СПОСОБ ВОЗВЕДЕНИЯ ПЛИТНО-СВАЙНОГО ФУНДАМЕНТА
METHOD FOR PLATE-PILE FOUNDATION CONSTRUCTION

Изобретение относится к строительству, а именно к возведению плитно-свайных фундаментов для зданий и сооружений на сжимаемых грунтах.
Известен способ возведения свайно-плитного фундамента [RU 2390609 С1 E02D 27/12, опубл. 27.05.2010 г.], включающий разработку котлована для армированной плиты с отверстиями по контуру, устройство строительных элементов вертикального армирования через отверстия с объединением арматуры плиты и строительных элементов с последующей заделкой отверстий бетоном, которая выполняется после осадки плиты.
Недостатком данного способа являются технологические трудности, связанные с арматурными работами и устройством буронабивных или буроинъекционных свай с поверхности плиты, а также высокая материалоемкость и невозможность выполнения сплошной гидроизоляции.
Известен способ возведения плитно-свайного фундамента [RU 2305154 С1 E02D 27/12, опубл. 27.08.2007 г.], включающий устройство свай, изготовление на поверхности грунта плиты ростверка с зазорами вокруг каждой сваи, объединение свай с плитой ростверка путем замоноличивания зазоров вокруг каждой сваи и изготовления объединяющей железобетонной стяжки, которые производят после осадки грунта под плитой.
Недостатком данного способа являются технологические трудности, связанные с необходимостью погружения свай с поверхности плиты через отверстия, а также высокая материалоемкость и невозможность выполнения сплошной гидроизоляции.
Известен способ возведения плитно-свайного фундамента [RU 2328576 С1 E02D 27/12, опубл. 10.07.2008 г.], включающий уплотнение околосвайного грунта, погружение вертикальных свай в грунт через отверстия в нижней плите-ростверке и устройство верхней плиты-ростверка фундамента, выполняемое после замоноличивания зазоров вокруг каждой сваи и устройства гидроизоляции.
Недостатками данного способа являются повышенная материалоемкость и трудоемкость, связанные с устройством нижней плиты-ростверка, которая выполняется армированной, технологические трудности, связанные с необходимостью погружения свай с поверхности плиты через отверстия, а также высокая продолжительность возведения фундамента.
Техническая задача заключается в повышении несущей способности плитно-свайного фундамента за счет уплотнения грунтового основания под плитной частью и повышения несущей способности свай, достигаемых путем опрессовки грунтового основания в пролетных частях фундамента.
Поставленная задача решается таким образом, что в способе возведения плитно-свайного фундамента, включающем устройство свай и минерального основания, возведение монолитных ленточных ростверков, объединенных цилиндрическими железобетонными оболочками, а также уплотнение грунтового основания путем его опрессовки в пролетных частях фундамента, согласно изобретению вначале устраивают сваи, после чего в пролетных частях по грунтовому основанию укладывается эластичная герметичная мембрана, по которой выполняется минеральное криволинейное основание с установкой труб-иньекторов, затем по сваям выполняют перекрестно расположенные низкие ленточные ростверки, которые объединены бетонными армированными цилиндрическими оболочками, после чего возводят вертикальные несущие элементы и перекрытие подвала для создания жесткой коробчатой системы, а затем выполняют опрессовку грунтового основания, заключающуюся в нагнетании через трубы-инъекторы в минеральное основание цементного раствора с последующим его твердением, при этом эластичная герметичная мембрана позволяет контролировать распространение нагнетаемого раствора и впоследствии выполняет гидроизоляционную функцию.
Технический результат изобретения состоит в повышении несущей способности фундамента за счет уплотнения грунтового основания путем его опрессовки, что позволяет повысить несущую способность свай и включить в работу плитную часть до приложения эксплуатационной нагрузки, в повышении жесткости фундамента и перераспределении внутренних усилий, выравнивании деформаций всего сооружения в целом за счет создания жесткой коробчатой структуры из продольных и поперечных стен и перекрытия подвала, а также в снижении трудоемкости и материалоемкости за счет уменьшения количества свай и расхода бетона и стали, помимо этого выполнение опрессовки позволяет устранить последствия расструктуривания грунта основания, возникающего по причине метеорологических воздействий, воздействия грунтовых вод, механических воздействий строительной техники и ошибок строителей в процессе производства земляных работ.
Новизна заявляемого способа заключается в уплотнении и равномерном улучшении физико-механических характеристик грунта основания, а также в повышении несущей способности свай за счет их бокового обжатия грунтом, которые достигаются за счет опрессовки грунтового основания в пролетных частях фундамента при его возведении, после чего ленточные ростверки, объединенные цилиндрическими оболочками, преобразуются в сплошную плиту-ростверк с переменной изгибной жесткостью.
Способ поясняется чертежами.
На фиг. 1 изображен план фундамента, где обозначены низкие перекрестно расположенные ленточные ростверки 1, расположенные на них вертикальные несущие элементы 2 (стены, колонны), указано расположение труб-инъекторов 3 в цилиндрических железобетонных оболочках 4.
На фиг. 2 изображено сечение А-А фиг. 1 во время нагнетания цементного раствора (опрессовки) в минеральное основание 5 через трубы-инъекторы 3, расположенные в цилиндрических железобетонных оболочках 4, и изолинии 6 общих вертикальных напряжений, возникающих в грунтовом основании 7 при опрессовке, а также сваи 8, объединенные монолитными ленточными ростверками 1 и расположенные под вертикальными несущими элементами 2 (стенами, колоннами), образующими совместно с перекрытием 9 жесткую коробчатую конструкцию.
На фиг. 3 изображено сечение А-А фиг. 1 после нагнетания цементного раствора (опрессовки) и его твердения в минеральном основании и образованная в результате плита-ростверк 10 переменной изгибной жесткости на уплотненном в пролетной части грунтовом основании 11, а также сваи 8 с увеличенной за счет бокового обжатия грунтом несущей способностью.
На фиг. 4 изображен узел А фиг. 2 во время нагнетания цементного раствора (опрессовки) в минеральное основание 5 через трубы-инъекторы 3, расположенные в цилиндрических железобетонных оболочках 4, и эластичная герметичная мембрана 12, а также сваи 8 в грунтовом основании 7, объединенные монолитными ленточными ростверками 1 и расположенные под вертикальными несущими элементами 2 (стенами, колоннами).
На фиг. 5 изображен узел А фиг. 3 после нагнетания цементного раствора (опрессовки) и его твердения в трубах-инъекторах 3 и минеральном основании, под которым расположена эластичная герметичная мембрана 12, и образованная в результате плита-ростверк 10 переменной изгибной жесткости на уплотненном в пролетной части грунтовом основании 11, расположенная между ленточными ростверками 1, а также сваи 8 с увеличенной за счет бокового обжатия грунтом несущей способностью и вертикальные несущие элементы 2.
На фиг. 6. изображена конструкция трубы-инъектора 3, в начале которой закреплена торцевая заглушка 13 и по длине трубы зонально расположены инъекционные отверстия 14, закрытые резиновыми манжетами 15.
На фиг. 7 изображено сечение Б-Б фиг. 6, на котором обозначены инъекционные отверстия 14 по периметру трубы-инъектора 3, закрытые резиновой манжетой 15.
Способ устройства плитно-свайного фундамента осуществляется следующим образом. Разрабатывается котлован до планировочной отметки естественного основания 7. Выполняется устройство по любой технологии свай 8 с арматурными выпусками. Выставляется опалубка и выполняется армирование перекрестно расположенных ленточных ростверков 1 с арматурными выпусками в вертикальные несущие элементы 2 (стены, колонны). Между ростверками 1 по грунтовому основанию 7 укладывается эластичная герметичная мембрана 12 и закрепляется к опалубке ростверков. Устраивается минеральное криволинейное основание 5, в которое устанавливаются трубы-инъекторы 3. Устанавливается армирование оболочки в виде криволинейных стержней. Выполняется совместное бетонирование ростверков 1 и оболочек 4 по поверхности минерального основания 5. Выполняется устройство вертикальных несущих элементов 2 и перекрытия 9 подвального этажа.
На следующем этапе производится нагнетание цементного раствора (опрессовка) в минеральное основание 5 через трубы-иньекторы 3. При поступлении раствора в трубу-инъектор происходит заполнение самой трубы-инъектора, затем резиновые манжеты 15 под давлением растягиваются, и через инъекционные отверстия 14 происходит распространение цементного раствора и заполнение минерального основания 5. При перерывах в нагнетании цементного раствора резиновые манжеты 15 сжимаются и плотно обхватывают трубу-инъектор 3, что не позволяет раствору попадать обратно в инъектор. Резиновые манжеты 15 также препятствуют попаданию нагнетенного раствора в соседние трубы-инъекторы. По окончании нагнетания требуемого количества цементного раствора происходит его твердение и набор прочности. При необходимости опрессовку выполняют несколько раз.
Опрессовка выполняется преимущественно на начальных этапах передачи нагрузки от здания на основание. В процессе опрессовки происходит вовлечение в работу оболочек 4 и грунтового основания 7. При этом оболочка 4 натягивается, грунтовое основание 7 уплотняется. Эластичная герметичная мембрана 12 закреплена по периметру к ростверкам и позволяет контролировать распространение нагнетаемого раствора и впоследствии выполняет гидроизоляционную функцию, а также позволяет контролировать форму плиты. Подъем оболочки 4 при создании давления в области минерального основания 5 ограничен закреплением ее по периметру в ростверках 1, которые в свою очередь закреплены от перемещений в вертикальной плоскости анкерующим действием несущих свай 8 и вышерасположенных конструкций. После твердения цементного раствора в минеральном основании 5 в пролетной части фундамента образуется плита-ростверк 10 переменной изгибной жесткости. Таким образом, до передачи нагрузки от здания или сооружения грунтовое основание 7 уплотняется, плита-ростверк 10 переменной жесткости и уплотненное грунтовое основание 11 включаются в работу. После приложения нагрузки от надземной части здания или сооружения происходят осадки всего плитно-свайного фундамента, которые равномерны и весьма незначительны до величины средней нагрузки, соответствующей давлению цементного раствора, действовавшему в минеральном основании 5. Вертикальные несущие элементы 2 и перекрытие 9 позволяют создать жесткую коробчатую систему, способную перераспределять внутренние усилия и выравнивать деформации всего сооружения в целом.