ФУНДАМЕНТ
FOUNDATION

Изобретение относится к строительству и может быть использовано при устройстве фундаментов малоэтажных зданий на сезоннопромерзающих грунтах.
Известен плитно-свайный фундамент, включающий железобетонную плиту-ростверк со сквозными отверстиями, в которых расположены головы свай (Патент РФ №85500, МПК 02D 27/12, 2009 г. - аналог). Сваи заводятся в ростверк на глубину 0,1-0,15 толщины плиты ростверка. При достижении перемещения плиты-ростверка под действием нагрузки от здания на 20-80% от предельно допустимой осадки, когда достигается оптимальное распределение нагрузки между плитой-ростверком и сваями, отверстия и зазоры между головами свай и плитой замоноличиваются.
Данной конструкции свойственны высокая трудоемкость производства работ по замоноличиванию отверстий в плите-ростверке во время возведения здания, а необходимость обеспечения достаточной прочности стыка плиты со свай ведет к повышению материалоемкости плиты.
Известен также способ строительства свайно-плитных фундаментов, включающий погружение свай, размещение на них элементов в виде перевернутых стаканов, объединение голов свай ростверком (Патент РФ №2300604, МПК E02D 27/34, 2007 г. - прототип). Для обеспечения возможности ограниченного перемещения ростверка относительно свай в зазор между головами свай и стаканами помещаются вкладыши из пенополистирола.
Недостатком данного решения является отсутствие возможности регулировки осадки плиты в процессе загружения фундамента, а также сложность определения нужной высоты вкладыша при проектировании здания.
Задача изобретения состоит в снижении стоимости и материалоемкости фундамента за счет оптимального распределения нагрузки между ростверком и сваями, а также в обеспечении допустимых перемещений фундамента при промерзании пучинистого грунта под его подошвой.
Это достигается тем, что в фундаменте, включающем ленточный ростверк с отверстиями, винтовые сваи, пропущенные через отверстия, и стаканы, вмещающие головы свай, стаканы имеют резьбовое соединение с гильзами, закрепленными на стенках отверстий, а штанги свай снабжены упорными гайками, размещенными внутри стаканов.
Конструкция фундамента иллюстрируется чертежом, представленным на фиг.1.
Фундамент содержит ленточный ростверк 1, например, в виде системы перекрестных лент, и винтовые сваи, включающие штанги 2 и лопасти 3. Сваи располагаются, как правило, в местах пересечения лент ростверков. Штанги 2 пропущены через отверстия в ростверках. На стенках отверстий закреплены гильзы 4. Сверху на гильзах размещены стаканы 5. Для обеспечения возможности регулирования перемещения ростверка относительно свай стаканы имеют резьбовое соединение с гильзами, а внутри стаканов размещены упорные гайки 6, закрепленные на штангах 2.
Работает устройство следующим образом.
После погружения винтовых свай устанавливается опалубка, монтируются арматурные каркасы с гильзами 4, надетыми на штанги свай 2, и бетонируется ростверк 1. После набора бетоном заданной прочности приступают к строительству здания. Вся нагрузка от наземных конструкций передается на ростверк, временно выполняющий роль фундамента мелкого заложения. Грунт в основании ростверка деформируется, вызывая его осадку. По мере достижения заданной величины осадки на штанги последовательно накручиваются упорные гайки 6, а на гильзах 4 закрепляются стаканы 5. Гайки устанавливаются с таким расчетом, чтобы между ними и торцами гильз оставался зазор, равный предельной величине подъема фундамента при морозном пучении, а стаканы закрепляются вплотную к упорным гайкам. Перемещение ростверка относительно свай прекращается и возрастающая нагрузка от наземных конструкций начинает передаваться на сваи.
Последовательная установка упорных гаек и стаканов позволяет осуществить выравнивание осадки фундамента и распределить нагрузку между сваями и опирающимся на грунт ростверком в заданном соотношении. Более того, при строительстве или эксплуатации здания с целью снижения нагрузки на винтовые сваи можно осуществить повторное равномерное перемещение ростверка относительно свай на заданную величину путем поворота стаканов на нужное число оборотов.
Если в ходе эксплуатации здания будет наблюдаться промерзание пучинистого грунта под ростверком, его подъем будет происходить до момента касания верхних торцов гильз и упорных гаек, то есть до достижения предельно допустимого подъема фундамента. При дальнейшем промерзании грунта винтовая свая начинает играть роль анкера.
Обеспечение возможности ограниченного подъема ростверка позволяет существенно снизить давление, создаваемое пучинистым грунтом на ростверк, а значит уменьшить его размеры и армирование, а также сократить длину винтовой сваи или диаметр ее лопасти.
Результаты исследований различных авторов показывают, что силы пучения достигают максимального значения при нулевых перемещениях штампа или фундамента на поверхности (Абжалимов Р.Ш. Лабораторные исследования морозного пучения // Основания, фундаменты и механика грунтов. - 1982. - №5. - с.20-22; Penner E., Ueda Т. The dependence of frost heaving on load application - preliminary results // Int. symp. on frost action in soils. V.1. - Lulea, Sweden, 1977, p.92-101; 3. Konrad J.M. Frost heave mechanics: Ph.D. Thesis, Edmonton Alberta. - 1980. - 472 p.). Допущение даже незначительного их подъема позволяет существенно снизить силы пучения. В предлагаемой конструкции допускается ограниченное перемещение ростверка, существенно снижающее воздействие пучинистого грунта на ростверк и винтовую сваю.
Благодаря возможности регулировки осадки фундамента в процессе его загружения обеспечивается возможность оптимального распределения нагрузки, передаваемой на грунт через подошву ростверка и воспринимаемой сваями. Винтовые сваи при промерзании пучинистого грунта под подошвой ростверка играют роль анкеров, при этом возможность ограниченного подъема ростверка приводит к существенному снижению сил, обусловленных пучением. Тем самым снижается стоимость и материалоемкость фундамента.