КОНСТРУКЦИЯ УСИЛЕНИЯ ФУНДАМЕНТА

Конструкция усиления фундамента относится к строительству, в частности к фундаментостроению, и предназначено для применения: при ремонте зданий и сооружений, получивших неравномерные деформации, или при реконструкции с увеличением нагрузок на фундаменты.
В зависимости от типа фундаментов здания, характеристик грунтов основания, конструктивных особенностей и действующих усилий предусматривают различные методы усиления. Усиление свайных фундаментов путем изменения характеристик грунтов методами цементации, силикатизации и т.п.является существенно затратным и не гарантирует должного результата усиления. Кроме того, не всегда удается объективно оценить состояние грунтов после усиления, а также рассчитать деформации догружаемых фундаментов с течением времени, т.е. оценить надежность выполненного усиления. Другие методы усиления (например, добивки свай, закрепления грунтов) не всегда реально применимы в условиях сложившейся застройки и не могут обеспечить требуемых эксплуатационных параметров усиливаемых фундаментов.
Известно, что повышения несущей способности фундаментов и снижения деформаций возможно достичь при включении ростверка в совместную работу со сваями и обеспечении частичной передачи нагрузок на основание через подошву ростверка. Имеются рекомендации по расчету свайного фундамента совместно с ростверком (СП 24.13330.2011 «Свайные фундаменты»). В нормативных документах (СП 50-102-2003 «Проектирование и устройство свайных фундаментов») предусмотрено восприятие ростверком 15% от общей несущей способности комбинированных свайно-плитных фундаментов (КСП). Данная величина изменчива и в значительной степени зависит от характеристик грунтов под подошвой ростверка, качества подготовки основания, технологии устройства фундаментов и т.п.. Натурные испытания, проведенные на разных объектах, свидетельствуют, что доля нагрузки, воспринимаемой ростверком в составе КСП, может составлять 18…21% [См. Краснощеков Ю.В. -Совместная работа свай с низким ростверком // Вестник СибАДИ, вып.5. - Омск, 2007. - с.65-69], 20…40% [См. Чунюк Д.Ю. Расчет комбинированных свайно-плитных фундаментов: дисс. канд. техн. наук. Москва. 2002. - с.126], 7…45% [Глушков И.В. Выбор метода расчета массивныхсвайных фундаментов // Труды международного научно-практического семинара «Актуальные проблемы проектирования и строительства в условиях городской застройки». - Пермь, 2005. - т.2. - с.18-21].
- Основной проблемой комбинированных свайно-плитных фундаментов является обеспечение надежности включения ростверка. Должная степень включения ростверка в работу фундамента реально может быть обеспечена за счет его контролируемого активного включения.
Известно устройство усиления фундамента, состоящее из железобетонных рам и дополнительного фундамента, выполненного из сборных плит (Мальганов А.И., Плевков B.C., Полищук А.И. "Усиление железобетонных и каменных конструкций зданий и сооружений. Томск, 1988 г., лист 66).
Недостатками такого устройства являются:
- отсутствие предварительного обжатия грунта при установке рам усиления;
- снижение полезной площади помещений при установке железобетонных рам;
- высокая материалоемкость устройства усиления.
Известно устройство в способе для усиления фундаментов, состоящее из дополнительных фундаментов и электрогидравлической домкратной системы, заключающееся в устройстве домкратных проемов, удалении грунтов обратной засыпки, установке электрогидравлической системы, поддомкрачивания здания, зачеканки монолитным бетоном образовавшегося зазора (см. Лобов О.И., Гапеев В.И., Зотов В.Д., Болотов Ю.К., Зотов М.В.. Подъем и выравнивание аварийных зданий // Промышленно-гражданское строительство, вып.2/1999. - Москва, 1999. - с.15-16).
Недостатками этого устройства являются:
- кратковременное разгружение фундаментов, в результате чего грунты под действием дополнительного давления полностью не реализуют деформации, что приводит к их дальнейшему уплотнению и осадке;
- монолитный бетон, применяемый при зачеканке зазоров, дает усадку, вследствие которой образуются зазоры и перераспределение усилий в фундаментах и конструкциях усиления;
- для реализации усиления требуется наличие дорогостоящего специального оборудования (насосной станции, домкратов, шлангов и трубопроводов высокого давления).
Ближайшим аналогом предлагаемой полезной модели служит конструкция усиления фундамента RU108054, U1, 18.03,2011. Данная конструкция усиления фундамента, включает монолитную железобетонную плиту с отверстиями, в которых устроены сваи. Монолитная железобетонная плита оснащена закладными деталями и расположена в нижней части фундамента, причем ее концы заведены под подошву фундамента, при этом сваи выполнены инъекционными, а арматурные каркасы инъекционных свай сварены с закладными деталями монолитной железобетонной плиты. В качестве монолитной железобетонной плиты использованы монолитные железобетонные балки.
К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата, при использовании известного устройства, относится то, что в известном устройстве отсутствует:
- возможность регулирования усилий при выполнении усиления;
- совместная работа плиты с основанием при отрыве плиты от грунта
- невозможность определения несущей способности свай усиления в определенных грунтах;
При использовании известного устройства возникает сложность реализации способа усиления, обусловленная значительными затратами при выполнении инъекционных свай в стесненных условиях; эксцентричность передачи нагрузки на инъекционные сваи, приводит к работе свай на внецентренное сжатие.
Задачами, стоящими при создании полезной модели являются:
- разработка устройства для усиления свайных фундаментов,
- обеспечение гарантированной передачи части усилий на грунт основания через подошву ростверка и переход к комбинированному свайно-плитному фундаменту,
- создание относительно простого, сравнительно дешевого и выполнимого в построечных условиях устройства.
Совокупность новых существенные признаки - новой монолитной железобетонной плиты, устроенной под ростверком существующего фундамента, винтовых домкратов, при необходимости вертикальных стоек вместе с известными признаками позволяют получить планируемый технический результат и создать техническое решение, превосходящее ближайший аналог по техническому результату.
Технический результат, позволяющий решить поставленную задачу, заключается в:
- повышении несущей способности свайного фундамента и снижении его дальнейших деформаций;
- гарантированном обеспечении совместной работы существующего свайного фундамента с конструкцией усиления (новой монолитной железобетонной плитой мелкого заложения и винтовыми домкратами).
- разгрузке существующих фундаментов до заданных параметров,
- возможности регулирования усилий на фундаменты в течение срока службы здания.
Указанный технический результат достигается тем, что в «Конструкции усиления фундамента», включающей ростверк существующего фундамента, монолитную железобетонную плиту с отверстиями, существующие сваи, винтовые домкраты отличающаяся тем, что под ростверком существующего фундамента устраивают новую монолитную железобетонную плиту (фундамент мелкого заложения), а между ними (ростверком существующего фундамента и новой плитой) устанавливают винтовые домкраты и при необходимости вертикальные стойки. На поверхность новой монолитной железобетонной плиты устанавливают винтовые домкраты, состоящие из упорных листов, распорных болтов, упорных втулок, гаек, шайб и центровочных шаров. В случае необходимости установки вертикальных стоек на поверхность новой монолитной железобетонной плиты, винтовые домкраты монтируют по верху вертикальных стоек. Степень включения в работу нового монолитного железобетонного фундамента мелкого заложения контролируют усилением в винтовых домкратах, а надежность усиления достигают наблюдением за процессом стабилизации усилий активного расклинивания.
Как и ближайший аналог, заявляемая конструкция усиления фундамента включает монолитную железобетонную плиту (фундамент мелкого заложения). Монолитную железобетонную плиту бетонируют в устраиваемом дополнительном котловане ниже подошвы существующего ростверка. Расклиниватели (винтовые домкраты) устанавливают между существующим ростверком и новой монолитной железобетонной плитой или, при необходимости, на вертикальные стойки. По мере догружения фундамента часть усилий, действующих на фундамент, воспринимает новый фундамент мелкого заложения. Тем самым происходит активное включение элементов усиления в совместную работу с конструкциями существующего фундамента и переход от свайного фундамента к комбинированному свайно-плитному фундаменту. Степень включения в работу дополнительного фундамента мелкого заложения контролируют усилием в винтовых домкратах, а надежность усиления достигается наблюдением за процессом стабилизации усилий активного расклинивания.
Выполнение конструкции усиления в заявляемой полезной модели позволяет обеспечить усиление свайных фундаментов с помощью дополнительно устраиваемых фундаментов мелкого заложения (новой монолитной железобетонной плиты), расклинивателей (винтовых домкратов) и при необходимости - вертикальных стоек.
Устройство представлено чертежами.
На фиг.1 представлена конструкция усиления фундамента (без вертикальных стоек).
На фиг.2 представлена конструкция усиления фундамента (с вертикальными стойками).
На фиг.3 - представлен общий вид винтового домкрата (расклинивателя) по элементам.
На фиг.4 - представлен общий вид винтового домкрата при усилении.
На фиг.5 - представлена вертикальная стойка.
Позиции на фигурах обозначают:
1 - ростверк существующего фундамента,
2 - новую монолитную железобетонную плиту мелкого заложения,
3 - отверстия,
4 - существующие сваи,
5 - винтовые домкраты,
6 - верхний упорный лист,
7 - нижний упорный лист,
8 - распорные болты,
9 - упорные втулки,
10 - гайки,
11 - шайбы,
12 - центровочные шары.
13 - вертикальные стойки, устанавливаемые при необходимости.
Заявляемое устройство включает в себя ростверк существующего фундамента 1, новую монолитную железобетонную плиту мелкого заложения 2 с отверстиями 3 для пропуска существующих свай 4, винтовые домкраты (расклиниватели) 5, состоящие из верхнего 6 и нижнего 7 упорных листов, распорные болты 8, упорные втулки 9, гайки 10, шайбы 11, центровочные шары 12, вертикальные стойки 13 (устанавливаемые при необходимости).
Заявляемое устройство позволяет получить технический результат, заключающийся в
- повышении несущей способности свайного фундамента и снижении его дальнейших деформаций;
- гарантированном обеспечении совместной работы существующего свайного фундамента с конструкцией усиления (новой монолитной железобетонной плитой мелкого заложения и винтовыми домкратами).
- разгрузке существующих фундаментов до заданных параметров,
- возможности регулирования усилий на фундаменты в течение срока службы здания.
Заявляемое устройство используют следующим образом. Под подошвой ростверка существующего фундамента 1 выкапывают котлован. Минимальную глубину котлована определяют из условия удобства производства работ по усилению. В уровне дна вырытого котлована бетонируют новую монолитную железобетонную плиту (фундамент мелкого заложения) 2, с отверстиями 3 для пропуска существующих свай 4. Размеры новой монолитной железобетонной плиты мелкого заложения 2 назначают исходя из значения дополнительной нагрузки, которую необходимо воспринять от ростверка существующего фундамента 1. На новую монолитную железобетонную плиту мелкого заложения 2 устанавливают винтовые домкраты 5. При необходимости, для удобства производства работ по усилению на новую монолитную железобетонную плиту мелкого заложения предварительно монтируют вертикальные стойки 13, по верху которых устанавливают винтовые домкраты 5. Винтовой домкрат 5 состоит из верхнего 6 и нижнего 7 упорных листов, распорных болтов 8, упорных втулок 9, гаек 10, шайб 11, центровочных шаров 12. Установку новой монолитной железобетонной плиты мелкого заложения производят на выравнивающую подливку из цементно-песчаного раствора.
За счет вывинчивания распорных болтов 8 в винтовых домкратах 5 создают осевое расклинивающее усилие, контролируемое динамометрическим ключом. Величина расклинивающего усилия зависит от требуемого значения разгрузки свай и величины усилия, передаваемого на новую монолитную железобетонную плиту.
После создания первоначального напряжения производят реконструкцию объекта, сопровождающуюся увеличением нагрузок на фундаменты. При этом устанавливают наблюдение за величинами усилий в расклинивающих болтах. По прошествии некоторого времени под монолитной железобетонной плитой мелкого заложения 2 происходит обжатие грунта, что приводит к снижению расклинивающего усилия в винтовом домкрате 5. По мере изменения величины осадок грунтов основания и стабилизации усилий в расклинивателях выполняют дополнительное расклинивание болтов динамометрическим ключом с требуемым осевым усилием (крутящим моментом). Процесс регулирования заканчивают по достижении расчетной стабилизации усилий.
Таким образом, происходит активное и контролируемое включение новой монолитной железобетонной плиты мелкого заложения 2 в совместную работу со сваями 4 и ростверком существующего фундамента 1, усиление свайного фундамента за счет передачи требуемой части усилий на новую монолитную железобетонную плиту мелкого заложения 2 и переход к комбинированному свайно-плитному фундаменту. Степень включения в работу монолитной железобетонной плиты мелкого заложения 2 контролируют усилием в винтовом домкрате 8 при помощи динамометрических ключей, а надежность усиления достигают длительным наблюдением за процессом затухания осадок и стабилизации усилий активного расклинивания. При реализации усиления обеспечивается возможность регулирования усилий в течение срока службы здания и разгрузка элементов фундаментов с определенными параметрами напряженно-деформированного состояния. После достижения условия стабилизации усилий в расклинивающих болтах конструкции усиления винтовой домкрат омоноличивают бетоном.
Заявляемая конструкция промышленно применима и может быть неоднократно реализована с достижением указанного технического результата. Конструкция усиления фундамента проверена на практике при усилении нескольких реконструированных объектов в г.Омске и Омской области.