Способ уширения подошвы фундамента
METHOD FOR BROADENING THE SOLE OF THE FOUNDATION

Изобретение относится к области строительства, а именно к увеличению площади фундаментов при недостаточной несущей способности основания.
Известны способы уширения подошвы фундамента сборными железобетонными плитами или монолитной железобетонной подушкой, размещаемыми под подошвой фундамента в предварительно освобожденном от грунта пространстве на захватке длиной 1,5 - 2 м (Технология ремонта и усиления фундаментов: [сайт] - URL: https://lidermsk.ru/articles/68/tehnologiya-remonta-i-usileniya-fundamentov/ (дата обращения: 03.03.2022) [1]. Способы предусматривают ручное удаление грунта из-под подошвы фундамента и имеют следующие недостатки:
- при производстве работ грунт основания будет расструктурироваться (разрыхляться на неопределенную глубину, при длительном проведении работ на открытом воздухе возможно его замачивание дождем), что в дальнейшем может снизить несущую способность основания, вызвать повышенные местные осадки фундамента и повреждения его и вышележащих конструкций;
- необходимость отрывки котлованов с обеих сторон фундамента;
- необходимость разборки полов и временный вывод из эксплуатации примыкающих к фундаменту помещений;
- проведение опалубочных, монолитных и ряда сопутствующих работ.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению является способ уширения фундамента, в котором необходимое подфундаментное пространство для размещения элементов уширения фундамента создается сжатием грунта при вдавливании гидравлическим домкратом бетонных блоков под подошву фундамента (патент RU 2276709) [2].
2
Недостатком этого способа являются неочевидность его реализации. Отсутствуют подтверждающие опытные данные или расчетное обоснование возможности формирования необходимого объема подфундаментного пространства уплотнением грунта посредством продавливания под подошвой фундамента железобетонных блоков. Уплотнение грунтов, состоящих из твердых частиц и пор, происходит под нагрузкой в основном вследствие уменьшения объема пор. Под подошвой фундамента грунт находится в уплотненном состоянии и минимальный объем пор может составить для песка около 25% объема грунта, у суглинков - 25%, твердых глин - 15%. Так известно, что пески считаются малосжимаемыми грунтами. Также известно, что уже при удельных давлениях 3-4 кгс/см даже самые слабые грунты настолько уплотняются, что становятся слабосжимаемыми (Метелюк Н.С., Шишко Г.Ф., Соловьева А.Б., Грузинцев В.В. Сваи и свайные фундаменты (справочное пособие). - Киев, Будiвельник, 1977, 256 с. (с.81) [3]. То есть, при продавливании блоков с увеличением давления на грунт его плотность и прочность будут увеличиваться, а деформации сжатия уменьшаться, что не позволит обеспечить продавливание элементов уширения на необходимое расстояние.
В связи с вышеизложенным возможность продавливания грунта блоками уширения на значительное расстояние неочевидна.
Кроме того, при продавливании бетонного блока уширения будет разрушаться структура связных грунтов (суглинков, глин) под подошвой фундамента рядом с зоной давления, что ослабит несущую способность грунтового основания.
Задачей предлагаемого изобретения является повышение надежности формирования подфундаментного пространства при уширении подошвы фундамента.
Техническим результатом заявленного изобретения является сохранение структуры грунтового основания.
Поставленная задача и технический результат достигаются благодаря тому, что в известном способе уширения подошвы фундамента, предусматривающим в месте уширения фундамента выемку грунта с наружной стороны здания до глубины установки блока уширения, размещение блока уширения под фундамент с помощью опущенного в выемку домкрата, согласно изобретению, в котловане дополнительно размещается стальная коробчатая емкость для отбора грунта из-под фундамента, а блок уширения фундамента вдвигается домкратом в подфундаментное пространство, сформированное посредством вдавливания под подошву фундамента домкратом с последующим удалением также домкратом после заполнения грунтом стальной коробчатой емкости с размерами поперечного сечения, соответствующими размерам блока уширения фундамента, при этом длина емкости соответствует длине блока уширения фундамента, а в ее конструкции предусмотрены декомпрессионные отверстия для удаления сжимаемого внутреннего воздуха поступающим в емкость грунтом.
Новизна заявляемого предложения состоит в том, что отбор грунта из-под фундамента осуществляется посредством емкости без нарушения структуры грунтового основания.
2
Сущность изобретения поясняется чертежами. На фиг.1,А показано расположение оборудования в отрытом котловане с наружной стороны здания перед началом продавливания емкости для отбора грунта под подошвой фундамента: 1 - существующий фундамент; 2 - реечный домкрат горизонтального действия грузоподъемностью 3 тс [5]; 3 - емкость для отбора грунта с приваренным упорным элементом 9; 4 - опорный элемент из листовой стали площадью не менее 300 см; 5 - пол здания.
На фиг.1,Б показано начало продавливания емкости 3 под подошву фундамента 1 после первого хода рейки 7 домкрата 2: поз.6 - отобранный грунт в емкости 3; 8 - наращиваемый опорный элемент из древесины твердых пород (береза, дуб, клен...) длиной равной ходу рейки 7 домкрата 2.
На фиг.1,В показано окончание продавливания емкости 3 под подошву фундамента 1: поз.7 - выдвижная рейка домкрата.
На фиг.2,А показано расположение в плане оборудования перед началом извлечения заполненной грунтом емкости 3 из-под подошвы фундамента 1.
На фиг.2,Б показано расположение в плане оборудования после первого хода рейки 7 домкрата 2: опорный элемент 8 длиной равной ходу рейки 7 домкрата 2 размещен между упорным элементом 9 и домкратом 2 с убранной рейкой 7; поз. 11 - полость в основании фундамента 1, сформированная после забора грунта.
На фиг.2,В показано расположение в плане оборудования после удаления емкости 3 из-под фундамента 1: поз.7 - выдвижная рейка домкрата 2.
На фиг.3 показана конструкция емкости 3 для отбора грунта из-под фундамента.
Осуществление способа формирования подфундаментного пространства для уширения фундамента выполняется в следующей последовательности: с наружной стороны здания вдоль требующего расширения фундамента примерно через 1,5 м осуществляется выемка грунта до глубины установки железобетонных блоков уширения фундамента. Размеры выемок (котлованов) должны быть достаточными для последовательного проведения в каждой из них работ по отбору грунта из-под подошвы фундамента и установки блока уширения фундамента. Для образования пространства под фундаментом 1 в котловане размещаются емкость для отбора грунта 3, реечный домкрат горизонтального действия 2 и опорный элемент из листовой стали 4 (фиг.1,А).
Наружные размеры емкости должны соответствовать размерам железобетонного блока уширения фундамента в форме параллелепипеда. С закрытого торца емкости (фиг.3) полками приваривается швеллер №8 (высота швеллера 8 см) для упора выдвижной рейки 7 домкрата 2 (фиг.2, 3). Назначение швеллера - предотвращение погнутия торцевой стенки емкости 3 при передаче усилия от домкрата 2. В емкости предусмотрены декомпрессионные отверстия 10 для удаления внутреннего воздуха емкости 3 при его сжатии поступающим в емкость грунтом 6. Со стороны открытой части емкости 3 в листовой стали предусмотрены скосы (сеч. а-а) для снижения сопротивления грунта при продавливании емкости 3 и его направленного перемещения внутрь емкости. Расчеты показали, что при весе заполненной грунтом стальной емкости около 500 кг и коэффициенте трения стали по грунту, изменяющемуся в пределах 0,25 - 0,5, расчетное сопротивление грунта продавливанию емкостью 3 не превысит 2 тонн. Таким образом, для проведения работ достаточно использовать реечный домкрат ДР 3000 (3т) с ходом (выдвижением) рейки 35-40 см. Работа домкрата может осуществляться в вертикальном и горизонтальном положении [5].
2
1
1
1
1
После первого вдавливания емкости 3 на глубину хода рейки 7 (фиг.1,Б) рейку возвращают внутрь домкрата 2 и в освободившееся пространство вставляют опорный элемент 8 из древесины твердых лиственных пород с площадью торца элемента не менее 30 см (брус 15×20 см или отрезок бревна диаметром не менее 20 см) и длиной равной ходу рейки 7 (35-40 см) домкрата 2. После следующего продавливания емкости 3 рейку 7 опять возвращают внутрь домкрата 2 и в освободившееся пространство между емкостью 3 и домкратом 2 вставляют опорный элемент 8 длиной равной двум ходам рейки 7 ((35-40 см)×2) домкрата 2. Затем процесс вдавливания емкости 3 повторяют до ее внедрения под фундамент 1 на требуемое для уширения подошвы фундамента расстояние (фиг.1,В). Для образования подфундаментного пространства требуемой глубины в большинстве случаев будет достаточно четырех ходов рейки 7 домкрата 2, то есть, понадобятся три опорных элемента 8 длиной кратной ходу рейки 7. Если обозначить ход рейки L, тогда длины опорных элементов при последовательном их использовании будут равны L, 2L, 3L.
Для удаления заполненной грунтом емкости 3 из подфундаментного пространства домкрат 2 располагается на емкости 3 между упорным элементом 9 и опорным элементом 4, размещенным на боковой поверхности фундамента 1 (фиг.2,А). При весе заполненной грунтом емкости 3 около 500 кг и коэффициенте трения стали по грунту в пределах 0,25-0,5 тяговое усилие для извлечения емкости 3 из-под фундамента составит примерно 250 кг.
1
1
1
В процессе удаления емкости 3 после первого полного хода рейки 7 ее возвращают в первоначальное положение в домкрате 2 и в освободившееся пространство между упором 9 и домкратом 2 вставляют опорный элемент 8 длиной L равной ходу рейки 7 (35-40 см) (фиг.2,Б). После второго и третьего хода рейки 7 в образовавшееся пространство между упором 9 и домкратом 2 соответственно вставляют опорные элементы 8 длиной 2L и 3L.
По окончании процесса извлечения емкости 3 из-под фундамента 1 емкость 3 стропуется за упорный элемент 9 и грузоподъемным механизмом (кран, экскаватор …) удаляется из котлована для разгрузки.
Затем в котлован грузоподъемным механизмом подается железобетонный блок уширения фундамента в форме параллелепипеда размерами, соответствующими габаритам емкости 3. Процесс установки блока уширения в образованное пространство под реконструируемым фундаментом аналогичен процессу вдавливания емкости 3 под фундамент (фиг.1,А,Б,В).
Таким образом, предложенный способ уширения подошвы фундамента повышает надежность формирования подфундаментного пространства с сохранением структуры грунтового основания.