АНКЕРНЫЙ ФУНДАМЕНТ
ANCHOR FOUNDATION

Предлагаемое изобретение в виде анкерного фундамента относится к области строительства площадных фундаментов (допустимо устройство и отдельно стоящих) и может быть использовано в промышленном и гражданском строительстве.
Известны различные площадные фундаменты, применяемые в промышленном и гражданском строительстве [1, 2, 6] (см. фиг.3 с обычным армированием 17). Особенностью этих конструкций является использование пространственной работы фундамента как единого, цельного объекта под зданием, сооружением на грунтовом основании и в том числе с использованием постнапряжения армирования с различной степенью интенсивности. Недостатком таких конструкций является сложность формирования основания таких фундаментов и невозможность изменения свойств подстилающих грунтов в заданных параметрах.
Известны также технические мероприятия по изменению свойств подстилающих грунтов основания. Обращает на себя внимание использование армирования георешетками, габионами и уплотнением (фиг.6, 7) грунта. На фиг.5 - показана установка по конусной и фигурной вытрамбовке грунта [10].
Наиболее близким по своей сущности и достигаемому техническому результату является фундамент (фиг.4), который включает в себя опорные площадки 4, опорные части вертикальных несущих конструкций (колонн) 17, металлические тяги 3 с отличительной особенностью в том, что колонны 18 пропускаются сквозь опорные площадки на расчетную глубину и упираются в металлические тяги (пресс-тяги), которые поднимаются вверх и могут образовывать поверх фундаментной плиты металлическую несущую сеть [3, 5, 11, 12]. Имеются также регулируемые коуши 19.
Недостатком близкого по сути фундамента и упомянутых выше конструкций (аналогов) являются возможные значительные осадки отдельных участков системы «основание-фундамент», что может приводить к сверхнормативным неравномерным осадкам надфундаментного строения. Необходимо обязательное применение демпфера [4] неравномерных осадок здания, сооружения и при этом (для прототипов и вновь предлагаемого решения) на начальной стадии монтажа производить наблюдения за работой демпферов, причем с повышенным вниманием.
Цель предлагаемого изобретения - создание фундамента площадного типа с высокой несущей и эксплуатационной надежностью при минимуме расхода материалов. Допускается использование фундамента в виде автономных самостоятельных локальных конструкций.
Анкерный фундамент включает грунтовые пресс-тяги с утолщенными (вуты) опорными площадками по грунту 4, а также опорные площадки здания, анкеры в грунте 1. Отличается предложенная конструкция фундамента тем, что опорные площадки по грунту стянуты пресс-тягами к анкерам со сплачиванием вутов в единую трехосно сжатую конструкцию, вдавленную в грунт 10, причем так, что это обжатие и вдавливание в грунт сохраняется при последующей в процессе строительства и эксплуатации частичной замене натяжения тяг давлением от опорных площадок здания и исключением части тяг из работы путем их демонтажа.
Максимально использован известный факт, что вырывание завинченного в тело винта или анкера сопровождается отделением от него конусной поверхности. Такое же явление происходит и с грунтом - равносильное выемке из грунта конуса с высотой, равной заглублению этой анкера и диаметром основания, равным этому же заглублению или меньшему, приравненному шагу колонн. На практике для малоэтажных зданий значение этого заглубления может быть в диапазоне ~5÷10 метров (при этом анкеры могут быть в виде винтовой поверхности фиг.8 [7, 8, 9] или, например, теряемых наконечников), средней этажности ~10÷20 м, а повышенной этажности - 20÷40 м. Для высоток глубина заложения анкера может быть еще большей и с отклонением скважины от вертикали для увеличения сопротивления выдергиванию.
Внешне в общем случае (фиг.9, 10) площадной анкерный фундамент здания 14 в законченном виде похож на фундаментную плиту переменной толщины по ее площади на грунте 10. В нем также присутствуют основные элементы в виде армированной плиты 6, утолщений 4 (и 7) под колоннами 9 и даже постнапрягаемым армированием 11. Визуальное отличие (фиг.10) представляется незначительным в виде одной или нескольких тяг 3 (в виде пресс-тяг), теряемых анкеров 1 и обжатом грунте, в зоне трамбовки 12 и между нею и зоной интенсивного обжатия грунта 13. (Общая картина может быть дополнена законтурными вне здания пресс-тягами 15 и габионно-сетчатым 8 покрытием поверх дискретного материала 7, например, в виде щебня.)
Предлагаемый анкерный фундамент состоит (см. фиг.1, 2, 9, 10) из грунтового анкера 1, пресс-тяг 3 в скважине 2, опорных площадок 4 с утолщениями (вутами) по гео-, габионной, силовой сетке 8 на подсыпке из прочных дискретных материалов, элементов 7. Вся конструкция фундамента из различных элементов объединяется дополнительно набетонкой 6 и постнапрягаемым армированием 11. В таком виде может эксплуатироваться элемент фундамента как самостоятельная автономная конструкция, а может быть использован и как элемент объединенного площадного фундамента.
Монтаж конструкции анкерного фундамента начинается с устройства скважины 2 и анкера 1, к которому крепятся тяги 3 (некоторые временно). После укладки опорных площадок 4, например, в виде сборных железобетонных или металлических (из перфорированного металла) плит производится стягивание и обжатие опорных площадок с вутами (сплачивание) и вдавливание их в грунт (пресс-тяги). Обжатие и вдавливание сопровождается трехосной работой бетона в вутах (трехосное обжатие). Примечательно, что объемное обжатие производится и подстилающих грунтов основания, поскольку выпору грунта препятствует дискретный материал 7 в силовой, габионной и геосети.
Элементы фиг.1, 2 в определенной комбинации могут составлять конструкции различных конфигураций площадных фундаментов в плане. Иными словами, по некоей грунтовой площадке могут быть установлены (по шагу колонн) «шайбы», которые вдавливаются в грунт бóльшим усилием через посредство анкера и тяг (пресс-тяги). Усилие может составлять 1÷1,5 часть максимального значения эксплуатационной нагрузки. По сути, производится натурное испытание системы «основание-фундамент» нагрузками от здания до установки самого здания. Нагрузка с повышенными значениями позволяет выбрать все возможные деформации системы и в последующем закрепить образовавшуюся деформированную форму.
Последнее обстоятельство технического решения является отличительной особенностью предлагаемого изобретения.
В качестве анкеров могут использоваться винтовые элементы винтовых опор (свай) [7] (см. фиг.8) или иных конструкция винтовых свай [8, 9]. Иные решения.
Штанга с винтовым наконечником легко вкручивается в грунт и может выполнить роль обсадной трубы, которая используется и для размещения тяг (но в последующем удаляется). Следует отметить, что винтовые или иные анкеры как и сама анкерная система способны полностью противостоять воздействию морозного пучения грунтов.
Вуты, образующие «шайбу» из сегментов, могут быть выполнены в виде гибкой шайбы [13], а могут быть выполнены в виде утолщений опорной площадки в целом или составных площадок - секций. Площадки выполняются из железобетона, металла, сетчатой оболочки или оболочек. Сами сетчатые оболочки могут являться армированием гибкой опорной площадки в целом как некой гибкой шайбы.
Емкости, оболочки, сетки наполняются дискретным материалом (или могут быть уже наполнены и доставлены в снаряженном виде). Вдавливаемый демпфер (демпфер может вкручиваться в центрирующую штангу) напрягает конструкцию оболочки шайбы так, что в совокупности они все вместе на период монтажа представляют неразъемную, жесткую, недеформируемую конструкцию. После продолжения монтажа и дополнительного загружения через посредство опорного элемента конструкция фундамента еще больше становится жесткой и тем более неразъемной.
В случае с «гибкой шайбой» привлекательна малая материалоемкость за счет рационального использования местных, а также эффективного применения привозных материалов.
Предлагаемое техническое решение по окончанию представлено железобетонной конструкцией, в которой используется стальная арматура с усиленной антикоррозионной защитой, тросы или синтетические материалы с высоким модулем упругости.
В общем исходном случае конструкция предлагаемого фундамента (части площадного) дана на фиг.1, 2, 9, 10, где предлагаемое техническое решение представлено в виде:
1 - Грунтовый анкер;
2 - Скважина;
3 - Вертикальная пресс-тяга;
4 - Опорная площадка (с утолщениями, вутами);
5 - Законтурная опорная площадка;
6 - Набетонка, объединяющий железобетонный монолит;
7 - Щебенистая (из прочных дискретных элементов) подсыпка;
8 - Геосетка, габионная сетка, силовая сеть;
9 - Вертикальная несущая конструкция здания (колонна);
10 - Подстилающие грунты основания;
11 - Постнапрягаемое армирование фундамента;
12 - Уплотненная трамбовкой зона грунта;
13 - Уплотненная интенсивным обжатием зона грунта;
14 - Здание, сооружение;
15 - Типовой комплект элементов анкерного фундамента вне грузовой площадки под зданием, сооружением (комплект по сути - аналог пресс-тяг).
Рассмотренное решение с «гибкой шайбой» можно принять как вариант решения анкерного фундамента, но не совсем полностью отвечающий его сути, а именно - обязательное удаление элементов, стягивающих «опорные площадки» (шайбы) и анкеры. Именно этот демонтаж позволяет минимизировать материалоемкость высокопрочных дорогостоящих элементов - канатов, тросов.
Источники информации
1. Тетиор А.Н. Проектирование и сооружение экономичных конструкций фундаментов. Киев, Будивельник, 1975, 200 с.
2. АС 715722 М. кл. E02D 27/01. Фундамент. О.В.Снежко №2598229/29-33. Заявление от 10.03.78, опубликовано 25.02.80.
3. Патент на полезную модель №51043. Кл. E02D 27/01. «Фундамент Виктории». Кармадонов С.В. №2004115467/03 ФИПС. Заявление от 24.05.2004, опубл. 27.01.2006, Бюл. №03.
4. Патент на изобретение №2370597. Кл. E02D 35/00. «Демпфер неравномерных осадок здания, сооружения». С.В.Кармадонов. Заявление от 24.12.2007, опубл. 20.10.2009, Бюл. №29.
5. Патент на изобретение №2310042. Кл. E02D 27/00. «Фундамент здания, сооружения». Кармадонов С.В. №2005131661/03 ФИПС. Заявление от 11.10.2005, опубл. 10.11.2007, Бюл. №031.
6. POST-TENSIONED FUNDATIONS», VSL International LTD, Bern, June 1988, Second printing: October 1990.
7. Винтовые опоры (сваи) серии "ВО-М". Центр специальных инженерных сооружений. http://www.zabor-zaborov.ru/vo-m.html
8. «Фундамент на винтовых сваях». http://www.termamarket.ru/svai#teh
9. «Naue GmbH Gallerry». http://go.mail.ru/frame.html?imgurl=http://www.mideast-constraction.com/cms/images/stories/spotproducts/naue/gallery/secugrid1.gif&pageurl=
http://www.mideast-construction.com/cms/index.php%3Foption%3Dcom%5Fcontent%26task%3 Dview%26id%3D2414%26Itemid%3D214&id=1
10. «Технология и оборудование для уплотнения грунтов и устройства фундаментов». ИТЦ "Сибстрин-инновация", Новосибирск, http://old.sibstrin.ru/innovation/fundament.html.
11. Патент на изобретение №2363812. Кл. E02D 27/00. «Грунтовые пресс-тяги». Кармадонов С.В. Заявка №2008101224/03 ФИПС от 21.01.2008, опубл. 10.08.2009 Бюл. №22.
12. Заявка на изобретение 2009122394/03(030923) в ФИПС от 11.06.09, «Фундамент», Кармадонов С.В.
13. Заявка на изобретение 2009130231/ (042168) в ФИПС от 07.08.09, «Фундамент с гибкой шайбой», Кармадонов С.В.