СПОСОБ ВОЗВЕДЕНИЯ ЗДАНИЯ, СООРУЖЕНИЯ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
BUILDING AND CONSTRUCTION ERECTING METHOD, AND DEVICE FOR METHOD'S IMPLEMENTATION

Изобретение относится к области строительства и может быть использовано для выправления неравномерных осадок фундаментов зданий, сооружений как в процессе их строительства, так и при эксплуатации.
Неравномерные осадки фундаментов зданий, сооружений являются основной причиной, приводящей к нарушению эксплуатации лифтового оборудования, возникновению деформаций в элементах каркаса сооружений, появлению трещин в элементах несущих конструкций и частичному или полному выходу их из строя.
Известен способ ремонта здания, сооружения [1], который включает разрезку фундамента на секции с последующим обжатием грунта под этими секциями для уменьшения осадок здания, сооружения, путем создания полостей между фундаментом и основанием и размещения в них эластичных емкостей с частичным заполнением полостей рабочей средой, а оставшегося объема твердеющим материалом и подачи рабочей среды под давлением после набора прочности твердеющим материалом.
Недостаток известного решения заключается в его малой эффективности, а также в том, что он не обеспечивает достаточной надежности уменьшения осадок, т.к. при его применении грунты основания уплотняются уже после того, как осадки фундамента произошли, поэтому можно уменьшить лишь те осадки и крены, которые развиваются во времени, к тому же известный способ предназначен для одноразового использования.
Известен способ выравнивания фундамента здания, сооружения [2]. Способ включает бурение в фундаментной плите сооружения вертикальных скважин, через которые осуществляют нагнетание термопластического материала в открытые снизу ниши в теле фундамента с последующим частичным извлечением термопластического материала и заполнением образовавшихся полостей сыпучим материалом.
Недостатком известного решения является то, что оно не обеспечивает достаточной надежности и эффективности при уменьшении осадок, выравнивании кренов, деформаций и прогибов фундамента здания, сооружения, т.к. при использовании этого способа грунты основания уплотняются, в основном, уже после того, как осадки фундамента произошли, поэтому можно уменьшить лишь те осадки и крены, которые развиваются во времени.
Прототипом изобретения в части способа по существу решаемой задачи и количеству общих существенных признаков является способ возведения здания, сооружения [3].
Способ предусматривает выполнение многослойного по высоте фундамента с последующим возведением конструкции верхнего строения здания, сооружения, причем фундамент выполняют путем укладки на основание бетонной подготовки и возведения поверх нее одной или более по высоте и/или по площади монолитных, и/или сборно-монолитных, и/или сборных железобетонных плит с предварительным образованием слоя гидроизоляции поверх бетонной подготовки, а под верхней плитой и/или плитами до ее или их выполнения - промежуточного слоя из твердеющего материала между образованными снизу и сверху этого слоя слоями упрочняющего геосинтетического материала, причем характеристики твердеющего материала определяют приведенной в [3] зависимостью. В верхних плитах на всю их толщину выполняют открытые сверху и снизу каналы с установкой в них трубок, нижние концы которых имеют уширения, которые размещают в промежуточном слое, при этом каналы и трубки предпочтительно размещают в плане в местах наибольших расчетных осадок и прогибов фундамента, в том числе под несущими опорными конструктивными элементами здания, сооружения, - колоннами и/или стенами, а верхние концы трубок располагают в зоне доступа, после чего по периметру выполненного фундамента зону промежуточного слоя и/или гидроизоляции фундамента герметизируют, а в процессе возведения и/или эксплуатации здания, сооружения, и/или при производстве строительных, в том числе земляных работ вблизи здания, сооружения, вызывающих осадки, и/или крены, и/или деформации силовых элементов фундамента и/или здания, сооружения, через верхние концы трубок в верхней плите производят поэтапные и/или одновременные нагнетания твердеющего материала в промежуточный слой с образованием в этом слое разрыва и/или расслоения и заполнением образовавшегося зазора инъектируемым твердеющим материалом под давлением, превышающим удельное давление фундамента, сооружения, на основание, также определяемое приведенной в [3] зависимостью.
Недостатком известного решения является трудоемкость и материалоемкость возведения многослойных монолитных либо сборных железобетонных промежуточных плит между основанием и верхними плитами фундамента, т.к. материалоемкость такого фундамента для обеспечения его прочности избыточно велика. Другим недостатком является необходимость в существенном усилении фундамента в зонах возникновения значительных напряжений и деформаций как в несущих плитах фундамента, так и в соединительных конструкциях верхнего строения на стыках основного здания, сооружения, с существенно большей этажностью с пристройками, имеющими существенно меньшую этажность, из-за их неодинаковых осадок как под собственным весом в процессе строительства, так и дополнительно от полезной нагрузки в процессе эксплуатации. Не решена также задача надежности целостности гидроизоляции в области стыков несущих железобетонных плит в плане при неравномерной осадке фундамента.
Технической задачей настоящего изобретения является уменьшение трудоемкости и материалоемкости при возведении фундамента, устранение возможности возникновения недопустимых напряжений и деформаций как в фундаменте, так и в соединительных элементах здания, сооружения, и в обеспечении их целостности при выравнивании кренов и деформаций фундамента, а также здания, сооружения, как в процессе их возведения и эксплуатации, так и в обеспечении целостности гидроизоляции.
Поставленная техническая задача в части способа возведения здания, сооружения, решается за счет того, что он предусматривает выполнение многослойного фундамента с последующим возведением на нем надфундаментных конструкций здания, сооружения, причем фундамент выполняют путем укладки на основание бетонной подготовки и возведение поверх нее по площади одной или более монолитных или сборно-монолитных и/или сборных железобетонных несущих секций-плит с предварительным образованием промежуточных защитных слоев гидроизоляции и упрочняющего геосинтетического материала, с образованием между ними промежуточного компенсирующего осадки фундамента слоя материала с заданными параметрами, при этом в несущих фундаментных плитах на всю их толщину образуют открытые снизу и сверху каналы для установки в них трубок, имеющих уширение на нижних концах, которые размещают в плане предпочтительно в местах наибольших расчетных осадок и прогибов фундамента, в том числе под несущими опорными конструктивными элементами здания, сооружения, - колоннами и/или стенами, причем нижние концы трубок располагают в компенсирующем слое материала, а верхние концы трубок размещают в зоне доступа, после чего фундамент по его периметру и гидроизоляцию герметизируют, при этом в процессе возведения и эксплуатации здания, сооружения, и/или при производстве строительных, в том числе земляных, работ вблизи здания, сооружения, вызывающих осадки, и/или крены, и/или деформации фундамента и/или здания, сооружения, через верхние концы трубок производят поэтапные и/или одновременные инъекции твердеющего материала с заданными характеристиками в промежуточный компенсирующий осадки фундамента слой под избыточным давлением, превышающим вертикальное удельное давление фундамента на основание, определяемое расчетом и/или по результатам текущих измерений осадок фундамента, а по окончании каждой инъекции трубки очищают и тампонируют в нижней части, а затем закрывают сверху заглушками, причем инъекции прекращают после достижения заданного уровня уменьшения осадок и/или деформаций здания, сооружения, согласно изобретению на подготовленное грунтовое основание после укладки бетонной подготовки сначала укладывают слой упрочняющего геосинтетического материала с образованием компенсирующих его растяжение складок, на этот материал укладывают слой зернистого материала, на который устанавливают трубки, оборудованные в качестве уширения плоскими наружными шайбами на нижнем конце, а затем поверх шайб укладывают слой гидроизоляции с образованными в нем согласно плану отверстиями так, чтобы трубки проходили сквозь эти отверстия, после чего места выхода трубок сквозь изоляцию герметизируют, а верхние концы трубок выводят выше гидроизоляции на расстояние, обеспечивающее прохождение ими суммарных толщин несущих секций-плит фундамента на уровне ниже пола здания, сооружения, с возможностью подхода к ним через инвентарные лючки, образованные в полу, для герметичного подключения к ним исполнительного механизма, создающего давление в инъецируемом твердеющем материале, а затем сооружают каркас из арматуры и опалубку, после чего заливают опалубку бетоном, причем секции-плиты фундамента в плане до сооружения каркаса из арматуры разделяют деформационными швами в местах повышенного расчетного напряженного состояния на стыках корпусов здания, сооружения, имеющих различную этажность, а в местах стыка фундаментных плит, разделенных деформационными швами, до их возведения образуют компенсирующие складки в слое гидроизоляции для сохранения ее целостности при неравномерных осадках соседних фундаментных плит разноэтажных частей здания, сооружения, при этом по окончании сооружения фундамента его несущие секции-плиты по периметру вместе с гидроизоляцией герметизируют.
Перед укладкой геосинтетического материала на бетонную подготовку производят подсыпку песчаным и/или зернистым материалом, а складки в слое геосинтетического материала и в слое гидроизоляции обрабатывают антиадгезирующим материалом, предотвращающим их прилипание и склеивание. Инъекции повторяют по необходимости при возникновении недопустимых дополнительных осадок, и/или кренов, и/или деформаций фундаментов, возникающих после возведения здания, сооружения, вследствие дополнительных деформаций основания.
Прототипом устройства, реализующего заявляемый способ возведения здания, сооружения, по технической сути является устройство, реализующее способ возведения здания, сооружения [3]. Устройство включает уложенный на подготовленном грунтовом основании многослойный фундамент, на котором возведена конструкция верхнего строения здания, сооружения, причем слои фундамента состоят из песчаной и/или бетонной подготовки основания, защитных гидроизоляционных и упрочняющих слоев из геосинтетической ткани, одной или более по высоте и/или по площади несущих монолитных либо железобетонных секций-плит, а также слоя, компенсирующего осадку фундамента наполнителем с заданными параметрами, уложенного между слоями геосинтетической ткани под верхними несущими плитами, заполняемого под давлением по мере устранения деформаций, прогибов и кренов фундамента твердеющим материалом с заданными характеристиками. В верхних несущих плитах фундамента образованы сквозные, открытые сверху и снизу каналы с пропущенными сквозь них трубками, преимущественно с расширением на нижнем конце, размещенными в плане в местах наибольших расчетных осадок и прогибов плит фундамента, в том числе под несущими опорными конструктивными элементами здания, сооружения, - колоннами и/или стенами. Нижние концы трубок контактируют с компенсирующим слоем, а верхние пропущены сквозь несущие плиты фундамента в местах, доступных для подсоединения к инвентарному оборудованию для возможности нагнетания под давлением твердеющего материала. Устройство оснащено приспособлениями для очистки трубок после проведения каждой инъекции, тампонирования трубок в нижней части, а также герметичной заглушки сверху при их консервации, а также приспособлениями для герметичного подключения к инвентарному оборудованию, производящему инъекции.
Недостатком известного решения является материалоемкость и трудоемкость возведения промежуточных несущих слоев фундамента по высоте, что незначительно отражается на прочности основных верхних плит фундамента и не устраняет возможности возникновения недопустимых деформаций фундамента и конструкции строений здания, сооружения, в зонах прилегания разноэтажных строений, а также целостности гидроизоляции при неравномерных осадках плит фундамента.
Технической задачей изобретения в части устройства, так же как и в части способа, является уменьшение трудоемкости и материалоемкости при возведении фундамента, устранение возможности возникновения недопустимых деформаций в соединительных силовых элементах как фундамента, так и в разноэтажных фрагментах здания, сооружения, из-за их неравномерной осадки, а также как в обеспечении надежности и эффективности при выравнивании кренов и деформаций, так и целостности гидроизоляции фундамента как в процессе возведения здания, сооружения, так и в процессе их эксплуатации.
Поставленная техническая задача в части устройства решается за счет того, что устройство для реализации способа возведения здания, сооружения, включает уложенный на подготовленном грунтовом основании многослойный по высоте фундамент, на котором возведено верхнее строение здания, сооружения, причем слои фундамента состоят из песчаной и/или бетонной подготовки основания, защитных гидроизоляционных и упрочняющих слоев из геосинтетической ткани, а также слоя, компенсирующего осадку фундамента наполнителя с заданными параметрами, уложенного между слоями геосинтетической ткани и/или гидроизоляции и заполняемого под давлением по мере устранения деформаций, прогибов и кренов фундамента инъецируемым твердеющим материалом с заданными характеристиками, а поверх этих слоев в плане по площади фундамента образован слой, состоящий из несущих монолитных либо железобетонных секций-плит, при этом в несущих плитах фундамента образованы сквозные открытые сверху и снизу каналы с пропущенными сквозь них трубками, преимущественно с уширением на нижнем конце, размещенными в плане в местах наибольших расчетных осадок и прогибов плит фундамента, в том числе вблизи несущих опорных конструктивных элементов здания, сооружения, - колонн и/или стен, при этом нижние концы трубок контактируют с компенсирующим слоем материала, а верхние выведены в местах, доступных для подсоединения к ним инвентарного оборудования, для возможности инъецирования в компенсирующий слой твердеющего материала, согласно изобретению нижние концы всех трубок снаружи имеют уширение за счет оснащения их плоскими шайбами, опирающимися на компенсирующий слой наполнителя, который выполнен из зернистого материала и размещен на слое геосинтетической ткани, уложенной непосредственно на слой из песчаной и/или бетонной подготовки, образованной на грунтовом основании, а верхние концы трубок пропущены сквозь слой гидроизоляции через образованные в нем согласно плану отверстия, а также сквозь все фундаментные плиты, не доходя до уровня пола здания, сооружения, причем секции-плиты фундамента выполнены в виде монолитных железобетонных плит, а в плане каждая из таких плит выполнена в виде отдельного фундамента под разноэтажные строения здания, сооружения, в соответствии с требованиями проектирования по предельным состояниям, а места стыка фундаментных плит, так же как и строения здания, сооружения разделены деформационными швами, при этом под деформационными швами фундаментных плит в слое гидроизоляции образованы компенсирующие складки для обеспечения ее целостности при неравномерной осадке плит фундамента, а места прохода трубок через гидроизоляцию, так же как и плиты фундамента и гидроизоляции, по периметру фундамента загерметизированы.
В слое геосинтетической ткани образованы компенсирующие его растяжение и обеспечивающие его целостность складки, обработанные, так же как и складки гидроизоляции, материалом, предотвращающим их склеивание и прилипание. В местах выхода верхних концов трубок в секциях плит образованы карманы для герметичного подсоединения к трубкам инъецирующего оборудования, а также для установки заглушек, являющихся одновременно лючками, закрывающими отверстия, образованные в полу здания, сооружения. Каждая из трубок оснащена технологическим инвентарным тампоном, изготовленным из эластичного предотвращающего склеивание его материала с материалом трубки, устанавливаемым в нижнюю часть трубки при их консервации в промежутках времени между инъекциями, закрепленным на нижнем конце шомпола, верхний конец которого выступает сверху трубки и размещен в полости, образованной в заглушке, оснащенной уплотнительным кольцом. Верхний конец трубки имеет наружную резьбу, а нижний конец заглушки - ответную внутреннюю.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 изображен схематично общий вид фундамента и несущих опорных элементов конструкций здания, сооружения. На фиг.2, сечение А-А на фиг.1, изображена трубка 17 с технологическими элементами при ее консервации в интервалы времени между инъекциями твердеющего материала. На фиг.3, сечение Б-Б на фиг.1, изображена трубка 16 в процессе проведения через нее инъекции твердеющим материалом.
На фиг.1 изображен многослойный фундамент, включающий грунтовое основание 1, бетонную подготовку 2, слой геосинтетической ткани 3 с образованными в нем складками 4, слой из зернистого материала 5, слой гидроизоляции 6 с образованными в нем складками 7 и слой несущих железобетонных секций-плит 8 и 9 фундамента с разделительным деформационным швом 10. В верхнем строении сооружения изображены фрагменты несущих стен 11 и 12, разделенные деформационным швом 13, а также полы 14 и 15. Сквозь слой гидроизоляции 6 и всю толщину секций-плит 8 и 9 пропущены верхние концы трубок 16 и 17, на которых закреплены кожухи 18, для образования технологических углублений в плитах 8 и 9 до начала их бетонирования. На верхних концах трубок 16 и 17 закреплены также инвентарные технологические заглушки 19, являющиеся одновременно лючками, пропущенными на уровень полов 14 и 15 сквозь образованные в них окна. На нижних концах трубок 16 и 17 на их наружной поверхности неподвижно закреплены плоские шайбы 20, опирающиеся на слой зернистого материала 5 и герметично прижимающие слой гидроизоляции 6 к плитам 8 и 9.
На фиг.2, сечение А-А, изображена трубка 17, оснащенная технологической оснасткой в промежутках времени между инъекциями твердеющего материала.
На верхних концах трубок 16 и 17 образовано утолщение с наружной резьбой 21, с помощью которой закреплены заглушки-лючки 19, имеющие ответную внутреннюю резьбу, а также гнезда 22 под торцовый ключ для их монтажа и демонтажа. В канавках заглушек 19 также установлены резиновые уплотнительные кольца 23 и образованы полости для размещения в них верхних концов 24 шомполов 25, размещенных внутри трубок и снабженных на нижних концах тампонами 26, выполненными из материала, устраняющего прилипание к стенке трубки, например, в виде пакета промасленного войлока.
На фиг.3 изображено сечение Б-Б в процессе проведения инъекции твердеющим материалом. К верхнему концу трубки 16 подсоединен переходник 27 с резиновым уплотнением 28, соединяющий посредством рукава 29 трубки 16 и 17 с механизмом нагнетания твердеющего материала (показано стрелкой).
Способ и работу реализующего его устройства осуществляют следующим образом:
- выполняют многослойный фундамент с последующим возведением конструкции верхнего строения здания, сооружения;
- фундамент выполняют путем укладки на выровненное и утрамбованное грунтовое основание слоя бетонной подготовки и возведения поверх нее размещенных в плане заданного количества монолитных либо железобетонных несущих секций-плит;
- предварительно поверх бетонной подготовки образуют слой из упрочняющей геосинтетической ткани с образованием в нем компенсирующих его растяжение складок с покрытием их скользящим материалом, устраняющим его прилипание и склеивание;
- поверх геосинтетической ткани образуют компенсирующий осадки фундамента слой наполнителя из зернистого материала;
- на слой зернистого материала устанавливают согласно схеме трубки на опорные плоские шайбы на их нижних концах и наносят на их верхнюю поверхность слой герметика;
- на слой зернистого материала укладывают слой гидроизоляции, пропуская его сквозь предварительно образованные в нем согласно схеме, отверстия, верхние концы трубок образуют в слое гидроизоляции компенсирующие складки в местах деформационных швов фундамента и обрабатывают их антиадгезионным материалом, а затем прижимают гидроизоляцию к герметику;
- монтируют на верхние концы трубок кожухи для образования технологических карманов в верхней плоскости секций-плит;
- устанавливают и закрепляют согласно схеме разделительные деформационные швы фундаментных секций-плит;
- монтируют арматуру под плиты фундамента;
- устанавливают опалубку под заливку бетоном секций-плит;
- возводят верхнее строение здания, сооружения;
- настилают полы на секциях-плитах фундамента с учетом образования в них окон под заглушки-лючки;
- оснащают технологическими инвентарными приспособлениями верхние концы трубок;
- инъецирование производят по мере необходимости как в процессе строительства, так и в процессе эксплуатации здания, сооружения. В качестве твердеющего материала используют, например, жидкий цементный раствор с добавлением пластификатора.
Преимущества предлагаемого способа и реализующего его устройства заключаются в том, что благодаря наличию и указанной последовательности операций в способе, а также наличию, указанному исполнению и взаимосвязи между основными узлами и конструктивными элементами устройства обеспечивается решение поставленной технической задачи, а именно:
- уменьшение материалоемкости и трудоемкости при возведении фундамента здания, сооружения, за счет обеспечения возможности оптимизации расчетной прочности верхних несущих плит фундамента с учетом особенности конструкции верхнего строения здания, соороужения;
- исключение возможности возникновения сверхрасчетных напряжений в силовых элементах фундамента и на стыках разноэтажных корпусов здания, сооружения, за счет обеспечения возможности их независимой осадки как в процессе возведения, так и в процессе эксплуатации;
- обеспечение оперативного устранения прогибов, перекосов и разрушений несущих элементов фундамента простыми конструктивными и технологическими средствами как в процессе возведения, так и в процессе эксплуатации здания, сооружения;
- обеспечение целостности гидроизоляции и упрочняющего слоя из геотехнического материала при неравномерной осадке секций-плит фундамента.
К настоящему времени автором разработаны и опробованы методы определения координат в плане фундамента, где необходимо производить инъекции твердеющего материала под фундамент здания, сооружения, а также методы контроля за осадкой секций-плит фундамента и верхними строениями для начала активного заполнения твердеющим материалом локализованных зон в компенсирующем слое, заполненном гранулированным материалом-наполнителем.
Предлагаемое изобретение решает поставленную техническую задачу, обладает новизной, имеет ряд перечисленных преимуществ перед известными решениями, отвечает критерию промышленной применимости как в условиях уникального, так и в условиях массового строительства и соответствует современному уровню техники и технологии, а также проводимому общему направлению на модернизацию производства и на инновации технологий в РФ, в том числе в области строительства. Следовательно, по мнению авторов и заявителя, предлагаемое изобретение может быть защищено патентом РФ.
При необходимости заявитель может предоставить в экспертизу дополнительные материалы, в том числе расчеты по определению координат, где необходимо проводить инъекции твердеющего материала исходя из контроля наблюдений и измерений за осадкой фундамента здания, сооружения, а также по методике подбора твердеющих материалов в зависимости от требуемых их свойств и параметров.
Источники информации
1. Патент РФ RU 2203362 С2, 27.04.2003.
2. Патент РФ RU 2035548 С2, 20.05.1995.
7
3. Патент РФ RU 2247810 МПК, Е02D 27/00, 27/26, 27/28, 10.03.2005, Бюл. №7, (прототип по способу и по устройству).