АРМОГРУНТОВЫЙ ЩЕЛЕВОЙ ФУНДАМЕНТ МЕЛКОГО ЗАЛОЖЕНИЯ
REINFORCED-GROUND BARRETTE SHALLOW FOUNDATION

Изобретение относится к фундаментам мелкого заложения, а именно к щелевым фундаментам, отличается применением легких композитных конструкций в качестве несущих элементов и создания армогрунтового массива, которые могут быть использованы в качестве усиления основания под здания и сооружения с плитным фундаментом, а также в качестве фундамента для различных сооружений, мостов и трубопроводов, газопроводов, временных бытовых сооружений, жилых домов и объектов массового скопления людей.
Известен плитный фундамент (1), усиленный заглубленной обоймой, расположенной вне фундамента по его периметру на некотором расстоянии от края плиты. Заглубление низа обоймы превышает глубину максимальных горизонтальных перемещений грунта. Расстояние обоймы от края плиты назначают в зависимости от запланированной проектной несущей способности или осадки фундамента, а в составной обойме из армоэлементов их верхние части соединены поясом.
Данный вид фундамента обладает следующими недостатками: составная обойма из армоэлементов, отделяющая горизонтальные напряжения под подошвой фундамента, является разъединительной стенкой, которые признаны не эффективными (2). Наличие промежутков между армоэлементами и сваями в грунтах делает возможным свободный обмен напряжениями и деформациями в основании такого фундамента. Это ослабляет эффективность усиления фундамента такими обоймами.
Известна монолитная система основания (3) со стойким составным покрытием из гомополимера, имеющим полунепрерывную конфигурацию, содержит распределяющие нагрузку элементы для формирования швов. Содержит основание, содержащее блоки из пенополистирола и несущее полунепрерывное цементобетонное покрытие, опалубка для которого формируется блоками из пенополистирола, входящими в состав основания. Распределяющие нагрузку элементы выполнены в виде распределяющих нагрузку пластин. Каждая из распределяющих нагрузку пластин содержит два анкера с двумя арматурными прутками для задания положения формирователя шва и шарнир, выполненный с возможностью вращения против часовой стрелки под действием опорного момента, создаваемого нагрузкой, и по часовой стрелке под действием опорного момента, создаваемого распределяющими нагрузку пластинами.
Данная конструкция обладает следующими недостатками: этот плитный фундамент сложно выполнить в построечных условиях, предварительно необходимо откопать котлован, удалить слабый пучинистый грунт, предлагается использовать очень дорогие, но слабые полимерные конструкции на сжатие, что заведомо неэффективно.
Известна конструкция фундамента малоэтажных зданий на просадочных грунтах (4). Траншея под фундамент выполнена шириной, превышающей ширину фундамента в 3 раза, на глубину заложения фундамента с учетом толщины плиты, укладываемой на дно траншеи, и песчаной подсыпки по верху плиты под фундаментом, которая выполнена из железобетона с откосами для стока проникающей через грунт воды, или в виде подушки из жирной глины, сдерживающей напор воды, толщиной 35-40 см, сверху которых установлен ленточный фундамент, пазухи которого засыпаны грунтом, при этом вместо плиты или глиняной подушки использована прочная водонепроницаемая ткань (например, стеклоткань), уложенная на дно траншеи цилиндрической или ломаной формы, выпуклостью вверх, причем конструкция дополнена вертикальными дренами из песка, устроенными вдоль граней плиты из железобетона, жирной глины или водонепроницаемой ткани, исключающие проникание воды под них.
Данная конструкция обладает следующими недостатками: предлагаемая конструкция требует значительного объема земляных работ, требуется дополнительное устройство дренажа, но не решает вопрос усиления несущей способности грунтов основания.
3
Наиболее близкой по технической сущности является конструкция фундамента (5) для жилых домов или зданий коммерческого назначения, содержащая по меньшей мере одну внешнюю стенку, выбранную из группы, состоящей из вертикальной стенки и горизонтального пола, причем по меньшей мере одна внешняя стенка снабжена опорным металлическим каркасом. По меньшей мере часть по меньшей мере одной внешней стенки находится ниже уровня грунта, и по меньшей мере одна внешняя стенка содержит по меньшей мере одну усиленную легкую цементную панель, способную сохранять свои размеры. Каркас содержит, по меньшей мере, один металлический элемент каркаса, выбранный из группы, состоящей из гофрированного металлического листа, металлических балок и металлических стоек. Панель имеет плотность от 65 до 90 фунтов на кубический фут (1.04-1.44 г/см) и способна выдерживать сдвиговые нагрузки, когда она прикреплена к каркасу, причем панель содержит однородную фазу, полученную в результате отверждения водного раствора, содержащего, в пересчете на сухое вещество, 35-70% вес. реакционно-способного порошка, 20-50% вес. облегчающего наполнителя и 5-20% вес. стеклянных волокон. Однородная фаза армирована стеклянными волокнами и содержит частицы облегчающего наполнителя, которые имеют удельную плотность 0,02-1,00 и средний размер частиц примерно 10-500 микрон.
Данный вариант имеет следующие недостатки: сложную конструкцию, что требует высокой квалификации работников, увеличивает требуемое время на устройство фундамента и использует в значительном объеме разнородные привозные материалы.
Задачей предлагаемого технического решения является максимальное использование доступного дешевого материала и применение легких долговечных композитных блоков в качестве тела щелевого фундамента, что позволит снизить стоимость фундамента, повысить его надежность и исключить применение тяжелой грузоподъемной техники.
Данная задача решается следующим образом конструкция армогрунтового щелевого фундамента мелкого заложения, содержащая вертикальные стенки-траншеи отличается тем, что траншеи выкладываются полыми композитными блоками прямоугольного сечения с дном или без него, шириной, равной ширине траншеи, с толщиной стенок, требуемой по условиям расчетной прочности фундамента по грунту и материалу, заполненными материалом наполнения. Траншеи прорезаются барровой установкой, или устраиваются при помощи грейфера, экскаватора или траншеекопателя. Полый композитный блок в траншеях может быть дополнен ребрами жесткости и/или поделен не несколько секций. Полый композитный блок может быть заполнен грунтом без органических примесей, песком, щебнем, песчано-гравийной смесью, сыпучими материалами, смесью грунта или песка с цементом, бетоном, смесью грунта с полимерной добавкой, смесью грунта с армирующей фиброй. Поверх фундамента устраивается песчаная, щебеночная или бетонная подготовка. В случае заполнения полых композитных блоков смесью на основе цемента или другого вяжущего, возможно устройство выпусков арматуры для объединения с ростверком или плитой.
Сутью предлагаемого конструктивного решение является создание армогрунтового щелевого фундамента из полых композитных блоков. Композитный блок может быть изготовлен методами инфузии, RTM, пултрузии, контактным формованием или намоткой. В качестве материалов для изготовления композитного блока могут применяться стеклопластики, базальтопластики, углепластики и органопластики, а также их комбинации, в отдельных случаях при невысокой нагрузке могут применяться не армированные пластики полихлорвиниловые, выполненные из полиэтилена низкого давления и др. Выбор материала зависит от расчетной нагрузки армогрунтового щелевого фундамента. Композитный блок выполняется прямоугольной формы, с размерами, определяемыми расчетом, а также с точки зрения технологических особенностей оборудования для образования щелей (фреза), полым, состоящим из стенок требуемой по расчету толщины, с дном или без него. Необходимость дна устанавливается задачей проектирования и зависит от конкретных грунтовых условий. Наличие дна незначительно удорожает конструкцию. Ширина композитного блока должна соответствовать ширине траншеи для исключения образования крупных зазоров, которые в последующем потребуется заполнять. Для облегчения перевозки и повышения несущей способности конструкция блока может быть дополнена ребрами жесткости и/или поделена не несколько секций. Выбор конкретного материала и способа крепления ребер жесткости и промежуточных стенок композитного блока - вопрос выбора технологии изготовления и определения потребности покупателей, целевого рынка и номенклатуры производимых изделий. Композитный блок заполняется грунтом, без органических примесей. Для увеличения дренирующих свойств блок может заполняется привозным песком, щебнем или песчано-гравийной смесью (ПГС). Для повышения прочности и несущей способности полость блока может заполняться привозным грунтом, сыпучими материалами, а также смесью грунта или песка (ПГС) с цементом, бетоном, полимерными добавками, армирующей фиброй.
Композитный блок выступает в качестве несущей арматуры армогрунтового массива, а система из нескольких щелевых фундаментов работает как фундамент мелкого заложения (фиг. 1). Сниженное боковое трение по сравнению с традиционными материалами позволяет применять настоящую конструкцию фундамента в пучинистых грунтах.
Поверх щелевого фундамента устраивается песчаная, щебеночная или бетонная подготовка, либо в случае заполнения блоков цементогрунтовой или цементопесчаной смесью или бетоном возможно устройство выпусков арматуры для объединения с ростверком/плитой.
Технология устройства армогрунтового щелевого фундамента заключается в следующей последовательности действий (фиг. 2):
1) устраивается траншея прорезанная барровой установкой, что является наиболее технологичный и выгодный вариантом, возможно при помощи грейфера, экскаватора или траншеекопателя;
2) производится погружение полого композитного блока прямоугольного сечения (фиг. 3) в траншею;
3) выполняется послойное заполнение полости блока с уплотнением;
4) устраивается песчаная, щебеночная или бетонная подготовка;
5) возможно устройство выпусков арматуры для объединения с ростверком/плитой.
На фиг. 1 приведен фундамент мелкого заложения, выполненный тремя щелевыми фундаментами. Щелевой фундамент представляет собой полый композитный блок (представлен на фиг. 3), уложенный в траншею, прорезанную барровой установкой, что является наиболее технологичным и выгодным вариантом, возможно устроенную при помощи грейфера, экскаватора или траншеекопателя (процесс устройства щелевого фундамента представлен на фиг. 2), и затем заполняемый с послойным местным грунтом или привозными материалами и смесями. Конструкция полого блока может быть дополнена ребрами жесткости или разделена вертикальными стенками на секции из условия устойчивости боковой стенки при перевозке и эксплуатации. При необходимости увеличить несущую способность фундамента по пяте в слабых грунтах конструкция может быть дополнена монолитной торцевой заглушкой с одной стороны (дном блока щелевого фундамента). Состав материала заполнения подбирается исходя из конкретных требований к фундаменту конкретного здания и сооружения из условия несущей способности по материалу, требованию обеспечить вертикальный дренаж, экономических соображений и др.
Предлагаемый армогрунтовый фундаментный массив может быть использован в качестве усиления основания под здания и сооружения с плитным фундаментом, а также в качестве фундамента для различных сооружений, мостов и трубопроводов, газопроводов, временных бытовых сооружений, жилых домов и объектов массового скопления людей.
Армогрунтовый щелевой фундамент мелкого заложения может выступать в качестве безростверковой опоры в случае использования его как, например, основания дороги в заболоченной местности или фундаментом трубопровода. Поверх фундамента устраивается песчаная, щебеночная или бетонная подготовка в зависимости от конкретных условий и характера нагружения.
В качестве использования его как, например, усиления основания под здания и сооружения с плитным фундаментом возможно устройство выпусков арматуры для объединения с ростверком или плитой для восприятия горизонтальных и выдергивающих усилий. В данном случае материалом заполнения полых композитных блоков является смеси на основе цемента или другого вяжущего. Ростверк или плита, сколько арматуры и какой именно, определяется конкретными условиями проектирования.
Технический результат состоит в обеспечении эффективной работы фундамента при действии на него различных нагрузок, снижении материалоемкости и трудоемкости.
Источники информации
1. Патент РФ №2536527 от 27.12.2014 года. З. №2013111976 от 19.03.2013, года E02D27/01.
2. Диссертация Н.С. Никифоровой «Закономерности деформирования оснований зданий вблизи глубоких котлованов и защитные мероприятия», 2008 г.
3. Патент РФ №2509841 от 20.03.2014 года. З. №2010154175 от 03.07.2009 года, E02D 27/01.
4. Патент РФ на полезную модель №150469 от 20.02.2015 года. З. №2014131326 от 29.07.2014 года, E02D 27/01.
5. Патент РФ №2424400 от 20.07.2011 года. З. №2009102294/03 от 25.06.2007 года, E02D 27/00.