ЛЕНТОЧНО-ОБОЛОЧЕЧНЫЙ ФУНДАМЕНТ МЕЛКОГО ЗАЛОЖЕНИЯ
BAND-SHELL SHALLOW FOUNDATION

Изобретение относится к строительству и используется при сооружении оболочечных фундаментов мелкого заложения для зданий преимущественно средней и повышенной этажности на грунтовых основаниях, подстилаемых толщей слабых водонасыщенных пылевато-глинистых грунтов.
Известны ленточные фундаменты мелкого заложения, область применения которых фундаментов ограничивается превышением напряжений расчетного сопротивления грунтов основания и перераспределением усилий в наземных конструкциях при неравномерных осадках.
Известен оболочечный фундамент мелкого заложения (патент РФ №2223368), включающий оболочку, уложенную на грунтовое основание. Оболочка выполнена тонкостенной из армированного бетона нулевой или положительной Гауссовой кривизны, при этом армирование оболочки выполнено однослойным стальной или синтетической арматурой, заанкеренной в теле бетона опорного контура.
Недостатком известного фундамента является то, что в нем не в полной мере используются прочностные характеристики подоболочечного пространства фундамента, которое выполнено по естественному грунту, а также в таких фундаментах недостаточно проработан вопрос о включении арматуры оболочечной части фундамента в работу при нагружении фундамента вертикальной нагрузкой.
Известен плитно-свайный фундамент (патент РФ №2301303), включающий сваи и железобетонную плиту или ростверк, демпфирующие прокладки между головами свай и железобетонной плитой или ростверком из легкодеформируемого материала, при этом демпфирующие прокладки из однородного по сжимаемости материала выполнены из экструдированного пенополистирола, причем расчетная толщина демпфирующих прокладок принимается в пределах от 10 до 60 мм с увеличением в направлении от центральных и средних рядов свай к крайним рядам свай и угловым сваям с соотношением 1:2:3 или имеют одинаковую толщину в пределах от 10 до 60 мм, при этом соотношение модуля деформации материала прокладок над головами средних рядов свай, крайних рядов свай и над угловыми сваями принимается как 3:2:1, а при устройстве плитно-свайного фундамента на неравномерно сжимаемых грунтах, под частью железобетонной плиты или ростверка, опирающегося на несжимаемый грунт, устанавливают демпфирующую прокладку из легкодеформируемого материала.
Известен плитно-ребристый фундамент мелкого заложения (патент РФ №2561441), содержащий заглубленные в грунт фундаментные ребра по силовым осям здания, тонкую сплошную плиту в пролетной зоне и демпфирующую прокладку между плитой и грунтовым основанием, которая выполнена из плитного сильно сжимаемого материала, толщина которой подобрана из условия передачи на грунт основания через фундаментные ребра давления, обеспечивающего осадку этих ребер на величину, равную толщине демпфирующей прокладки и соответствующую расчетному сопротивлению упомянутого грунта, с исчерпанием сжатия материала демпфирующей прокладки обеспечена возможность ее обжатия с формированием единого фундамента и зоны уплотнения под ним в прочных поверхностных слоях грунта с перераспределением усилия его отпора с пролетной зоны фундамента на его ребра.
Наиболее близким к изобретению является фундамент в виде жестких ортогональных лент, объединенных гибкими выпуклыми вверх оболочками, устроенными по криволинейной поверхности (патент РФ №2393297), выбранный в качестве прототипа.
Фундамент содержит искусственное основание с криволинейной поверхностью, несущие элементы и оболочку, расположенную на основании, при этом несущие элементы выполнены в виде радиальных и кольцевых лент для оболочек с положительной Гауссовой кривизной или поперечных и продольных лент для оболочек с нулевой Гауссовой кривизной, образующих сетчатую оболочку, уложенных через прокладки, состоящие из двух слоев материала, скользящих относительно друг друга, на бетонную поверхность, образованную на криволинейной поверхности искусственного основания, расположенного в котловане и обращенного выпуклостью вверх, причем радиальные или поперечные ленты прикреплены краями к опорному контуру в виде опорного кольца или системы перекрестных балок, который заглублен в естественное основание, а между бетоном оболочки и опорным контуром находится прокладка из упругого материала.
Недостатком такого решения является неравномерное, неконтролируемое включение в работу железобетонной оболочки фундамента, за счет чего происходит неравномерная осадка фундамента.
Задачей, на решение которой направлено изобретение, является повышение эффективности использования оболочечных фундаментов мелкого заложения, рациональное устройство подоболочечного пространства из сборных грунто-цементных блоков и возможность осуществления контроля вовлечения в работу железобетонной оболочки за счет более эффективного взаимодействия системы «опорный контур-обол очка-грунтовое основание».
Поставленная задача решается с помощью предлагаемого ленточно-оболочечного фундамента мелкого заложения, содержащего заглубленные в грунт опорные контуры по несущим осям здания, серповидную сплошную железобетонную оболочку в пролетной зоне, отличающийся тем, что фундамент снабжен грунто-цементными блоками и демпфирующей прокладкой, при этом грунто-цементные блоки установлены в подоболочечном пространстве в пролетной зоне, и имеют прочность на сжатие меньше прочности серповидной сплошной железобетонной оболочки, но больше прочности на сжатие грунта, а демпфирующая прокладка расположена между опорными контурами и грунтовым основанием, и выполнена из плитного сильно сжимаемого материала (например из пенополистирола), позволяющая при сжатии вовлекать в работу арматуру железобетонной оболочки.
Дополнение фундамента грунто-цементными блоками, имеющими прочность на сжатие меньше прочности железобетонной оболочки, но больше прочности на сжатие грунта, с установкой их в подоболочечном пространстве в пролетной зоне, обеспечивает повышение качества подоболочечного пространства. Дополнение фундамента демпфирующей прокладкой и расположение ее между опорными контурами и грунтовым основанием, а также выполнение демпфирующей прокладки из плитного сильно сжимаемого материала, например пенополистирола, позволяет контролировать вовлечение в работу арматуры железобетонной выпуклой вверх оболочки с последующим обжатием подоболочечного пространства из грунто-цементных блоков.
Технический результат изобретения заключается в контролируемом вовлечении в работу железобетонной оболочки за счет более эффективного взаимодействия системы «опорный контур-оболочка-грунтовое основание, за счет натяжения арматуры оболочки в результате сжатия демпфирующей прокладки из пенополистирола.
Изобретение поясняется чертежами, где на фиг. 1 - представлен общий вид л енточно-обол очечного фундамента мелкого заложения, на фиг. 2 - показана работа фундамента на первой стадии, на фиг. 3 - показана работа фундамента на второй стадии.
Ленточно-оболочечный фундамент мелкого заложения состоит из железобетонных опорных контуров 1, выполненных по несущим осям здания, железобетонной серповидной оболочки выпуклой вверх в пролетных зонах 2, выполненной по сборным грунто-цементным блокам 3, демпфирующей прокладки 4 расположена между опорными контурами 1 и естественным грунтовым основанием 5, щебеночной подготовки 6 по демпфирующей прокладке 4, слою тощего бетона по щебню 7. Грунто-цементные блоки 3 установлены в подоболочечном пространстве в пролетной зоне 2, и имеют прочность на сжатие меньше прочности серповидной сплошной железобетонной оболочки, но больше прочности на сжатие грунта. Демпфирующая прокладка 4 выполнена из плитного сильно сжимаемого материала, например из пенополистирола.
Ленточно-оболочечный фундамент мелкого заложения осуществляется следующим образом.
Производится механизированная разработка грунта по всей площади котлована до нижней отметки укладки грунто-цементных блоков 3 с учетом технологического уширения дна котлована; производится механизированная разработка траншей под опорные контуры фундамента 1 вдоль несущих осей здания; из сборных грунто-цементных блоков формируется подоболочечное пространство 3; по основанию траншей под опорные контуры 1 производят укладку демпфирующей прокладки из сильно сжимаемого материала (пенополистирол) 4 толщиной «х»; выполняется щебеночная подготовка из щебня фракции от 20 мм до 40 мм толщиной 150 мм под ленточные части фундамента с уплотнением вибротрамбовкой 6; выполняется подготовка из тощего бетона класса В7,5 7; выполняется установка опалубки; в ленточные и оболочечные части фундамента устанавливаются в проектное положение арматурные сетки и каркасы; производится последовательное непрерывное бетонирование опорных контуров 1 и обол очечной части фундамента 2; осуществляет уход за бетоном и последующая распалубка.
Работа фундамента осуществляется следующим образом.
На I стадии работы (фиг. 2) нагрузки от возводимых надземных конструкций (Р) передаются на грунтовое основание 5 через демпфирующие прокладки 4 по несущим осям здания за счет обжатия этих прокладок. При полном обжатии под нагрузкой демпфирующей прокладки при х=0 происходит контролируемая осадка опорных контуров 1 фундамента, натяжение рабочей арматуры железобетонной оболочки и как следствие вовлечение в работу грунто-цементных блоков 3, составляющих подоболочечную часть фундамента, при этом под оболочкой формируются локальные зоны уплотнения в прочных поверхностных слоях.
На II стадии работы (фиг. 3) после осадки опорных контуров 1 на величину, равную толщине демпфирующих прокладок 4 исчерпания "свободного хода" прокладок, и включения в работу арматуры оболочки происходит осадка опорных контуров 1 по несущим осям здания. При этом глубина сжимаемой толщи для предложенного изобретения снижается на 10-15% по сравнению с неконтролируемым загруженным основанием.
Таким образом, преимущества предлагаемой конструкции фундамента состоят в следующем:
- снижение конечной величины осадок за счет использования более прочного подоболочечного пространства в виде грунто-цементных блоков, которое включается в работу на 1 стадии за счет сжатия демпфирующих прокладок из пенополистирола под опорными контурами;
- контролируемое включение в работу оболочечной части фундамента за счет натяжения арматуры оболочки в результате сжатия демпфирующей прокладки из пенополистирола;
- использование более прочного подоболочечного пространства в виде грунто-бетонных блоков, обеспечивающих качественное основание под железобетонную оболочку, снижение трудозатрат на производство земляных работ, обеспечивающих возможность выполнения работ при воздействии атмосферных осадков;
сохранение технологической простоты производства ленточно-оболочечных фундаментов;
- изготовление сборных грунто-цементных блоков в специальных формах на прилегающем к строительной площадке полигоне, укладываемых краном на подготовленное основание, обеспечивает снижение трудоемкости устройства и повышение качества подоболочечного пространства.