СПОСОБ УСТРОЙСТВА ФУНДАМЕНТОВ ГЛУБОКОГО ЗАЛОЖЕНИЯ И ФУНДАМЕНТ ГЛУБОКОГО ЗАЛОЖЕНИЯ
METHOD OF CONSTRUCTING DEEP FOUNDATIONS AND DEEP FOUNDATION

Изобретение относится к области строительства, а именно к фундаментам глубокого заложения для зданий и сооружений на любых грунтах, включая обводненные грунты.
Известен способ устройства фундаментов сооружений (патент РФ на изобретение №2496944, МПК E02D 27/12, опубл. 27.10.2013 г.), включающий формирование нижней части в виде армированного основания фундамента, поверх которого выполняют буферный слой и устраивают бетонную подготовку. Поверх бетонной подготовки выполняют гидроизоляцию и возводят верхнюю часть в виде фундамента.
Недостатком данного способа является отсутствие жесткого соединения верхней и нижней части, в результате чего уменьшается его сопротивление действию изгибающего момента и поперечной силы, что существенно уменьшает эффективность использования фундамента.
Наиболее близким к предлагаемому является способ возведения фундамента (патент РФ на изобретение №2305154, МПК E02D 27/12, опубл. 27.08.2007 г.), включающий устройство нижней части в виде свай, верхней части в виде ростверка и объединение верхней части с нижней частью. Плиту ростверка изготавливают на поверхности грунта с зазорами вокруг каждой сваи. После изготовления плиты с зазорами осуществляют последовательное возведение подвала и надземной части здания, а объединение свай с плитой ростверка производят после осадки грунта под плитой путем подачи бетонной смеси через проемы в стенах подвала, замоноличивания зазоров вокруг каждой сваи и изготовления объединяющей железобетонной стяжки.
Недостатком данного способа является недостаточная эффективность. Каждая из отдельных свай нижней части фундамента воспринимает возникающие нагрузки независимо от других свай. Дискретная работа каждой сваи приводит к возникновению концентрации напряжения в оголовке сваи, что ограничивает восприятие значительных изгибающих моментов и поперечной силы.
Наиболее близким к предлагаемому является фундамент, возводимый по способу, описанному в патенте РФ на изобретение №2305154 (МПК E02D 27/12, опубл. 27.08.2007 г.). Данный фундамент включает нижнюю часть в виде свай и верхнюю часть в виде ростверка. Нижняя и верхняя части фундамента объединены.
Недостатком данного фундамента, как и способа его возведения, является недостаточная эффективность.
Задача (технический результат) предлагаемого способа и фундамента заключается в повышении эффективности использования фундамента за счет обеспечения восприятия большего изгибающего момента и поперечной силы.
Поставленная задача решается тем, что в способе устройства фундаментов глубокого заложения, включающем сооружение нижней и верхней частей, для сооружения нижней части бурят скважину, в которую, по меньшей мере, один раз, опускают вращающуюся инжекторную головку. Через инжекторную головку подают цементный раствор под давлением 200-600 атмосфер до образования грунтоцементной сваи заданного диаметра, в которую вибропогружателем задавливают армокаркас на расчетную глубину, оставляя верхнюю часть армокаркаса выше устья скважины в качестве анкерующего выпуска для анкеровки нижней части с верхней частью. Аналогично образуют по квадратной сетке грунтоцементные сваи, примыкающие друг к другу. Таким образом заполняют весь массив грунтоцементной части фундамента. После чего в середине каждой группы из четырех грунтоцементных свай образуют аналогичным образом дополнительную грунтоцементную сваю для создания монолитной грунтоцементной нижней части. Затем поверх полученной монолитной грунтоцементной части сооружают железобетонную верхнюю часть, соединяя ее с нижней частью посредством анкерующих выпусков армокаркаса. Площадь подошвы верхней части описывает площадь сечения нижней части.
Поставленная задача решается тем, что в фундаменте глубокого заложения, включающем нижнюю и верхнюю части, нижняя часть образована выполненными по технологии струйной цементации грунтоцементными сваями с армокаркасом, образующими монолитный массив. Армокаркас выступает выше устья скважины, образуя анкерующие выпуски. Верхняя часть фундамента выполнена железобетонной и соединена с нижней частью посредством анкерующих выпусков армокаркаса. Площадь подошвы верхней части описывает площадь сечения нижней части.
Выполнение нижней части в виде грунтоцементного монолита и его жесткое соединение с верхней железобетонной частью посредством анкерующих выпусков обеспечивают совместную работу верхней и нижней частей фундамента с массивом за счет большой общей жесткости фундамента. В результате изгибающий момент и поперечная сила воспринимаются всем фундаментом без концентрации напряжений в зоне контакта нижней и верхней частей фундамента.
Кроме того, предлагаемый способ позволяет возводить фундамент в сложных геологических условиях, в стесненном пространстве. А в обводненных грунтах не требуется проведение водопонижения, что существенно снижает затраты на сооружение фундамента.
Предлагаемые способ и фундамент поясняются чертежами, где на фиг. 1 изображен предлагаемый фундамент, вид сверху; на фиг. 2 - предлагаемый фундамент, разрез по А-А; на фиг. 3 - схема расположения грунтоцементных свай для образования монолитной нижней части.
Предлагаемый фундамент включает нижнюю часть в виде монолитного массива, образованного выполненными по технологии струйной цементации грунтоцементными сваями 1 с армокаркасом 2. Армокаркас 2 выступает выше устья 3 скважины, образуя анкерующие выпуски 4. Верхняя часть 5 выполнена железобетонной и соединена с нижней частью посредством анкерующих выпусков 4 армокаркаса 2. Площадь подошвы верхней части 5 описывает площадь сечения нижней части.
Способ устройства фундаментов глубокого заложения осуществляют, а фундамент создают следующим образом.
Проводят предварительные опытные работы для определения параметров струйной цементации на данном грунте. По результатам предварительных опытных работ определяют давление и плотность цемента для получения свай заданного диаметра.
Бурят скважину без обсадки. В скважину, по меньшей мере, один раз, опускают вращающуюся инжекторную головку, через которую подают цементный раствор под давлением 200-600 атмосфер. Используются инжекторные головки, обеспечивающие непрерывную дозированную подачу раствора. Под действием давления по мере подъема инжекторной головки происходит размыв в грунте цилиндрической полости с одновременным смешением грунтового шлама с цементным раствором до образования грунтоцементной сваи 1 заданного диаметра. Суммарное время приготовления, транспортирования и подачи цементного раствора в скважину 3 не должно превышать времени до начала схватывания раствора. В сваю 1 вибропогружателем задавливают армокаркас 2 на расчетную глубину, оставляя верхнюю часть армокаркаса 2 выше устья 3 скважины в качестве анкерующего выпуска 4. Аналогично образуют по квадратной сетке грунтоцементные сваи 6, 7, 8, примыкающие друг к другу. Таким образом заполняют весь массив грунтоцементной части фундамента. После чего в середине каждой группы из четырех грунтоцементных свай 1, 6, 7, 8 образуют аналогичным образом дополнительную грунтоцементную сваю 9. При образовании грунтоцементных свай 9 происходит заполнение свободного пространства между сваями 1, 6, 7, 8 и создается монолитная грунтоцементная нижняя часть. Поверх полученной монолитной грунтоцементной части сооружают железобетонную верхнюю часть 5, соединяя ее с нижней частью посредством анкерующих выпусков 4 армокаркаса 2. Железобетонную верхнюю часть сооружают таким образом, чтобы площадь подошвы верхней части 5 описывала площадь сечения нижней части.
Устройство грунтоцементных свай по технологии струйной цементации, в зависимости от грунтовых условий, назначения и требуемой прочности и фильтрационных свойств создаваемой грунтоцементной конструкции, может производиться по следующим технологиям:
3
а) однокомпонентная технология (Jet1). Разрушение грунта производится струей цементного раствора. Технология наиболее простая в исполнении, достигается наибольшая плотность и прочность грунтоцемента. Прочность на сжатие грунтоцемента при оптимальном расходе цемента (350-400 кг/м) в песчаных грунтах, выполненных по технологии (Jet1), составляет в среднем 5-10 МПа, в глинистых грунтах - до 4 МПа. Диаметр грунтоцементной сваи в глинистых грунтах ≤ 500 мм, в песчаных грунтах - ≤ 700 мм. Возможны более высокие показатели диаметра и прочности при повышенных расходах цемента вплоть до полного замещения грунта цементным раствором;
б) двухкомпонентная технология (Jet2). Для увеличения объема закрепляемого грунта используется дополнительно энергия сжатого воздуха, создающего искусственный воздушный поток вокруг струи раствора. Плотность и прочность грунтоцемента ниже на 10-15%, чем по технологии Jet1, диаметр грунтоцементной сваи в глинистых грунтах - 700 мм, в песках - 1200 мм;
в) трехкомпонентная технология (Jet3). Разрушение грунта производится водной струей в искусственном воздушном потоке, а цементный раствор подается в виде отдельной струи. Плотность и прочность грунтоцемента значительно, на 30-50%, ниже, чем при Jet1 и Jet2, диаметр грунтоцементной сваи больше и может достигать при оптимальном расходе цемента в глинах 900 мм, в песках - 1500-2400 мм;
г) модернизированные технологии.
Выбор разновидности технологии струйной цементации и состава твердеющего раствора зависит от назначения конструкции, требуемой прочности или иных показателей грунтоцемента, определенных проектом.
В предлагаемом способе используется однокомпонентная технология.
Следует учитывать, что соотношение вода/цемент в инъекционном растворе является параметром, влияющим на механические свойства грунтоцементной сваи и исходные характеристики массы грунт-раствор. При наличии фильтрационных течений, которые могли бы размыть новообразованный грунтоцементный элемент, необходимо снижать соотношение воды к цементу и повышать удельный вес раствора.