ФУНДАМЕНТ ПОД СЕТКУ КОЛОНН
FOUNDATION UNDER COLUMN GRID

Предлагаемое изобретение относится к области строительства, а точнее, к строительным конструкциям, к конструкциям фундаментов и оснований.
В настоящее время устройство фундаментов в условиях существующей плотной застройки не только затруднительно, но и представляет собой определенную опасность при производстве работ по откопке котлованов или при устройстве свайных оснований, поскольку могут быть повреждены или даже разрушены соседние здания, и, к сожалению, такие катастрофы множатся.
Кроме того, на территории России ~70% площади занимают вечномерзлые или сезоннопромерзающие грунты [1, 2], вследствие чего традиционные конструкции фундаментов с устройством котлованов или забивкой свай являются паллиативным решением, поскольку котлованы и сваи представляют собой тепловые мостики, которые могут нарушить грунтовое основание.
Известна конструкция фундамента под сетку колонн [3]. Фундамент образован перекрестными балками, а в узлах перекрытий устроено опирание колонн. Таким образом, на грунтовое основание осуществляется сосредоточенная нагрузка, что может вызывать локальные перегрузки и необходимо увеличение процента армирования фундамента. Также следует отметить большую трудозатратность при возведении фундаментов такой конструкции.
Наиболее близким техническим решением к заявляемому изобретению является незаглубляемый фундамент мелкого заложения [4]. Фундамент образован фундаментной плитой, грунтовым основанием и опорной плитой, расположенной под фундаментной плитой и под грунтовым основанием на оптимальной глубине.
На фундаментной плите расположены домкраты, которые соединены с тягами и с грунтовыми анкерами, заделанными в опорной плите.
Плита спрессовывает грунтовое основание с помощью домкратов и грунтовых анкеров.
Однако предложенная система является материалоемкой и требует больших трудозатрат, а также не может быть применена в условиях вечномерзлых грунтов, т.к. грунтовые анкеры могут стать тепловыми мостиками.
Таким образом, в современных условиях назрела необходимость в разработке новых конструкций незаглубляемого фундамента.
Основной задачей, на решение которой направлено изобретение, является повышение степени механизации и сокращение трудозатрат при устройстве незаглубляемых фундаментов, а также обеспечение сохранности существующих зданий и сооружений.
Указанная задача достигается с помощью конструкции предложенного незаглубляемого фундамента под сетку колонн, который, как и прототип, образован фундаментными плитами и грунтовым основанием.
В отличие от прототипа в предложенном незаглубляемом фундаменте фундаментные плиты уложены на бетонное основание и шарнирно соединены между собой железобетонными вставками, при этом бетонное основание опирается на сплошной подстилающий слой, уложенный на поверхность расчищенного и спрессованного грунтового основания, кроме того, периметр пятна застройки окружен стеной в грунте, которая заглублена в грунтовое основание на заданную глубину.
Кроме того, незаглубляемый фундамент дополнен сваями с оголовками, установленными под фундаментом под каждой из колонн, расположенных на фундаменте.
Сущность предлагаемого изобретения заключается в том, что, благодаря тому, что сверху на подстилающий слой уложен слой бетона, толщина которого также определяется прочностным расчетом, на уложенном и тщательно разглаженной поверхности бетонного слоя в соответствии с проектным размещением сетки колонн, установлены крестообразные фундаментные плиты, образованные двумя перекрещивающимися балками с полушарнирами на концах балок.
Для предотвращения Пуассонова расширения под суммарной вертикальной нагрузкой пятна застройки предварительно окружается стеной в грунте на заданную и достаточную глубину, а фундаментные плиты на поверхности бетонной плиты шарнирно соединены между собой с помощью железобетонных вставок в единую систему и затем на толщину фундаментной плиты уложен чистый пол.
Предлагаемое изобретение поясняется чертежом, где на фиг.1 показан общий вид незаглубляемого фундамента под сетку колонн в плане; на фиг.2 - разрез по А-А; на фиг.3 - показан разрез по Б-Б, на котором представлена конструкция незаглубляемого фундамента, усиленного сваями-стойками.
Фундамент включает в себя крестообразные фундаментные плиты 1, которые шарнирами 2 (полушарнирами) соединены прямолинейными вставками 3 на толщину крестообразной фундаментной плиты 1 и устроен чистый пол 4.
Для предотвращения Пуассонова расширения грунтового основания под воздействием вертикальной нагрузки при предварительном опрессовании основания или под воздействием эксплуатационной нагрузки по контуру фундамента устраивается стена в грунте 5 из геотекстиля (или другого материала, который хорошо выдерживает растяжение) на достаточную глубину в грунтовое основание 8 для предотвращения деформаций фундаментов и оснований зданий и сооружений, расположенных вблизи возводимого объекта.
Крестообразные фундаментные плиты 1 (фиг.2) уложены на бетонную сплошную плиту 6, которая, в свою очередь, уложена на слой щебня 7, вместо щебня может быть использован гравий, керамзит, пенополистирол или какой-либо другой материал достаточной прочности с необходимой теплоизолирующей способностью.
Слой щебня 7 уложен на подготовленную поверхность грунтового основания 8.
В тех случаях, когда нагрузка на незаглубляемый фундамент чрезмерна, а грунтовое основание 8 образовано напластованиями слабых водонасыщенных грунтов или представляет собой напластование морозоопасных грунтов, то незаглубляемый фундамент может быть усилен сваями-стойками 9 (фиг.3), которые опираются на нижележащее грунтовое основание 10.
В качестве дополнительной теплоизоляции и для снижения концентрации напряжений от вертикальной нагрузки на сваи установлены оголовки 11, а вертикальные поверхности свай 9 защищены теплоизоляцией 12 (песок, пенобетон, пенополистирол).
При больших толщинах морозоопасных грунтовых оснований (более 50 метров) при возведении незаглубляемого фундамента рассматриваемой конструкции и при больших вертикальных нагрузках вместо свай-стоек могут быть применены в начале сваи, которые в настоящее время применяются при возведении фундаментов на вечномерзлых и на промерзающих грунтах, вследствие чего в данной разработке не рассматриваются.
Работа незаглубляемого фундамента под сетку колонн осуществляется следующим образом.
Грунтовое основание 8 расчищается от органики по периметру фундамента, устраивают вертикальное ограждение от поверхности на достаточную глубину для предотвращения Пуассонова расширения и последующей эксплуатации возводимого сооружения, спрессовываются каким-либо известным способом.
На поверхности грунтового основания 8 уложен слой щебня 7 достаточной толщины, величина слоя определяется несущей способностью, а также теплотехническим расчетом при возведении фундамента на вечномерзлых и на промерзающих пучнистых грунтах.
Слой щебня 7 возможно заменить другими материалами: песок, гравий, керамзит, пенобетон, пенополистирол и т.п. [5, 6].
В отличие от известных конструкций нагрузка от колонн распределяется не по отдельным точкам, а на всю площадь основания вследствие того, что нагрузка от пяты каждой колонны через подстилающий слои распределяется на всю поверхность грунтового основания 8, и таким образом давление на единицу площади грунтового основания 8 значительно уменьшается.
В том случае, когда нагрузка на фундамент значительно превышает несущую способность грунтового основания 8, под подстилающим слоем фундамента устанавливаются сваи 9, и таким образом создается статически неопределимая система нагрузки будет распределена на поверхность грунтового основания 8 и на оголовки 11 свай 9.
Таким образом, поставленные при разработке новой конструкции незаглубляемого фундамента задачи выполнены:
- возведение фундамента предлагаемой конструкции возможно без откопки котлована, что в некоторых случаях опасно или даже невозможно;
- фундамент предлагаемой конструкции может возводиться на различных грунтовых основаниях, а также в условиях существующей плотной застройки;
- при незначительных вертикальных нагрузках незаглубляемый фундамент предлагаемой конструкции может быть усилен сваями и в таком исполнении конструкция обеспечивает совместную работу всех частей фундамента;
- предлагаемая конструкция незаглубляемого фундамента передает вертикальную нагрузку на грунтовое основание равномерно на всю площадь подошвы фундамента, что значительно уменьшает давление на единицу площади.
Источники информации
1. Н.А. Цытович. Механика мерзлых грунтов. Книжный дом «Либроком», 2009 г.
2. В.Д. Карпов. Основания и фундаменты на сезоннопромерзающих грунтах, Санкт-Петербург, 2007 г.
3. В.Г. Залесский. Архитектура, с.52, черт.88.1, М. 1911.
4. Российская Федерация, патент на изобретение №2464381, МПК: E02D 27/01, опубл. 27.04.2012, бюл. №12 - прототип.
5. С.А. Евтюков и др. Строительство, расчет и проектирование облегченных насыпей, СПб, ГАСУ, 2009 г.
6. Е.П. Медрес. Автореферат, Совершенствование технологии конструкций дорожных насыпей из EPS блоков и пенобетона, СПб, ГАСУ, 2013 г.