающим давление разрыва грунта, создавая НДС, способное воспринимать дополнительную нагрузку на колонну с сохранением целостности плитного фундамента под колонной и не превышающим напряжение, способствующее превышению допустимого выгиба плитного фундамента под колонной от строительного подъема основания в расчетной зоне, позволяет предложенному техническому решению проявить новое свойство, заключающееся в том, что при подаче через инъекторы твердеющего раствора создается такое оптимальное давление, в пределах которого в основании плиты под фундаментом создается такое НДС, которое противодействует избыточному прогибу плитного фундамента под колонной, приводящему к его продавливанию, причем создается возможность проявления допустимого выгиба плиты под колонной, способствующему безопасно компенсировать возрастающие дополнительные нагрузки на колонну в процессе реконструкции сооружения.
Шестой отличительный признак предложенного технического решения, заключающийся в том, что в период дополнительного нагружения колонны до расчетный величины осуществляют контроль (мониторинг) деформаций выгиба и прогиба плитного фундамента под колонной в процессе инъекции твердеющего раствора и дополнительного нагружения колонны, позволяет предложенному техническому решению проявить новое свойство, заключающееся в том, что в процессе проведения указанного мониторинга создается возможность избежать аварийных ситуаций при воздействии на плитный фундамент усилий различного направления.
Седьмой отличительный признак предложенного технического решения, заключающийся в том, что периодически, в процессе дополнительного нагружения, повторяют циклы инъекции твердеющего раствора в грунт основания в расчетной зоне до достижения устойчивого состояния плитного фундамента в условиях повышения до максимального значения дополнительной нагрузки на колонну, а количество циклов инъекции определяют по результатам мониторинга, позволяет предложенному техническому решению проявить новое свойство, заключающееся в том, что достигается возможность контролировать и осуществлять порционное воздействие на систему «основание - фундамент» при длительном дополнительном нагружении колонны на плитном фундаменте ограниченной толщины в процессе реконструкции существующего сооружения.
Указанные отличительные признаки и свойства отсутствуют в известных технических решениях и позволяют предложенному техническому решению проявить эффективность, заключающуюся в расширении области применения и снижении трудоемкости предотвращения продавливания плитного фундамента ограниченной толщины под колонной при ее дополнительной нагрузке в процессе реконструкции существующих зданий.
Все вышеизложенное позволяет утверждать, что предложенное техническое решение соответствует критериям, предъявляемым к изобретениям «новизна» и «изобретательский уровень».
На фиг. 1 показана в плане колонна с круглым сечением на плитном фундаменте со сквозными отверстиями для инъекторов; фиг. 2 - разрез А-А фиг. 1;. фиг. 3 показана колонна с прямоугольным сечением на плитном фундаменте со сквозными отверстиями для инъекторов; фиг. 4 - разрез В-В фиг. 3; фиг. 5 - схема подачи цементно-песчаного раствора через инъекторы в грунтовое основание перед ее дополнительным нагружением для достижения выгиба плитного фундамента в пределах допустимой безопасной деформации за счет строительного подъема грунтового основания.
На представленных фигурах отмечены следующие элементы: 1 - колонна; 2 - плитный фундамент колонны; 3 - граница зоны возможного продавливания плитного фундамента колонны от воздействия дополнительной нагрузки на колонну; 4 - сквозные отверстия на плитном фундаменте для введения в грунт основания инъекторов; 5 - грунтовое основание; 6 - инъекторы; 7 - граница зоны повышения НДС и жесткости грунтового основания; 8 - контуры выгиба плитного фундамента под колонной по ее поверхности от воздействия давления грунта под воздействием инъектируемого раствора; 9 - контуры выгиба плитного фундамента под колонной по ее подошве под воздействием инъектируемого раствора; R - расстояние от оси колонны до границы зоны продавливания плитного фундамента от воздействия дополнительной нагрузки на колонну; а - ширина зоны продавливания плитного фундамента колонны; в - толщина плитного фундамента; с - глубина внедрения инъекторов в грунтовое основание плитного фундамента колонны.
Предлагаемый способ предотвращения продавливания плитного фундамента ограниченной толщины под колонной при ее дополнительной нагрузке осуществляют следующим образом.
Перед нагружением колонны дополнительной нагрузкой осуществляют расчет осадки грунтового основания плитного фундамента 2 от дополнительной нагрузки на колону и определяют границы расчетной зоны продавливания плитного фундамента по его подошве.
До начала дополнительного нагружения колонны в теле плитного фундамента 2 около колоны образуют сквозные отверстия (4). Оптимальное количество отверстий (4) для колонн различного поперечного сечения будет различным. Для колонн круглого поперечного сечения количество отверстий равно трем и они располагаются через 120 градусов по окружности вокруг круглой колонны (фиг. 1). Для колонн прямоугольного поперечного сечения количество отверстий 4 равно четырем и каждое отверстие располагается против центра каждой из сторон колонны (фиг. 3). Оптимальное расстояние между осью колонны и осью отверстий 4 в плане выбирается равным половине расстояния между осью колонны и границей зоны возможного продавливания 3 плитного фундамента, т.е. R/2 (см. фиг. 1, 3 и 4). До начала нагружения колонны 1 дополнительной нагрузкой через отверстие 4 в плите 2 в грунт основания 5 производят внедрение инъекторов 6 на глубине менее ширины зоны продавливания (а) плитного фундамента колонны 1, (см. фиг. 5). Производят инъекцию твердеющего раствора в грунт основания 5, в результате чего под подошвой плиты 2 образуется зона повышения НДС и жесткости грунтового основания с границами 7, под воздействием которой образуется строительный подъем с выгибом плитного фундамента 2 под колонной, контуры 8 и 9 которой показаны на фиг. 5, в пределах от 0,5-0,8 его предельного значения, заранее определенного расчетным путем и контролируемый изменением положения марок, установленных на колонне или верхней части плитного фундамента у стенок колонны, а также цокольной части наружных стен здания. После этого начинают нагружать колонну дополнительной нагрузкой. В процессе нагружения колонны 1 дополнительной нагрузкой грунт основания 5 начинает сжиматься, при этом контуры выгиба 8 и 9 плиты 2 под колонной начинают выравниваться и при начале перехода плитного фундамента 2 в состояние прогиба от осадки грунта под воздействием повышающегося значения дополнительной нагрузки, начинают следующий цикл нагнетания в грунтовое основание твердеющего раствора до достижения плитным фундаментом 2 колонны состояния выгиба. Количество циклов инъекции твердеющего раствора определяют по результатам мониторинга. При максимальном значении дополнительной нагрузки на колонну контролируют стабилизацию устойчивого состояния плитного фундамента, которое может находиться в пределах от состояния допустимого выгиба до состояния допустимого прогиба. После достижения устойчивого состояния плитного фундамента под колонной с дополнительной нагрузкой инъекция прекращается.
Вышеуказанные работы выполняются одновременно по всем колоннам реконструируемого здания, опертым на плитный фундамент.
Технико-экономическая эффективность предлагаемого способа, по сравнению с известным прототипом, заключается в том, что достигается наиболее простым образом и при минимальных материалах и времени достигается устойчивое состояние плитного фундамента ограниченной толщины под колоннами существующего здания при их дополнительном нагружении в процессе реконструкции.
Источники информации:
1. Патент РФ №2291252, МПК Е02Д 35/00, 10.01.2007.
2. Патент РФ №2119009, МПК Е02Д 3/12, 20.09.1998.