Многоярусная система песчаных подушек с замкнутым армированием
MULTI-TIER SYSTEM OF SAND CUSHIONS WITH CLOSED REINFORCEMENT

Изобретение относится к области строительства, в частности к фундаментостроению, и может быть использовано при возведении малоэтажных зданий и сооружений на слабых глинистых основаниях.
Известно использование песчаных подушек в качестве естественного основания на слабых грунтах [Морарескул Н.Н. Основания и фундаменты в торфяных грунтах. - Л.: Стройиздат, 1979. - С.34-38]. Данное решение применяется для принятия нагрузки от конструкции фундамента с последующим ее распределением и передачей на слабое грунтовое основание.
Наиболее близким аналогом является армированная по контуру песчаная подушка с криволинейной подошвой [Заявка 2012143532/03, Е02D 27/01, 27/00. В.Ф. Бай, А.В. Набоков, В.В. Воронцов, Ал.Н. Краев, Ан.Н. Краев. Заявлено 11.10.2012; Опубл. 10.07.2014, Бюл. №19]. В качестве причин, препятствующих расширению области применения такого типа фундаментов, можно выделить следующее: большие размеры одиночной песчаной подушки и котлована при устройстве фундаментов с большой глубиной заложения; одноярусная система большого размера не позволяет эффективно использовать несущую способность армирующего элемента.
Задача, решаемая изобретением, заключается в эффективном устройстве фундамента мелкого заложения на слабых глинистых грунтах, при этом глубина заложения набирается ярусами криволинейных армированных песчаных подушек, что позволяет экономить на материалах и производстве работ, снижении деформируемости и увеличении несущей способности песчаной подушки путем введения системы армирующих элементов в виде геосинтетического материала и выравнивание осадок фундаментов за счет применения подошвы опирания различной кривизны.
Сущность изобретения заключается в устройстве многоярусной системы песчаных подушек с криволинейной подошвой опирания, что позволяет более равномерно распределить напряжения от конструкции фундамента на основание и исключить влияние морозного пучения на фундамент сооружения. Кроме этого криволинейные песчаные ярусы имеют контурное армирование геосинтетическим материалом, работающим на растяжение, что приводит к стеснению поперечных деформаций песчаного грунта системы подушек.
Технический результат, обеспечиваемый изобретением, заключается в увеличении несущей способности слабого глинистого основания и исключении влияния неравномерных осадок и сил морозного пучения путем устройства многоярусной системы песчаных подушек с криволинейной подошвой, армированных по внешнему контуру геосинтетическим материалом. Полученный технический эффект обеспечивает снижение осадки фундаментов на слабых грунтах, экономии за счет применения технологии без «мокрых» процессов и более дешевых материалов.
Поставленная задача увеличения несущей способности слабого глинистого основания решается за счет набора нескольких ярусов имеющих криволинейное очертание опорной поверхности, что обеспечивает равномерное распределение напряжений в слабом основании без локальных концентраций в грунте, а также за счет контурного армирования геосинтетическим материалом значительно уменьшающих деформации сжатия армированного песчаного грунта, работающего в качестве усиленного основания.
Новизной заявленного технического решения является усиленное грунтовое основание, состоящее из набора нескольких ярусов криволинейных песчаных подушек с замкнутым армированием, имеющих незначительные деформации от сжимающих усилий, а также уменьшенная осадка слабого глинистого основания за счет криволинейной поверхности контакта со слабым основанием.
Сущность изобретения поясняется чертежом, где на фиг. 1 показано проектное положение многоярусной системы песчаных подушек с замкнутым армированием.
Многоярусная система песчаных подушек с замкнутым армированием в слабых глинистых грунтах состоит из слабого основания 1, песчаных ярусов 2, обратной засыпки 3, замкнутого армирования из геосетки 4, фундамента мелкого заложения 5. На фигуре показаны следующие размерные обозначения: b - ширина подошвы опирания, Н - глубина заложения, b/3 - ширина фундамента мелкого заложения относительно подошвы опирания песчаной подушки.
Устройство многоярусной системы песчаных подушек с замкнутым армированием в слабых глинистых основаниях осуществляют следующим образом. Расчетами определяются глубина заложения фундамента исходя из сезонного промерзания грунта, ширина опирания нижнего яруса исходя из несущей способности подстилающего нижний ярус грунта. После этого в основании 1 выполняют выемку грунта при помощи экскаватора, затем устраивается кривизна котлована при помощи трамбовки или ручным способом под ярус в виде эллипса, кривизна определяется по расчету. После этого на дно котлована размещают первый ярус 2 с отношением диаметров от 1:5 до 1:1. Ярус образован замкнутым геосинтетическим материалом 4 с набитым внутрь контура песком, примером армирующего элемента может служить геосетка ССП 30/30 - 2,5 со следующими прочностными характеристиками:
- длительная прочность сетки - 1600 кг/см2 или 40% от временного сопротивления;
- начальный модуль упругости - 1,8⋅105 кг/см2;
- модуль деформации (секущий) - 1,1⋅105 кг/см2;
- суммарное относительное удлинение - 0,015 при уровне напряжений 1600 кг/см2, в том числе упругие деформации - 0,0125, или 83%, а пластические деформации - 0,0025 или 17%.
Затем устраивается обратная засыпка 3 с последующей трамбовкой под второй ярус с отношением диаметров 1:5. Следующие ярусы имеют одинаковое отношение диаметров (1:5) а их количество варьируется в зависимости от глубины заложения. После устройства системы устанавливают фундамент 5.
Исключение влияния сил морозного пучения осуществляется за счет прорезания пучинистых грунтов многоярусной системой криволинейных песчаных подушек.
Повышение несущей способности системы достигается за счет того, что песчаный грунт подушки хорошо работает на сжатие, а геосинтетический материал воспринимает растягивающие (горизонтальные) напряжения.
Предлагаемая армированная песчаная подушка с криволинейной подошвой может воспринимать нагрузки от фундаментов при возведении сооружений на водонасыщенных глинистых основаниях.
Выравнивание неравномерных осадок осуществляется за счет применения разного количества ярусов системы и различной кривизны опирания подушек.
Низкая себестоимость материалов, используемых при устройстве песчаной армированной подушки с криволинейной подошвой, а также простота ее устройства позволяет получить экономический эффект по сравнению с известными конструктивно-технологическими решениями фундаментов на слабых грунтах.