способ усиления фундамента зданий и устройство для его осуществления

Формула изобретения

1. Способ усиления фундамента зданий, заключающийся в том, что секции сваи вдавливают гидравлическим домкратом с последующим наращиванием и соединением сваи с новой секцией сваркой и бетонированием, отличающийся тем, что сваи усиления задавливают под углом 15^o к вертикальной поверхности фундамента, в теле фундамента на вертикальной поверхности укрепляют анкера, между которыми устанавливают стальной упор, задавливание нижней секции сваи с заглушенным нижним концом на стадии наращивания производят с помощью подушки высокого давления (пневмодомкрата), при этом каждое последующее наращивание и соединение сваи с новой секцией производят до расчетного усилия, измеряемого манометром в подушке высокого давления, а последнюю секцию сваи задавливают до расчетного усилия в свае с помощью гидравлического домкрата и, не снимая нагрузки с него, устанавливают соединительные элементы и соединяют их сваркой со стальным упором и верхним участком последней секции сваи, после чего гидравлический домкрат убирают и бетонируют полость сваи.

2. Устройство для осуществления способа усиления фундамента здания, содержащее гидравлический домкрат и секции сваи, отличающееся тем, что домкратом на стадии наращивания является подушка высокого давления (пневмодомкрат), расположенная между задавливаемой сваей с заглушенным нижним концом и стальным упором, закрепленным с помощью анкеров на вертикальной поверхности фундамента, при этом тело сваи расположено под углом 15^o к вертикальной поверхности фундамента, домкратом на последней стадии наращивания является гидравлический домкрат, а последний участок секции сваи и стальной упор соединены при помощи сварки соединительными элементами.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к строительству и может быть использовано для усиления оснований и фундаментов зданий при их ремонте или реконструкции.

Известен способ усиления фундаментов, включающий образование отверстий в фундаменте, секционное задавливание свай через отверстия до заданной глубины посредством упорного устройства с гидроцилиндром, закрепление головной секции сваи, причем перед задавливанием свай в отверстия устанавливают анкерные устройства, в качестве которых используют полые цилиндры с конусной поверхностью на конце и диаметром, обеспечивающим свободный проход сваи при задавливании, затем каждое анкерное устройство крепят к фундаменту расклинкой путем забивки разрезного кольца с внутренней поверхностью в виде усеченного конуса или нескольких частей этого кольца, а на его выступающую над поверхностью фундамента часть надевают цанговый захват упорного устройства с гидроцилиндром, а закрепление головной секции сваи осуществляют или до задавливания головной секции сваи, инъектируя в зазор между сформированным стволом сваи и цилиндром быстротвердеющий клеевой состав, а после задавливания головной секции выдерживают сваю под нагрузкой до окончания процесса склеивания, или после задавливания головной секции сваи в полости цилиндра, инъектируя в зазор между головной секцией сваи и цилиндром быстротвердеющий клеевой состав и удерживая сваю под нагрузкой до окончания процесса склеивания, или для закрепления головную секцию сваи изготавливают с закладными деталями по ее длине или в металлической оболочке, а закрепление осуществляют путем сварки головной секции сваи и цилиндра по контуру последнего с удержанием сваи под нагрузкой (Патент РФ 2057847, МПК E02D 27/08 - аналог).

Наиболее близким является способ усиления фундамента здания, сооружения вдавливаемыми гидравлическим домкратом сваями путем пересадки фундамента на выносные и/или подводимые под его подошву сваи, размещение трубчатых секций свай соответственно под фундаментом, преимущественно в образованных в нем или в стене штрабах, и/или над выносными, преимущественно внутрь здания, за контур фундамента в плане балками, вдавливание секции сваи, ее соединение сваркой с последующей секцией трубчатой муфтой и бетонирование голов свай, при этом перед вдавливанием секцию сваи размещают в инвентарной кольцевой обойме гидравлического домкрата, длина которой не более длины секции сваи, а ее внешний диаметр превышает диаметр секции сваи по крайней мере на 10 мм, вдавливание последней секции сваи осуществляют на величину, не превышающую длину инвентарной кольцевой обоймы, а после вдавливания последней секции сваи кольцевую обойму извлекают и одновременно с бетонированием голов свай бетонируют образованную после извлечения кольцевой обоймы полость (Патент РФ 2144111, МПК E02D 27/48 - прототип).

Способ осуществляется устройством, содержащим гидравлический домкрат с двухштоковыми гидроцилиндрами, корпуса которых соединены между собой плитой с центральным направляющим отверстием для секции сваи, а однонаправленные штоки жестко связаны соответственно с упорной плитой и имеющей центральное отверстие для размещения инвентарной обоймы опорной плитой, выносные за контур фундамента балки выполнены в виде обвязочных железобетонных поясов с отверстиями, в которых одним концом размещена инвентарная обойма сваи, трубчатые муфты размещены внутри трубчатых секций сваи, которые соединяют преимущественно сваркой по торцам между собой непосредственно или через трубчатые муфты, длина которых не менее диаметра секции сваи, при этом длина инвентарной кольцевой обоймы гидравлического домкрата не более длины секции сваи, а ее внешний диаметр превышает диаметр секции сваи, по крайней мере, на 10 мм (Патент РФ 2144111, МПК E02D 27/48 - прототип).

Недостатками подобных способов усиления фундаментов зданий и сооружений, предусматривающих установку сваи под подошвой фундамента, является то, что при этом снижается площадь опирания существующего фундамента на основание, что может привести к дополнительной деформации здания на период усиления. Кроме того, применение обычных гидравлических домкратов требует значительного времени для задавливания свай, что делает сам способ и устройство, с помощью которого он осуществляется, малопроизводительным.

Недостатком устройства, осуществляющего описанный способ, является низкая производительность гидравлического домкрата и, как следствие, снижение темпов ведения работ.

Задачей предлагаемого изобретения в части способа и устройства является повышение эффективности, производительности и темпов ведения работ при усилении фундамента и основания зданий.

Технический результат изобретения достигается за счет использования подушки высокого давления (пневмодомкрата) для задавливания секций свай; крепления анкеров и стального упора на вертикальной поверхности фундамента, а не под фундаментом; задавливания свай усиления под наклоном до 15^o к вертикальной поверхности фундамента.

Решение поставленной задачи достигается тем, что в способе усиления фундамента зданий, заключающемся в том, что секции сваи вдавливают гидравлическим домкратом с последующим наращиванием и соединением сваи с новой секцией сваркой и бетонированием, причем сваи усиления задавливают под углом до 15^o к вертикальной поверхности фундамента, в теле фундамента на вертикальной поверхности укрепляют анкера, между которыми устанавливают стальной упор, задавливание нижней секции сваи с заглушенным нижним концом на стадии наращивания производят с помощью подушки высокого давления (пневмодомкрата), при этом каждое последующее наращивание и соединение сваи с новой секцией производят до расчетного усилия, измеряемого манометром в подушке высокого давления, а последнюю секцию сваи задавливают до расчетного усилия в свае с помощью гидравлического домкрата и, не снимая нагрузки с него, устанавливают соединительные элементы и соединяют их сваркой со стальным упором и верхним участком последней секции сваи, после чего гидравлический домкрат убирают и бетонируют полость сваи.

Поставленная задача решается также тем, что в устройстве для осуществления способа усиления фундамента здания, содержащем гидравлический домкрат и секции сваи, домкратом на стадии наращивания является подушка высокого давления (пневмодомкрат), расположенная между задавливаемой сваей с заглушенным нижним концом и стальным упором, закрепленным с помощью анкеров на вертикальной поверхности фундамента, при этом тело сваи расположено под углом до 15^o к вертикальной поверхности фундамента, домкратом на последней стадии наращивания является гидравлический домкрат, а последний участок секции сваи и стальной упор соединены при помощи сварки соединительными элементами.

На чертежах представлено устройство для осуществления предлагаемого способа усиления фундамента. На фиг. 1 представлено устройство, общий вид, на фиг. 2 - устройство, разрез по б-б, на фиг. 3 - свая с соединительными элементами, разрез по В-В.

Устройство содержит сваю 1, соединительные элементы 2, используемые на последнем этапе работ по усилению фундамента и соединяющие сваркой сваю 1 со стальным упором 3, закрепленным к фундаменту 5 с помощью анкеров 4, подушку высокого давления 6.

Способ усиления фундамента зданий реализуется с помощью устройства для его осуществления следующим образом.

На вертикальной поверхности тела существующего фундамента 5, который предполагается усилить, выполняют отверстия и устанавливают анкера 4, между которыми устанавливают и крепят стальной упор 3. Нижнюю секцию сваи 1 с заглушенным нижним концом устанавливают под углом до 15^o к вертикальной поверхности фундамента. Между стальным упором 3 и сваей 1 помещают пневматическую подушку 6 высокого давления (пневмодомкрат), с помощью которой производят задавливание нижней секции сваи 1 с заглушенным концом в грунт. Задавливание производится до расчетного усилия, измеряемого манометром для определения давления в пневмоподушке. Подушка 6 убирается. Далее к верхнему концу нижнего участка секции сваи 1 приваривают следующую секцию сваи. Вновь устанавливают пневмоподушку и повторяют процесс до получения расчетного усилия. Соединение участков свай осуществляют с помощью электродуговой сварки полным проваром по контуру сваи. Последний участок трубы задавливают без использования подушки высокого давления 6 с помощью гидравлического домкрата. После выхода на расчетное усилие в свае, не снимая нагрузки с гидравлического домкрата, устанавливают соединительные элементы 2 и соединяют их сваркой с последней секцией сваи и со стальным упором 3. Полость сваи 1 заполняют бетоном.

По сравнению с прототипом в предлагаемом способе и устройстве для его осуществления:

- сохраняется несущая способность грунта под подошвой фундамента (устройство задавливания сваи выполнено по боковой поверхности фундамента);

- крепление к телу существующего фундамента осуществляется в любом удобном месте и не зависит от глубины заложения существующего фундамента;

- несущая способность сваи (давление на сваю) контролируется с помощью манометра задавливающего устройства (пневмодомкрата);

- после задавливания последнего участка свая остается уже включенной в работу на проектное усилие, то есть не нужно ждать усадки и т.д.;

- несущая способность сваи не ограничена и определяется длиной сваи, ее диаметром (диаметром используемых труб), количеством анкеров, установленных в существующий фундамент;

- простота и быстрота изготовления и установки сваи;

- возможность установки сваи на любых труднодоступных участках;

- для установки сваи требуется минимальная механизация.

Таким образом, предлагаемый способ усиления фундамента зданий и устройство для его осуществления позволяют резко сократить сроки проведения ремонтных или реконструкторских работ, повысить их эффективность и производительность.

Предлагаемый способ эффективно используется при реконструкции и ремонте зданий и сооружений г. Красноярска.

На одном из строительных объектов г. Красноярска произошло обрушение части подпорной стенки, сооруженной из бетонных блоков. Стенка подпирала насыпной грунт, а высота ее составляла 3-3,6 м. Обрушившийся участок стены имел длину порядка 20 м, а часть стены длиной 30 м устояла. Наклон в оставшейся части составлял 1/20 высоты стены, кроме того, в блоках и швах отмечены трещины шириной раскрытия 3-4 мм, что свидетельствовало о предаварийном состоянии конструкции. После некоторых расчетов было решено усилить оставшуюся часть стены путем установки двух контрфорсов.

Основой контрфорса служила вдавливаемая наклонная свая из трубчатых элементов длиной по 0,7 - 0,8 м. Труба 273 5 мм нарезалась бензорезом на маркируемые элементы так, чтобы стыки были теми же и при наращивании ствола сваи. Практика показывает, что в этом случае можно обойтись контурной сваркой, не приваривая обычных четырех стыковых стержня. Свая работает на сжатие, а полость трубы заполняется бетоном. Первый (нижний) элемент (секция) сваи имел заваренный (заглушенный) торец с двумя перпендикулярно сваренными треугольными пластинами толщиной 5-6 мм для образования острия. Для упора домкрата на подпорной стенке закреплялся стальной упор, сваренный из прокатных профилей.

В качестве домкрата для задавливания свай использовалась подушка высокого давления НКВ 200 размером в плане 511 511 мм, грузоподъемностью 20 тонн (200 кН). Ход подушки 285 мм. Исполнение подтвердило правильность решения. Во-первых, подушка не тяжела (6,5 кг), во-вторых, возможный небольшой эксцентриситет практически не сказывался. Подушка действует плавно, а время ее срабатывания всего 9 секунд.

Для обеспечения сохранности подушки сверху и снизу нее укладывались стальные пластины толщиной 5 мм и размерами 0,5 0,5 м. По манометру путем интерполяции (8 бар - 20 тонн) достаточно просто определялось усилие задавливания. После погружения сваи на 2,5 - 3 м в полость сваи укладывается бетон. При большей высоте возможно расслаивание бетонной смеси. Расчетный отпор грунта, приходящийся на одну сваю, составлял 16 тонн.

Сваи задавливали на 3-3,5 м. На последнем этапе использовался домкрат ДМ-40 с тем, чтобы создать напряжение в свае и включить ее сразу в работу.

При усилии на домкрате примерно 20 тонн труба с помощью стальных уголков на сварке соединялась с упором. Далее контрфорсы сваривались между собой и обетонировались.

В настоящее время состояние стенки не внушает опасений.