СЕЙСМОСТОЙКИЙ ФУНДАМЕНТ В КРИОЛИТОЗОНЕ

Полезная модель относится к строительству и может быть использована при возведении сейсмостойкого фундамента на многолетнемерзлых грунтах (в криолитозоне).
Известен способ повышения устойчивости свайных фундаментов в криолитозоне, включающий размещение теплоизоляционного экрана на поверхности грунтового основания и расчет необходимых его параметров (см. RU №2159308, E02D 3/00, опубл. 20.11.2000). При этом конструкция свайного фундамента, включающего буроопускные сваи, ростверка, соединяющего их верхние части, дополнительно содержит теплоизоляционный экран, размещенный на поверхности и внутри грунтового основания, его размеры, геометрическую конфигурацию, а также теплофизические свойства материала, имеющие пространственную анизотропию, определяют из условий совпадения проектируемого температурного поля, обеспечивающего устойчивость сооружения в течение всего периода эксплуатации.
Однако в известном решении свайного фундамента его сейсмостойкость в условиях криолитозоны не учитывается.
Для повышения сейсмостойкости зданий при проектировании свайных фундаментов предусматриваются различные приемы, например, увеличенные глубина скважин, сечение и количество металлической арматуры свай (см. СП 25.13330.2012. Основания и фундаменты на вечномерзлых грунтах. Актуализированная редакция СНиП 2.02.04-88) или между сваями устанавливается специальное демпфирующее устройство в виде демпферов сухого трения (см. Сейсмостойкий фундамент в районах вечной мерзлоты / Т.А. Белаш, Д.А. Сергеев // Сейсмостойкое строительство. Безопасность сооружений. - №6. - 2013. - С.40-43).
Все эти мероприятия значительно повышают стоимость строительно-монтажных работ и требуют высокого уровня механизации по устройству свайных фундаментов, что ведет к ограничению их применения в малоэтажном, в том числе, индивидуальном строительстве.
Наиболее близким к заявляемому решению является сейсмостойкий фундамент, включающий опорные столбы, выполненные путем бурения скважин с расширением в нижней части и заполнением скважин бетоном, грунт вокруг которых в верхней части заменяют на податливый материал, ростверка, соединяющего их верхние части, где перед заполнением скважин бетоном в них закладывают вертикальную арматуру, проходящую через ростверк, а после изготовления ростверка арматуру натягивают (см. RU №2221112, E02D 27/34, E04H 9/02, опубл. 10.01.2004).
Преимущество прототипа от известного решения (см. RU №2159308, E02D 3/00, опубл. 20.11.2000) состоит в снижении трудоемкости и затрат на возведение сейсмостойкого фундамента, а также обеспечении возможности возводить его без привлечения механизированных подъемно-транспортных средств. Однако предложенные способ и конструкция сейсмостойкого фундамента не адаптированы к использованию в условиях многолетнемерзлых грунтов, где, согласно СНиП 2.02.04-88, основными принципами их использования в качестве основания сооружения являются их мерзлое состояние (I принцип) или же с их предварительным оттаиванием на расчетную глубину до начала возведения сооружения или с допущением их оттаивания в период эксплуатации сооружения (II принцип) в зависимости от конструктивных и технологических особенностей зданий и сооружений, инженерно-геокриологических условий и возможности целенаправленного изменения свойств грунтов основания.
Задача предлагаемого технического решения заключается в обеспечении устойчивости сейсмостойкого фундамента в условиях многолетнемерзлых грунтов за счет уменьшения мощности слоя сезонного оттаивания - промерзания грунтов без смещения общего уровня теплового баланса грунта.
Технический результат, получаемый при использовании настоящего решения, выражается в конструкции фундамента для условий многолетне-мерзлых грунтов, способной обеспечить устойчивость за счет уменьшения мощности слоя сезонного оттаивания - промерзания грунтов без смещения общего уровня теплового баланса грунта.
Для решения поставленной задачи сейсмостойкий фундамент в криолитозоне, включающий опорные столбы, выполненные путем бурения скважин с расширением в нижней части и заполнением скважин бетоном, грунт вокруг которых в верхней части заменяют на податливый материал, ростверка, соединяющего их верхние части, где перед заполнением скважин бетоном в них закладывают вертикальную арматуру, проходящую через ростверк, а после изготовления ростверка арматуру натягивают, дополнительно содержит теплоизоляционный экран, размещенный на всей поверхности грунтового основания, его параметры определяют из условий совпадения проектируемого температурного поля, обеспечивающий устойчивость сооружения в течение всего периода эксплуатации.
Сопоставительный анализ признаков заявленного решения с признаками прототипа и аналога свидетельствует о соответствии заявленного решения критерию «новизна».
Совокупность признаков полезной модели обеспечивает решение заявленной технической задачи, а именно, обеспечение устойчивости фундамента в условиях криолитозоны.
Конструкция фундамента поясняется чертежом, где на фигуре показан поперечный разрез фундамента с возведенной на нем стеной 5 и отмосткой 10.
Сейсмостойкий фундамент представляет собой опорные столбы из бетона с расширением в нижней части 1, верхние части которых соединяются ростверками 2, напряженное состояние в вертикальной арматуре 3 создается путем затягивания гайки 4 резьбового соединения. По месту установки опорных столбов вокруг них удаляется грунт и заменяется на податливый материал 6, например, керамзит, а по грунтовому основанию укладывается теплоизоляционный экран 7 из пенополистирольных плит, поверх которых устраивается песчаная засыпка 8, а по ней выполняется бетонная стяжка 9.
Согласно описанию прототипа (см. RU №2221112, Е02D 27/34, E04H 9/02, опубл. 10.01.2004) при сейсмических отклонениях грунта нижняя часть опорного столба 1 перемещается вместе с грунтом, а верхняя часть отклоняется, подминая податливый материал 6, при этом вертикальная арматура 3 растягивается в пределах упругих деформаций. При этом обеспечивается устойчивость сейсмостойкого фундамента в условиях многолетнемерзлых грунтов за счет уменьшения мощности слоя сезонного оттаивания - промерзания грунтов без смещения общего уровня теплового баланса грунта в результате укладки теплоизоляционного экрана из пенополистирольных плит по всей поверхности грунтового основания.
Согласно СНиП 2.02.04-88 выбор принципа использования многолетнемерзлых грунтов в качестве основания, а также способов и средств, необходимых для обеспечения принятого в проекте температурного режима грунтов, производят на основании сравнительных технико-экономических расчетов.
При использовании многолетнемерзлых грунтов в качестве основания по принципу II строительство на площадке проектируют с допущением ограниченной зоны оттаивания грунтов основания. Поэтому по результатам сравнительных технико-экономических расчетов для условий г. Якутска толщина плиты из экструдированного пенополистирола «Пеноплэкс-45» составляет 0,10 м согласно СНиП 23-02-2003 «Тепловая защита зданий», т.е. его термическое сопротивление равно
ппс
ппс
ппс
2
R=σ/λ=0,1/0,032=3,13 м·°С/Вт.
С учетом слоев песчаной засыпки и бетонной стяжки, уложенных поверх пенополистирольных плит общее значение термического сопротивления составит
общ
ппс
песка
бетона
ппс
песка
песка
бетона
бетона
R=R+R+R=R+σ/λ+σ/λ=3,13+
2
0,3/0,47+0,1/0,76=3,13+0,64+0,13=3,9 м·°С/Вт,
что обеспечивает устойчивость сейсмостойкого фундамента в условиях многолетнемерзлых грунтов за счет значительного уменьшения мощности слоя сезонного оттаивания - промерзания грунтов без смещения общего уровня теплового баланса грунта.
Использование предлагаемого технического решения по сравнению с прототипом полезной модели позволяет обеспечить устойчивость сейсмостойкого фундамента на вечномерзлых грунтах за счет уменьшения мощности слоя сезонного оттаивания - промерзания грунтов без смещения общего уровня теплового баланса грунта посредством использования теплоизоляционного экрана из пенополистирола, размещенного по всей поверхности грунтового основания, придавленного к ней песчаной засыпкой и закрепленного бетонной стяжкой.