ФУНДАМЕНТ ЗДАНИЯ
BUILDING FOUNDATION

Изобретение относится к строительству, а именно к возведению зданий с автоматической компенсацией неравномерности осадки здания на неоднородном слабом грунте.
Возведение конструкций зданий с автоматической компенсацией неравномерности осадки здания на неоднородном слабом грунте базируется на применении эластичных высокопрочных долговечных, не менее 50 лет, непроницаемых мембран в сочетании с автоматическим контролем положения фундамента здания, сооружения.
Известны конструкции фундаментов на мембранах (RU 2616633 C1, МПК E02D 27/12, публ. 18.04.2017, Бюл. №11). Фундамент содержит естественное или искусственное основание с криволинейной цилиндрической поверхностью, мембрану, уложенную на основание, и опорный контур в виде системы перекрестных балок. Мембрана уложена через прокладки, состоящие из двух, скользящих относительно друг друга, слоев материала, на криволинейную цилиндрическую поверхность естественного или искусственного основания, расположенного в котловане и обращенного выпуклостью вверх. В поперечном направлении мембрана прикреплена краями к опорному контуру, выполненному в виде системы перекрестных балок и заглубленному в естественное основание. Недостаток известного технического решения состоит в том, что в нем не предусмотрена возможность автоматической компенсации неравномерности и самой равномерной осадки оснований и фундаментов в случае неравномерно-сжимаемого основания.
Техническая задача состоит в уменьшении осадок фундамента, повышении надежности надфундаментной конструкции, создании эффективного мембранного фундамента, снижении материалоемкости при строительстве зданий на неравномерно-сжимаемом основании.
Техническая задача решается тем, что фундамент здания, выполненный в котловане, включающий смонтированный по периметру жесткий опорный контур и основание для здания, согласно техническому решению, содержит основание, выполненное в виде надувной плоской секционной подушки, состоящей из отдельных сваренных между собой герметичных отсеков, разделенных переборками и ограниченных сверху верхней, а снизу нижней сваренными между собой мембранами, причем верхняя мембрана выполнена с жесткостью, обеспечивающей возможность конечного перемещения здания равного не более 1/20 части предельной деформации здания, а нижняя имеет жесткость, как минимум, в три раза меньше жесткости основания, при этом рабочее давление в секциях подушки, которое обеспечивается автоматической системой закачки воздуха для поддержания неизменного положения здания, превышает давление под подошвой фундамента от нагрузки строящегося здания не менее, чем на 40%, причем, фундамент, передающий давление от здания на жесткую верхнюю мембрану, выполнен жестким.
Технический результат заключается в том, что такая конструкция фундамента обеспечивает уменьшение осадок фундамента и повышение надежности конструкции здания.
Сущность предлагаемого технического решения поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлен фундамент здания. Фундамент здания состоит из надувной плоской секционной подушки, разделенной двойными непроницаемыми переборками 9 на секции 1, 2, 3, 4 в соответствии с эпюрой изменения модуля деформации (жесткости) грунтов основания здания 5. Верхняя мембрана подушки 6 выполнена с жесткостью, обеспечивающей возможность конечного перемещения здания равного не более 1/20 предельной деформации здания, а нижняя мембрана 7 имеет жесткость, как минимум, в 3 раза меньше жесткости основания, при этом рабочее давление в секциях подушки, которое обеспечивается автоматической системой поддержания неизменного положения здания 8, превышает давление под подошвой фундамента от нагрузки здания не менее, чем на 40%. Жесткость материала переборок 9 между секциями мембраны соответствует жесткости верхней мембраны. Это делают для того, чтобы исключить «наплыв» соседних секций друг на друга при отличающихся давлениях в соседних секциях. Фундамент 10, передающий давление от здания 5 на верхнюю жесткую мембрану 6, выполнен жестким, в виде плиты или перекрестных лент. По периметру здания 5 выполнен жесткий опорный контур 11.
Выполняют фундамент следующим образом. Вначале отрывают котлован под здание. Затем, по периметру здания выполняют жесткий опорный контур 11. В котловане монтируют основание для здания 5 в виде надувной плоской секционной подушки, состоящей из отдельных сваренных между собой герметичных отсеков 1-4, разделенных непроницаемыми переборками 9 и ограниченных сверху верхней 6, снизу нижней 7 мембранами. В настоящее время на рынке РФ представлены, например, мембраны HDPE, Германия, с заявленной долговечностью в 300 лет и эластичностью, допускающей удлинение на 550%. Такие характеристики позволяют подобрать требуемые жесткости для нижней и верхней мембран, а также, для переборок между секциями. Затем подушку накачивают воздухом с начальным давлением, величина которого обеспечивает проектное положение основания здания. Начальное давление в мембране должно быть достаточным для выполнения железобетонного фундамента здания. По мере роста этажности возводимого здания давление в секциях мембраны поддерживают на уровне, требуемом автоматической системой поддержания неизменного положения здания. Верхняя мембрана 4 - жесткая, нижняя мембрана 5 - эластичная, то есть верхняя и нижняя мембраны имеют различную жесткость, соответственно различную толщину и надуты, например, воздухом до рабочего давления Р с помощью автоматически регулируемых по давлению компрессоров 8 с одновременным контролем высотного положения фундамента, например, с помощью роботизированного нивелира, автоматически объединенного с системой контроля положения здания и подкачки давления в секциях подушки. Контроль высотного положения фундамента осуществляют в автоматическом режиме, с подачей команд на повышение/понижение давления в отдельных секциях подушки в зависимости от смещения нижней мембраны и, соответственно, понижения/повышения давления внутри подушки. Рабочее давление в подушке Р должно превышать давление под подошвой фундамента от нагрузки строящегося здания не менее чем на 40%. По мере монтажа конструкций и роста этажности здания возрастает рабочее давление Р в подушке. Каждому уровню давления под подошвой фундамента соответствует рабочее давление Р в подушке. Подушка по площади разделена на секции непроницаемыми переборками 9, расстояние между которыми выбирается в соответствии с изменением характера эпюр Е1,2,3,4 изменчивости сжимаемости основания здания, сооружения. Количество секций и переборок определяют в зависимости от изменчивости сжимаемости основания под площадью здания и количеством участков с условно одинаковыми жесткостными характеристиками. При этом, трение между переборками уменьшают применением двойных мембран из специальных материалов, минимизирующих трение, а также, дополнительных, например, фторопластовых прокладок. Под подошвой фундамента здания 5 жесткость верхней мембраны 6 должна обеспечивать ее конечное перемещение, равное не более чем 1/20 части предельной деформации здания, согласно СП 22.13330.2011. Жесткость нижней эластичной мембраны 7 должна быть, как минимум, в 3 раза меньше величины сжимаемости основания. При такой эластичности мембрана должна сохранять свою целостность. Таким соотношением обеспечивается «охват» всех неблагоприятных сочетаний жесткостей нижней мембраны 7 и изменчивости сжимаемости основания здания, сооружения. В нижней части здания выполняют бетонный или другой жесткий фундамент 10 в виде плиты или перекрестных лент, передающий давление от здания на верхнюю жесткую мембрану 6.
Надувная подушка снабжена автоматической системой поддержки неизменного положения фундамента.
Работает предлагаемая конструкция следующим образом.
По мере возрастания нагрузок от здания, возрастает давление на сильносжимаемые грунты под нижней мембраной 7, нижняя мембрана стремиться сместиться вниз, при этом давление в секциях снижается, и автоматическая система поддержания давления включается и начинает подкачивать воздух в секции, восстанавливая тем самым рабочее давление Р до первоначальной величины, возможно, с некоторым превышением. Верхний предел давления будет определяться по условно выбранному порогу смещения здания, контролируемому роботизированным нивелиром 8. Например, для зданий нормальной категории технического состояния такое пороговое перемещение может быть принятым 0,2 мм. Роботизированный нивелир, зафиксировавший пороговое смещение и объединенный с системой поддержания давления, дает команду на отключение насоса, восстанавливающего давление между мембранами, при этом, здание сохраняет свое высотное положение с точностью - 0,2 мм. В случае дальнейшего смещения нижней мембраны описанный процесс повторяется и в итоге высотное положение здания находиться на одном и том же уровне, несмотря на смещение нижней мембраны и постепенное уплотнение грунтов под нижней мембраной. Таким образом, обеспечивается неизменное высотное положение здания на сжимаемых грунтах при их постепенном уплотнении и улучшении их свойств.