Габионный фундамент
GABION FOUNDATION

Изобретение относится к природоохранному строительству и может быть использовано как фундаментные опоры в зонах рекреации или других местах, куда трудно доставлять бетон.
Известен сборный бетонный фундамент, имеющий ступенчатую конструкцию, включающий сборные бетонные элементы (см. Берген Р.И., Дукарский Ю.М., Семенов В.Б. и Расс Ф.В. Инженерные конструкции. М.: Высшая школа, 1989 г., с. 349, рис. 22.2).
Недостатками указанного фундамента являются трудоемкость их применения на песчаных грунтах в зонах рекреации и относительная дороговизна.
Из известных технических решений наиболее близким к заявляемому техническому решению (т.е. прототипом) является габионный фундамент, включающий ступени из цилиндрических габионов, установленных концентрически и образующих телескопическую конструкцию, так, что диаметр цилиндрических габионов по мере заглубления увеличивается. Оболочка верхних габионов анкеруется в нижние. Под нижним цилиндрическим габионом предусмотрено противофильтрационное устройство. Касательная к углам ступеней имеет вогнутую поверхность, которая выполнена с постепенным увеличением угла поворота. Количество цилиндрических габионов не менее двух. В габионах в качестве сетки используется плетенная металлическая или другая сетка (см. патент Российской Федерации на изобретение №2457294, 2010 г.).
Основным недостатком фундамента прототипа являются ограниченные прочность и устойчивость по отношению к динамическим и сейсмическим нагрузкам, а также относительная дороговизна сеток, используемых в габионах.
Задачей изобретения является повышение прочности и устойчивости фундамента по отношению к динамическим и сейсмическим нагрузкам, а также удешевление фундамента.
Для решения поставленной задачи в габионном фундаменте, включающем ступени из цилиндрических габионов, установленных концентрически и образующих конструкцию, так, что диаметр цилиндрических габионов по мере заглубления увеличивается, при этом оболочки верхних габионов анкеруются в нижние, под нижним цилиндрическим габионом предусмотрено противофильтрационное устройство, а касательная к углам ступеней имеет вогнутую поверхность, которая выполнена с постепенным увеличением угла поворота, оболочки габионов выполнены из утилизированных металло-кордных автопокрышек, при этом диаметр отверстий боковых фланцев нижних оболочек меньше диаметра верхних оболочек, анкеровка верхних оболочек в нижние выполнена при помощи, как минимум трех фиксируемых гайками болтов, равномерно по окружности пронизывающих контактирующие боковые фланцы оболочек посередине их нахлеста, длина этих болтов меньше высоты нижних оболочек, но превышает половину их высоты, причем оболочки нижних двух ступеней фундамента выполнены из утилизированных металлокордных покрышек от большегрузных автомобилей, а оболочки верхних ступеней фундамента выполнены из металлокордных утилизированных покрышек от грузовых или легковых автомобилей, при этом каждая оболочка верхних ступеней фундамента, начиная снизу с третьей, выполнена из нескольких скрепленных между собой однотипных утилизированных автопокрышек, количество которых не менее двух.
Сущность изобретения заключается в том, что оболочки габионов выполнены из утилизированных металлокордных автопокрышек, при этом диаметр отверстий боковых фланцев нижних оболочек меньше диаметра верхних оболочек, анкеровка верхних оболочек в нижние производится при помощи как минимум трех фиксируемых гайками болтов, равномерно по окружности пронизывающих контактирующие боковые фланцы оболочек посередине их нахлеста, длина этих болтов меньше высоты нижних оболочек, но превышает половину их высоты, причем оболочки нижних двух ступеней фундамента выполнены из утилизированных металлокордных покрышек от большегрузных автомобилей, а оболочки верхних ступеней фундамента выполнены из металлокордных утилизированных покрышек от грузовых или легковых автомобилей, при этом каждая оболочка верхних ступеней фундамента, начиная снизу с третьей, выполнена из нескольких скрепленных между собой однотипных утилизированных автопокрышек, количество которых не менее двух.
Первый новый признак, заключающийся в том, что оболочки габионов выполнены из утилизированных металлокордных автопокрышек, позволяет предложенному техническому решению приобрести новое свойство, заключающееся в том, что в качестве оболочки габионов фундамента используются утилизированные отходы, имеющие уникальные, свойственные именно им, геометрические и механические характеристики, отсутствующие в известных технических решениях. Второй новый признак, заключающийся в том, что диаметр отверстий боковых фланцев нижних оболочек меньше диаметра верхних оболочек, позволяет предложенному техническому решению проявить новое свойство, заключающееся в том, что создается общая контактная поверхность между смежными оболочками габионного фундамента, позволяющая наиболее простым образом зафиксировать их между собой и создать условия для формирования анкеровки в теле фундамента. Третий новый признак, заключающийся в том, что анкеровка верхних оболочек в нижние производится при помощи как минимум трех фиксируемых гайками болтов, равномерно по окружности пронизывающих контактные боковые фланцы оболочек посередине их нахлеста, позволяет предложенному техническому решению проявить новые свойства, заключающиеся в том, что определяются наиболее оптимальные места, их минимальное количество и наиболее доступное и удобное средство для формирования наиболее простой и надежной связи между смежными оболочками габионов фундамента и создания возможностей анкеровки верхних габионов в нижних габионах фундамента. Четвертый новый признак, заключающийся в том, что длина этих болтов меньше высоты нижних оболочек, но превышает половину их высоты, позволяет предложенному техническому решению приобрести новое свойство, заключающееся в том, что определяются оптимальные пределы высоты болта для надежного анкерования верхних габионов фундамента в каменном заполнителе нижних габионов фундамента. Пятый новый признак, заключающийся в том, что оболочки нижних двух ступеней фундамента выполнены из утилизированных металлокордных покрышек от большегрузных автомобилей, позволяет предложенному техническому решению приобрести новое свойство, заключающееся в том, что именно утилизированные металлокордные покрышки от большегрузных автомобилей позволяют сформировать нижние цилиндрические ступени габионного фундамента с оптимально надежными габаритами, т.е. диаметром не менее 2,0 м и высотой не менее 0,5 м. Шестой новый признак, заключающийся в том, что оболочки верхних ступеней фундамента выполнены из металлокордных утилизированных покрышек от грузовых или легковых автомобилей, при этом каждая оболочка верхних ступеней фундамента, начиная снизу с третьей, выполнена из нескольких скрепленных между собой однотипных утилизированных автопокрышек, количество которых не менее двух, позволяет предложенному техническому решению приобрести новые свойства, заключающиеся в достижении компактности, расширении конструкторских решений при проектировании фундамента и соблюдении условия вогнутости поверхности касательной к углам ступеней фундамента, которая выполняется с постепенным увеличением угла поворота. Указанные новые признаки и свойства отсутствуют в известных технических решениях и позволяют предложенному техническому решению проявить эффективность, заключающуюся в повышении прочности и устойчивости фундамента по отношению к динамическим и сейсмическим нагрузкам, а также в удешевлении фундамента в целом.
Вышеизложенное позволяет утверждать, что предложенное техническое решение соответствует критериям изобретения "изобретательский уровень" и "новизна".
На фиг. 1 изображен габионный фундамент; на фиг. 2 показан разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 показан отдельно узел соединения и анкеровки нижних габионов фундамента.
На фиг. 1, 2 и 3 отмечены следующие элементы габионного фундамента: 1 - габионный фундамент; 2 - котлован; 3 - верхние цилиндрические габионы; 4 - нижние цилиндрические габионы; 5 - каменное заполнение габионов; 6 - анкеры; 7 - болт; 8 - гайка; 9 - противофильтрационное устройство.
Габионный фундамент сооружается и работает следующим образом. Открывается котлован 2 в грунте, в котором будет собираться габионный фундамент 1. В котловане 2 собираются цилиндрические габионы 3 и 4 различных диаметров, образуя ступенчатую конструкцию. Вышестоящие габионы при помощи анкеров 6, выполненных из длинных болтов 7 с гайками 8 анкеруются в каменное заполнение 5 нижестоящих габионов, при этом оболочки смежных оболочек скрепляются между собой.
В самом дне котлована из утилизированных металлокордных покрышек большегрузных автомобилей (например, БелАЗов) изготовляются нижние цилиндрические габионы 4. Самая нижняя ступень габионного фундамента формируется из утилизированной металлокордной покрышки самого (для фундамента) большого диаметра (например, здесь используется утилизированная покрышка диаметром 3,0 м, шириной протектора 0,9 м и диаметром внутреннего отверстия 0,8 м). Сверху нее концентрически устанавливается оболочка второй ступени габионного фундамента, в качестве которой используется утилизированная металлокордная покрышка меньшего размера, чем самая нижняя покрышка (например, здесь используется утилизированная покрышка диаметром 2,5 м, шириной протектора 0,9 м и диаметром внутреннего отверстия 0,7 м). Перед заполнением нижних оболочек габионного фундамента каменным заполнителем в них, как минимум в трех местах (через 120° по окружности) посередине нахлеста контактирующих боковых фланцев покрышек (т.е. в выбранном примере нахлест боковых контактирующих фланцев составляет 15 см, середина нахлеста 7,5 см) просверливаются сквозные отверстия, диаметром равным диаметру анкерных болтов 7 (например, 2 см). В эти отверстия просовываются покрытые антикоррозионным покрытием анкерные болты 7 длиной менее высоты оболочки нижнего габиона, но более половины его высоты (в нашем примере выбираем длину нижнего анкерного болта 0,6 м). Снизу закручиваем гайками 8 болты 7, скрепляя оболочки (покрышки) нижних цилиндрических габионов 4. В собранном виде болты 7 и гайки 8 формируют элементы, которые после заполнения покрышки самого нижнего габиона каменным материалом 5 выполняют функции анкеров 6 (см. фиг. 3). После начинают формировать оболочку третьего снизу габиона фундамента. В нашем примере выбирают две металлокордные утилизированные покрышки от грузовых автомобилей одинакового типоразмера (диаметром 0,96 м, шириной протектора 0,22 м, и диаметром внутреннего отверстия 0,51 м) и скрепляем их между собой по контактным боковым фланцам, например при помощи резинового клея. Полученную оболочку третьего снизу габиона фундамента концентрически устанавливают на вторую снизу габионную оболочку фундамента. Как минимум в трех местах (через 120° по окружности) посередине нахлеста контактирующих боковых фланцев оболочки второго снизу габиона и нижней покрышки оболочки третьего снизу габиона фундамента (т.е. в выбранном примере нахлест боковых контактирующих фланцев составляет 13 см, середина нахлеста 7,5 см) просверливаются сквозные отверстия, диаметром равным диаметру анкерных болтов 7 (например, 2 см). В эти отверстия просовываются покрытые антикоррозионным покрытием анкерные болты 7 длиной менее высоты оболочки нижнего габиона, но более половины его высоты (в нашем примере выбираем длину среднего анкерного болта 0,6 м). Снизу закручиваем гайками 8 болты 7, скрепляя оболочки снизу второго и третьего габионов фундамента. В собранном виде болты 7 и гайки 8 формируют элементы, которые после заполнения покрышки второго снизу габиона каменным материалом 5 выполняют функции анкеров 6 между вторым и третьим снизу габионами фундамента.
На последнем этапе начинают формировать оболочку самого верхнего габиона фундамента. В нашем примере выбирают три металлокордные утилизированные покрышки от легковых автомобилей одинакового типоразмера (диаметром 0,63 м, шириной протектора 0,19 м и диаметром внутреннего отверстия 0,37 м) и скрепляем их между собой по контактным боковым фланцам, например при помощи резинового клея. Полученную оболочку самого верхнего габиона фундамента концентрически устанавливают на третью снизу габионную оболочку фундамента. Как минимум в трех местах (через 120° по окружности) посередине нахлеста контактирующих боковых фланцев верхней покрышки оболочки третьего снизу габиона и нижней покрышки оболочки самого верхнего габиона фундамента (т.е. в выбранном примере нахлест боковых контактирующих фланцев составляет 6 см, середина нахлеста 3 см) просверливаются сквозные отверстия, диаметром равным диаметру анкерных болтов 7 (например, 2 см). В эти отверстия просовываются покрытые антикоррозионным покрытием анкерные болты 7 длиной менее высоты оболочки третьего снизу габиона, но более половины его высоты (в нашем примере выбираем длину верхнего анкерного болта 0,3 м). Снизу закручиваем гайками 8 болты 7, скрепляя оболочки верхнего и третьего снизу габионов фундамента. В собранном виде болты 7 и гайки 8 формируют элементы, которые после заполнения оболочек верхнего и третьего снизу габионов фундамента каменным материалом 5 выполняют функции анкеров 6 между верхним и третьим снизу габионами фундамента. Такая конструкция габионного фундамента 1 имеет большую несущую способность при минимальном расходе строительного материала. Для предотвращения осадок габионного фундамента 1, вызванных механической суффозией, под него на дне котлована 2 укладывается противофильтрационное устройство 9.
Предлагаемый габионный фундамент актуален при строительстве в непрочных песчаных и супесчаных грунтах, в зонах рекреации. Предлагаемая конструкция цилиндрического многоступенчатого габиона имеет требуемую несущую способность при минимальном расходе строительного материала.
Технико-экономическая эффективность предлагаемого габионного фундамента, по сравнению с габионным фундаментом-прототипом, заключается в том, что за счет использования в качестве оболочек габионного фундамента утилизированных металлокордных покрышек повышается устойчивость габионного фундамента по отношению к динамическим и сейсмическим нагрузкам, а также предложенная конструкция фундамента обходится дешевле за счет использования утилизированных отходов.