ОСНОВАНИЕ ФУНДАМЕНТА ЗДАНИЙ, СООРУЖЕНИЙ

Полезная модель относится к области строительства и может быть использована при возведении фундаментов и сооружений на насыпных и слабых грунтах.
Известны основания под фундамент зданий и сооружений, выполненные из слоев уплотненного грунта катками, принятые за прототип, как наиболее близкое техническое решение. /1./
Основным недостатком уплотнения грунта катками, является то, что они создают кратковременное давление в процессе движения по узкой полосе грунта под катком. В результате этого создаваемое давление незначительно, приводит к выдавливанию грунта из- под катка и требует многократной проходки катка для ликвидации «волны» и уплотнения небольшого слоя грунта толщиной 30-50 см.
Такое основание используют, преимущественно для дорог и насыпей или при замене грунта в основании зданий, сооружений при послойном уплотнении. Поэтому слой грунта при послойном уплотнении также принимается, как правило, толщиной в 30-50 см.
Известны также основания под фундамент зданий и сооружений, выполненные из слоев грунта уплотненных с помощью сбрасываемых тяжелых трамбовок. /2/
Основными недостатками уплотнения грунта тяжелыми трамбовками является импульсная передача давления на грунт в момент удара при сбрасывании трамбовки. В результате удара происходит не только уплотнение грунта, но и разрушение его структуры. Принятое уплотнение грунта многократными ударами трамбовкой по одному следу ведет также к выпору соседнего грунта и образованию трещин между уплотненным и неуплотненным грунтом. Последующее уплотнение грунта с разрушенной от выпора структурой на соседних участках не позволяет добиться однородного уплотнения и создает площадь неоднородно уплотненного грунта с разрушенной структурой. Кроме того, в ряде случаев, при уплотнении макропористых грунтов, например просадочных, требуется их предварительное увлажнение до оптимальной для уплотнения влажности, что также представляет сложную, нереализуемую на практике техническую задачу. В результате грунт чаще всего остается недоуплотненным. Другим недостатком уплотнения грунта тяжелыми трамбовками является то, что из-за ударного воздействия их нельзя применять вблизи существующих зданий, сооружений.
Наиболее близкой к предлагаемой конструкции является основание сооружения, включающее слой грунта послойно уплотненного катками и верхний выравнивающий слой подсыпки /3/.
Недостатками известного основания является неоднородная плотность и недостаточная толщина уплотненного слоя.
Техническая задача заключается в создании основания фундамента из слоя уплотненного грунта большей толщины и улучшенного качества уплотнения по однородности, в том числе для использования его в условиях стесненной городской застройки.
Поставленная задача решается таким образом, что в основании фундамента зданий, сооружений, включающем слой уплотненного грунта и верхний выравнивающий слой подсыпки, согласно полезной модели, слой уплотненного грунта выполнен сжатым статической ступенчато возрастающей нагрузкой до стабилизации осадки, при этом габариты основания по периметру превышают габариты фундамента на величину не менее 10 см. Кроме того, слой уплотненного грунта может быть выполнен толщиной равной сжимаемой толщи грунта под воздействием нагрузки от возводимого здания, сооружения. Или, слой уплотненного грунта может быть выполнен с осадкой не менее осадки здания, сооружения. Или, слой уплотненного грунта может быть выполнен с возможностью осадки его не менее разности расчетной и максимально допустимой осадок здания, сооружения. Помимо этого, верхний выравнивающий слой может быть выполнен из песчаной или песчано-гравийной, или щебеночной подсыпки толщиной не менее 10 см. Кроме того, верхний выравнивающий слой подсыпки может быть армирован металлической или синтетической сеткой.
Предлагаемое основание фундамента отличается от известного тем, что слой уплотненного грунта выполнен сжатым статической ступенчато возрастающей нагрузкой до стабилизации осадки, при этом габариты основания по периметру превышают габариты фундамента на величину не менее 10 см.
До начала строительства устраивают основание для фундамента, сооружения. Нагрузка на уплотняющую плиту передается Гидравлическим, винтовым или другим способом с упором в пригруз или анкерную систему. С целью достижения равномерного по площади уплотнения нагрузку на грунт прикладывают через уплотняющую плиту со ступенчатым возрастанием. При этом на каждой ступени приложения давления уплотняется вся площадь основания под фундаментом. Это позволяет уплотнить грунт без выпора соседнего грунта и образования трещин между уплотненным и неуплотненным грунтом.
Как правило, размеры уплотняющей плиты меньше размеров фундамента. Поэтому повышенную нагрузку (N) на уплотняющую плиту следует рассчитывать из условия равенства сжимаемой толщи или ее части от фундамента здания, сооружения и уплотняющей плиты.
Для обеспечения равномерной передачи нагрузки от уплотняющей плиты на слой уплотненного грунта в его состав входит верхний выравнивающий слой из песчаной или песчано-гравийной или щебеночной подсыпки. Толщина выравнивающего слоя подбирается в зависимости от характеристик уплотняемого грунта, но должна быть не менее 10 см. Для снижения давления на слой уплотненного грунта от жесткого фундамента и снижения концентрации напряжений по его периметру размеры выравнивающего слоя в плане должны быть больше размеров фундамента не менее чем на 10 см.
При уплотнении слабых грунтов или повышенных нагрузках уплотнения на отдельных ступенях верхний выравнивающий слой из песчаной или песчано-гравийной или щебеночной подсыпки целесообразно армировать металлической или синтетической сеткой.
Технический результат заключается в обеспечении несущей способности основания фундамента за счет повышении однородности и плотности сжимаемого слоя грунта большей толщины, снижения осадок фундаментов на естественном основании, снижении уровня шума и вибрации при возведении основания фундамента, упрощения работ в условиях тесной городской застройки, в том числе на слабых грунтах и возможности замены свайного фундамента на фундаменты на естественном основании (плитные, столбчатые, ленточные и т.д.)
На фиг.1 представлен разрез основания фундамента; фиг.2 - то же что и на фиг.1 - вариант выполнения уплотнения на неполную осадку основания.
Основание фундамента состоит из уплотненного слоя грунта 1, сжимаемой толщи 2, слоя подсыпки 3 и неуплотненной части сжимаемой толщи 4. Уплотнение производят под воздействием статической ступенчато возрастающей нагрузки N.
Чтобы минимизировать осадки в процессе строительства и эксплуатации слой уплотненного грунта должен быть образован нагрузкой qу равной или больше эксплуатационной нагрузки от здания pзд, сооружения. В этом случае уплотнение слоя грунта производят до осадки Sу равной или большей расчетной осадки здания, сооружения Sзд (Sу>Sзд). При этом толщина слоя предварительно уплотненного грунта Ну будет приблизительно равна глубине сжимаемой толщи здания, сооружения Нc. (см. фиг.1) В тех случаях, когда требуются значительные нагрузки для уплотнения слоя грунта целесообразно уплотнение производить до осадки равной части расчетной осадки здания, при которой остаточная осадка Sост будет меньше допустимой по нормам осадки здания Smax.u. В этом случае потребуется меньшая нагрузка уплотнения, а слой уплотненного грунта Ну будет меньше сжимаемой толщи Нc, что позволяет сократить затраты и время на уплотнение. При этом останется неуплотненная часть сжимаемой толщи 4 равная разности между сжимаемой толщей Hс и слоем уплотненного грунта Hу (см. фиг.2).
Предлагаемое техническое решение реализуется следующим образом. Для создания давления уплотнения сегодня можно использовать известные и распространенные свае вдавливающие установки, создающие вдавливающее усилие 60-300 тс и более. Такие установки могут быть легко оснащены уплотняющими плитами площадью от 1 до 4-6 м2, обеспечивая давление на грунт до 5-8 кг/см2, что как правило, в 2-3 раза выше давления на грунт от фундаментов на естественном основании здания, сооружения. Первоначально рассчитывается глубина сжимаемой толщи для фундамента на естественном основании с учетом его геометрии и давления на грунт. Затем из условия равенства глубины сжимаемой толщи, с учетом размеров уплотняющей плиты, определяется необходимое давление для образования слоя уплотненного грунта. Полученная величина необходимого давления в зависимости от физико-механических характеристик грунтов делится на ступени, чтобы обеспечить равномерное и постепенное уплотнение грунта и не вызывать значительной разности осадок между уплотняющей плитой и окружающим грунтом. Осадка уплотняющей плиты от одной ступени уплотнения, как правило, не должна превышать половины величины общей осадки и быть более 3-4 см.
Затем по грунту устраивается верхний выравнивающий слой из песчаной или песчано-гравийной или щебеночной подсыпки. Толщина слоя подбирается также в зависимости от физико-механических характеристик грунтов. Для слабых грунтов она больше, для прочных грунтов она меньше, но не менее 10 см. Размеры площадки уплотнения по выравнивающему слою должны как минимум на 10 см превышать размеры фундамента с каждой стороны. Для слабых грунтов и возможности снижения толщины верхнего выравнивающего слоя его армируют металлической или синтетической сеткой. После этого, на слой уплотненного грунта, через выравнивающий слой, по всей его площади путем перемещения уплотняющей плиты передается давление первой ступени до стабилизации осадки, далее второй и последующих ступеней до полного обжатия слоя уплотненного грунта расчетной нагрузкой.
Предлагаемое техническое решение позволяет устранить или снизить осадки зданий, сооружений с фундаментами на естественном основании, а также заметно снизить усилия в фундаментных и надземных конструкциях. В ряде случаев отказаться от дорогостоящих свайных фундаментов с заменой их на плитные и ленточные, а также может широко использоваться для усиления оснований дорожных и аэродромных покрытий совместно с катками, особенно в условиях слабых грунтов.
Источники информации:
1. Патент РФ №2242563, E02D 27/38, публ. 19.05.2003.
2. Патент РФ 2140481, кл. E01C 19/34, E02D 3/046, публ. 27.10.1999
3. Хархута Н.Я. и др. «Дорожные машины», Ленинград, Машиностроение 1976, с 222-227 (прототип).