ФУНДАМЕНТ С ГИБКОЙ ШАЙБОЙ
FOUNDATION WITH FLEXIBLE WASHER

Предлагаемое изобретение относится к области строительства фундаментов и может быть использовано в промышленном и гражданском строительстве. Фундамент с гибкой шайбой в настоящем описании рассматривается как исходный ключевой составной элемент площадного фундамента, но который может быть применен и использован в виде самостоятельной конструкции.
Известны различные георешетки (фиг.5) [7], габионные конструкции и площадные фундаменты, применяемые в промышленном и гражданском строительстве [1, 2, 3], в которых используется постнапряжение армирования с различной степенью интенсивности.
Армирование может быть подстилающих и вновь насыпных грунтов основания, самих конструкций фундаментов или системы «основание-фундамент» в целом. Особенностью таких сооружений является использование пространственной работы фундамента как единого цельного объекта под зданием, сооружением. Недостатком таких конструкций является необходимость возведения конструкции, соответствующего расхода материалов из расчета полной несущей способности объекта в целом. Исключена возможность поэтапного монтажа, поэтапного расхода материалов с повышением во времени несущей способности по мере возведения здания. В этом заключена сложность формирования системы «основание-фундамент» с повышающимися несущими функциями во времени. (Строительство высоток может быть поэтапным по мере появления средств и возможностей. В этом случае и затраты по устройству фундаментов также поэтапные, а не сразу на здание максимальной этажности).
Наиболее близким по своей сущности и достигаемому техническому результату является фундамент, который включает в себя фундаментную плиту (отдельные участки плиты), опорные части вертикальных несущих конструкций (колонн), металлические тяги (несущую сеть). Отличительная особенность этого фундамента заключена в том, что колонны пропускаются сквозь фундаментную плиту на расчетную глубину и упираются в металлические тяги, которые поднимаются вверх и образуют поверх фундаментной плиты металлическую несущую сеть [1, 2].
Недостаток такой конструкции - значительные неконтролируемые осадки отдельных участков системы «основание-фундамент», что может приводить к сверхнормативным неравномерным деформациям надфундаментного строения. Неизбежно применение демпферов неравномерных деформаций, которые сглаживают остроту ситуации, но на начальной стадии монтажа требуют интенсификации, наблюдений, работы демпферов, повышенного внимания.
Цель изобретения - создание на первом этапе эксплуатации сборного, а в завершении сборно-монолитного фундамента площадного типа с высокой эксплуатационной надежностью при минимуме земляных работ и затрат на материалы и изделия заводского изготовления.
Такой фундамент состоит (см. фиг.1, 2) из сборных отдельных частей (или цельной части) габионных, сетчатых элементов гибкой шайбы 1 (для малоэтажных зданий может быть нечто в виде наполненного и стянутого «биг бэга» в форме тора. Материал «биг бэга» - пластик, стеклоткань. После контролируемых, регулируемых деформаций (осадок) во все незаполненные полости нагнетается цементный раствор или иное какое-либо вяжущее вещество. По сути, оболочка в виде сетки, габиона выполняет функции внешнего армирования стянутой шаровидной конструкции, материал которой представлен крупными, прочными дискретными частицами (галька, щебень, обломки кирпича), опорных элементов 5 вертикальных несущих конструкций здания, сооружения, тяг 4, элементов демпфера неравномерных осадок 6, 7, 8, 9. Все эти элементы могут представлять самостоятельный локальный фундамент или в определенной комбинации могут составлять часть пространственной конструкции различных конфигураций в плане.
Опорный элемент 3 вертикальной несущей конструкций опирается на подвижную часть демпфера 6, который в совокупности с элементами 8, 9 (опорная часть демпфера и материал его заполнения) пропущен между элементами армирования гибкой шайбы 1 и уперт в тяги 4 так, чтобы натяжение тяг сплачивало элементы гибкой шайбы в неразъемную конструкцию или стягивало ее (если элемент 1 выполнен как единый «биг бэг» в форме тора) к демпферу. Натяжение тяг 4 осуществлено посредством опертого демпфера, прикрепленного к натянутой штанге 10 с заанкеренным в грунте винтовым наконечником 11, с последующей в процессе строительства и эксплуатации заменой натяжения давлением от опорного элемента 3.
Такое техническое решение является отличительной особенностью предлагаемого изобретения, а технический результат изобретения состоит в получении эффективной жесткой конструкции на период монтажа и последующей эксплуатации, причем с низкой общей материалоемкостью (максимальное использование местных материалов) и стоимостью на возведение.
В качестве штанг могут использоваться конструкции типа винтовых опор (свай) серии "ВО-М" [4] (см. фиг.3) или конкретных винтовых свай (фиг.4) [5].
Винтовые опоры серии ВО-М представляются облегченными металлическими сваями длиной до 1800 мм (предназначены для строительства фундамента заграждений в грунтах, наиболее распространенных в средней полосе России).
Данный тип винтовой опоры зарекомендовал себя для любых видов заграждений в средних и плотных грунтах.
Вместо фланцевого соединения (которое может располагаться на глубине 200-300 мм от уровня грунта и при необходимости бетонироваться «кольцом», если нужна недемонтируемая конструкция или нужно усилить ограждение на сопротивление опрокидыванию, либо над уровнем грунта) в предлагаемом техническом решении вкручивается демпфер.
Конструкция демпфера и (возможно фланцевого соединения) опорного элемента вертикальной несущей конструкций здания, сооружения позволяет позиционировать вертикальные конструкции с точностью до 1 градуса по вертикали и до нескольких миллиметров по горизонтали [6].
Штанга с винтовым наконечником легко вкручивается в грунт, устойчива ввиду уплотнения почвы и дает возможность монтажа надфундаментных конструкций сразу после ввинчивания демпфера. Монтажное натяжение в штанге может быть от нескольких одного до нескольких десятков кН. Следует отметить, что винтовые опоры-сваи способны полностью противостоять воздействию морозного пучения грунтов [5].
Из материалов на фиг.2 ясна суть монтажа предложенной конструкции фундамента. Вкручивается в грунт штанга (труба) с винтовым наконечником. В монтажную лунку 12 укладываются элементы гибкой шайбы. Емкости, оболочки, сетки 1 наполняются дискретным материалом (или могут быть уже наполнены и доставлены в снаряженном виде). Вкручиваемый, вдавливаемый или еще каким-либо образом прикрепляемый к штанге демпфер напрягает тяги и саму 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 3 конструкция фундамента еще больше становится жесткой и тем более неразъемной.
Привлекательна малая материалоемкость за счет рационального использования местных материалов, а также эффективных (армирование выполнено однослойным, высокопрочной стальной или синтетической арматурой, тросами, нитями).
Предлагаемое техническое решение по окончании представлено железобетонной конструкцией, в которой используется стальная арматура с усиленной антикоррозионной защитой, тросы или синтетические материалы с высоким модулем упругости.
Обращает на себя внимание использование технических мероприятий по изменению свойств насыпных грунтов основания - уплотнение и армирование георешетками.
В общем исходном случае конструкция предлагаемого фундамента (части площадного) представлена на фиг.1, 2, где
1 - армирование гибкой шайбы (сетчатая оболочка);
2 - подстилающие грунты основания;
3 - опорный элемент вертикальных несущих конструкций здания, сооружения;
4 - тяга;
5 - материал гибкой шайбы в виде дискретного заполнения;
6 - подвижная часть демпфера;
7 - зенкерно-сверловой спускной клапан;
8 - опорная часть демпфера;
9 - материал заполнения демпфера;
10 - центрирующая штанга;
11 - винтовой наконечник;
12 - монтажная лунка
2
В предложенном техническом решении фундамента ключевыми элементами являются комплект из оболочки армирования 1, анкера, штанги и демпфера. В самом простом случае этот комплект сам по себе уже является фундаментом. Сборные звенья шайбы 8 могут быть общей площадью порядка 2 м, что означает даже для слабого грунта приемлемую несущую способность (например, для зданий малой этажности) ~300 кН (~307).
Следует отметить, что сборный вариант одиночного фундамента с шайбой работоспособен, но еще большая надежность этой работы обеспечивается объединением одиночных фундаментов монолитом в единый площадной фундамент.
Источники информации
1. 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.
2. Патент на изобретение №2310042. Кл. Е02D 27/00/ «Фундамент здания, сооружения». Кармадонов С.В. №2005131661/03 ФИПС Заявление от 11.10.2005, опубл. 10.11.2007 Бюл. №031.
3. POST-TENSIONED FUNDATIONS», VSL International LTD, Bern, June 1988, Second printing: October 1990.
4. Винтовые опоры (сваи) серии "ВО-М". Центр специальных инженерных сооружений. http://www.zabor-zaborov.ru/vo-m.html.
5. «Фундамент на винтовых сваях». http://www.termamarket.ru/svai#teh.
6. Заявка, по которой получено положительное решение (2009 год) об изобретении «Демпфер неравномерных осадок здания, сооружения». С.В.Кармадонов №200147713/20 (052298) ФИПС Заявление от 24.12.2007.
7. «Naue GmbH Gallerry». http://go.mail.ru/frame.html?imgurl=http://www.mideast-constmction.com/cms/images/stories/spotproducts/naue/gallery/secugridl.gif&pageurl=http: //www.mideast-construction.com/cms/index.php%3Foption%3Dcom%5Fcontent%26task%3Dview%26id% 3D2414%26Itemid%3D214&id=1.