ПРЕДВАРИТЕЛЬНО НАПРЯЖЕННЫЙ ФУНДАМЕНТ МЕЛКОГО ЗАЛОЖЕНИЯ
PRESTRESSED SHALLOW FOUNDATION

Изобретение относится к области строительства, к конструкциям фундаментов, устраиваемых под здания и сооружения в сложных инженерно-геологических условиях, а именно при напластованиях слабых водонасыщенных грунтов большой мощности в условиях существующей плотной застройки, но может применяться при строительстве зданий и сооружений на оползневых склонах, а также в транспортном строительстве как фундамент для транспортных магистралей и искусственных сооружений при повышенных динамических нагрузках.
Известны конструктивные решения по армированию грунтов (Б.И.Далматов, В.Н.Бронин, В.Д.Карлов, Р.А.Мангушев, И.И.Сахаров и др. Основания и фундаменты. Часть 2. Основы геотехники. М., Изд-во АСВ, СПбГАСУ, 2002, стр.162, рис.6.2.).
Армирование производится укладкой или забивкой армирующих элементов в грунтовое основание. Армирующие элементы изготавливаются из различных материалов (геотекстиль, металл и т.п.). При надлежащей прочности на растяжение и хорошем сцеплении с грунтом армирующих элементов увеличивают несущую способность основания.
Вместе с тем армирующие элементы выполняют только роль косвенной арматуры и используются в исключительных случаях, поскольку их устройство требует больших трудозатрат и значительной материалоемкости.
Известна конструкция фундаментов на грунтах, уплотняемых статической нагрузкой (Б.И.Далматов, В.Н.Бронин, В.Д.Карлов, Р.А.Мангушев, И.И.Сахаров и др. Основания и фундаменты. Часть 2. Основы геотехники. М., Изд-во АСВ, СПбГАСУ, 2002, стр.172, рис.6.6.).
Статическая нагрузка создается за счет устройства временной насыпи на месте проектируемого сооружения, при этом суммарный вес насыпи несколько больше веса сооружения, за счет чего поровая вода выдавливается через специальные дрены. В грунтах наряду с фильтрационными осадками развиваются деформации ползучести скелета грунта при уплотнении. Аналитические и графические методы установления интервалов давлений на грунт до миниманизации последующих деформаций изложены в работе И.И.Сахарова «Некоторые особенности регулирования осадок линейных сооружений, возводимых на слабых грунтах, обладающих ползучестью» (Механика грунтовых оснований и фундаменты. Сб. науч. тр. Л., ЛИСИ, 1976, №12, с.52-59).
Недостатком глубинного уплотнения грунтов статическими нагрузками с вертикальным дренированием является потребность в больших объемах грунта для создания насыпей и песка для песчаных дрен.
Помимо этого после снятия временной вертикальной нагрузки до начала строительства наземного сооружения возможны неравномерные деформации основания и фундамента из-за обратной ползучести грунтового основания.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату являются свайные фундаменты, которые состоят из свай - стержней и ростверка - железобетонной плиты, распределяющие усилия от наземных конструкций на отдельные сваи (Б.И.Далматов, В.Н.Бронин, В.Д.Карлов, Р.А.Мангушев, И.И.Сахаров и др. Основания и фундаменты. Часть 2. М.-СПб., стр.104).
Свайные фундаменты предназначены для передачи нагрузки на нижерасположенные грунты. Несмотря то что свайные фундаменты успешно применяются в строительстве с древнейших времен, эти конструкции не свободны от существенных недостатков.
К недостаткам указанного класса конструкций, прежде всего, следует отнести большую материалоемкость и трудоемкость, тем более что строительство в настоящее время зачастую осуществляется на территориях с мощными напластованиями слабых грунтовых оснований и глубоким залеганием прочных грунтов.
Основной целью изобретения является разработка конструкции фундамента, которая позволила бы минимизировать деформации грунтового основания в процессе строительства и эксплуатации наземного сооружения и полностью исключить деформации оснований и фундаментов близрасположенных зданий и сооружений; разрабатываемая конструкция фундамента также позволит сократить трудоемкость и материалоемкость за счет высокой технологичности конструкции.
Сущность изобретения заключается в том, что фундамент образован фундаментной плитой с установленными на ней домкратами, к которым присоединены верхние концы грунтовых анкеров, а нижние концы тяг грунтовых анкеров заанкерены в опорной плите, предварительно изготовленной на оптимальной глубине в грунтовом основании под фундаментной плитой; при этом грунтовое основание предварительно, до возведения наземного сооружения, может быть сжато с помощью домкратов и грунтовых анкеров с суммарным усилием, равным или несколько большим веса наземного сооружения.
Для предотвращения выдавливания части грунтового основания из сжимаемого объема под фундаменты существующих сооружений по периметру фундаментной плиты на всю глубину до опорной плиты устроена стена в грунте.
Для подачи цементного раствора при бетонировании опорной плиты анкерные тяги выполнены из труб.
Конструкция фундамента поясняется чертежами, где на фиг.1 показаны основные элементы предполагаемой конструкции: 1 - фундаментная плита; 2 - домкрат с фиксатором усилия; 3 - анкерная тяга; 4 - анкер; 5 - опорная плита; 6 - стена в грунте или шпунтовая стенка; 7 - грунтовое основание.
В проектное положение фундамент устанавливается следующим образом: на грунтовое основание укладывается фундаментная плита 1, на которую устанавливаются домкраты с фиксаторами усилия 2; устанавливаются анкерные тяги 3 с анкерами 4; выполняется (способом струйной технологии) опорная плита 5, при этом цементный раствор подается через анкерные тяги 3, выполненные из труб; после набора прочности грунтоцемента в опорной плите 5 по периметру фундаментной плиты 1 устраивается стена в грунте 6 (вариант - шпунтовая стена); включают домкраты 2, которые натягивают анкерные тяги 3 и фиксируют усилие, в результате грунтовое основание 7 подвергается предварительному сжатию (до возведения наземного сооружения).
Усилие сжатия грунтового основания должно быть несколько больше веса наземного сооружения с учетом последующих пластических деформаций основания в процессе эксплуатации сооружения.
Таким образом, в отличие от ранее известных конструкций фундаментов, рассматриваемая конструкция позволит уменьшить или вообще исключить деформации зданий и сооружений в процессе строительства и при эксплуатации из-за неравномерных осадок грунтового основания, более того, с помощью установленных домкратов возможно производить корректировку положения фундаментной плиты.
Вследствие того что под фундаментной плитой грунтовое основание представляет собой предварительно напряженный армированный объем, сейсмостойкость конструкции будет значительно повышена.
Следует отметить, что предлагаемая конструкция обладает высокой технологичностью, поскольку все элементы конструкции могут быть выполнены с использованием современных технологий с минимальными трудозатратами и относительно малой материалоемкостью.