способ возведения здания, сооружения

Формула изобретения

1. Способ возведения здания, сооружения, характеризующийся тем, что он предусматривает выполнение многослойного фундамента с последующим возведением конструкции верхнего строения здания, сооружения, причем фундамент выполняют путем укладки на основание бетонной подготовки и возведения поверх нее одной или более по высоте и/или по площади монолитных, и/или сборно-монолитных, и/или сборных железобетонных плит с предварительным образованием слоя гидроизоляции поверх бетонной подготовки, а под верхней плитой и/или плитами до ее или их выполнения - промежуточного слоя из твердеющего материала, у которого c_min - наименьшее из значений удельного внутреннего сцепления твердеющего материала или удельного сцепления этого материала с бетоном определено неравенством c_min<min(р_ин)-mах(р(х,у)), где c_min=min(c_м, c_мб), c _м - значение удельного внутреннего сцепления твердеющего материала в начале его твердения, МПа; c_мб - значение удельного сцепления твердеющего материала с бетоном в начале твердения твердеющего материала и/или бетона, МПа; р_ин - давление инъектируемого твердеющего материала, МПа, р(х,у) - давление верхней плиты на нижнюю плиту или на бетонную подготовку, МПа, в точке с координатами х,у в плане; при этом в верхней плите на всю ее толщину выполняют открытые по торцам каналы предпочтительно с уширениями в нижней части, предпочтительно с установкой трубок предпочтительно с уширениями в нижней части, а по периметру выполненного фундамента зону промежуточного слоя и/или гидроизоляции фундамента герметизируют, при этом каналы предпочтительно размещают в плане в местах наибольших расчетных осадок и прогибов фундамента, в том числе под несущими опорными конструктивными элементами здания, сооружения - колоннами и/или стенами, причем верхние концы каналов и/или верхние концы трубок располагают в зоне доступа, а в процессе возведения и/или эксплуатации здания, сооружения и/или при производстве строительных, в том числе земляных работ, вблизи здания, сооружения, вызывающих осадки, и/или крены, и/или деформации здания, сооружения через верхние концы каналов или трубок в верхней плите производят поэтапные и/или одновременные инъекции твердеющего материала в промежуточный слой с образованием в этом слое разрыва или расслоения и заполнением образовавшегося зазора инъектируемым твердеющим материалом по мере распространения разрыва или расслоения в промежуточном слое, причем в канал или в трубку с координатами х,у в плане производят инъекции под давлением р_ин>p(х,у)+c _min, МПа, где p(x,y)=q(x,y)-D_в S(х,у) - вертикальное давление, МПа, верхней плиты на нижнюю плиту или на бетонную подготовку в зоне канала или трубки с координатами в плане х,у; q(х,у) - внешняя нагрузка на плиту, МПа, в точке с координатами в плане х,у; D_B - цилиндрическая жесткость верхней плиты, МНм; - бигармонический оператор функции S(х,у) осадок фундамента, м^-3, определяемой расчетом и/или по результатам текущих измерений осадок фундамента; а после окончания каждой инъекции и загустевания твердеющего материала каналы или трубки предпочтительно тампонируют в нижней части и производят их очистку, а затем закрывают каждый канал или трубку сверху, причем инъекции прекращают после достижения заданного уровня уменьшения осадок, и/или выправления кренов, и/или деформаций здания, сооружения.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что инъекции производят сначала твердеющим материалом без наполнителя, предпочтительно жидким цементным раствором с добавлением пластификатора, а затем - жидким цементным раствором с зернистым наполнителем, причем размер зерен наполнителя увеличивают в процессе инъекции по мере раскрытия зазора, разрыва или расслоения.

3. Способ по любому из пп.1 и 2, отличающийся тем, что при поэтапных инъекциях каждый последующий цикл инъекций через канал или трубку с координатами в плане х,у начинают после набора инъектированным через эту трубку твердеющим материалом начальной прочности на сжатие, большей величины вертикального давления верхней плиты на нижнюю или на бетонную подготовку в зоне канала или трубки с координатами х,у.

4. Способ по п.3, отличающийся тем, что инъекции повторяют при дополнительных осадках, и/или кренах, и/или деформациях фундамента, возникших после возведения здания, сооружения вследствие длительных деформаций основания.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что инъекции начинают предпочтительно с момента набора возводимым зданием или сооружением 25% суммы конечной нагрузки от собственного веса и полезной нагрузки или с момента времени t, когда выполняется неравенство S_max(t)>Sp_cp(t)/p_cp , где S_max(t) - максимальная осадка, или крен, или деформация по всей верхней плите в момент времени t, м; S - расчетная средняя осадка фундамента, м; p_cp(t) - среднее давление по подошве фундамента в момент времени t, МПа; р_ср - расчетное среднее давление по подошве фундамента после окончания строительства здания, сооружения и приложения полезной нагрузки.

6. Способ по п.1, отличающийся тем, что нижнюю плиту выполняют на сваях.

7. Способ по п.6, отличающийся тем, что сваи располагают под несущими опорными конструктивными элементами здания, сооружения, например под колоннами и/или стенами.

8. Способ по п.1, отличающийся тем, что на верхней плите устанавливают вибраторы, с помощью которых в процессе инъектирования твердеющего материала под верхнюю плиту или плиты осуществляют его разжижение с помощью вибраций.

9. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве материала промежуточного слоя используют твердеющий термопластичный материал, предпочтительно битумный материал, причем перед выполнением промежуточного слоя устанавливают на бетонной подготовке или на нижней плите нагревательные элементы с возможностью соединения их с источником энергии и нагревом материала промежуточного слоя перед инъекцией в него твердеющего материала.

10. Способ по п.1, отличающийся тем, что при образовании промежуточного слоя в него вводят зернистый наполнитель.

11. Способ по п.1, отличающийся тем, что при возведении фундамента в нем выполняют дополнительные каналы или устанавливают дополнительные трубки, проходящие через всю толщину фундамента сверху до грунта основания, через которые инъектируют твердеющий материал для повышения прочности и уплотнения грунтов основания.

12. Способ по п.1, отличающийся тем, что при возведении фундамента до возведения верхней плиты или плит с торцов фундамента по его периметру в промежуточный слой устанавливают дополнительные горизонтальные трубки перпендикулярно плоскостям его торцов, уходящие одним концом внутрь промежуточного слоя на расстояние не менее толщины фундамента, а другой свободный конец этих трубок выводят в зону доступа и через этот конец после выполнения фундамента герметизируют торцы фундамента путем инъектирования твердеющего материала, в том числе термопластичного, для дополнительного уменьшения осадок, и/или кренов, и/или деформаций фундамента.

13. Способ по п.1, отличающийся тем, что промежуточный слой выполняют из одного или более слоев синтетической пленки, в том числе с зернистым заполнителем между слоями пленки.

14. Способ по п.1, отличающийся тем, что при проведении инъекций твердеющего материала в промежуточный слой осуществляют акустический контроль распространения разрыва или расслоения промежуточного слоя.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области строительства и может быть использовано для уменьшения осадок, кренов и деформаций фундаментов зданий, сооружений как при их строительстве, так и в процессе эксплуатации.

Известны способы [1, 2] выравнивания фундамента здания, сооружения, включающие нагнетание термопластичного материала в открытые снизу ниши в теле фундамента с перекрытием ниш гибкой мембраной, последующее частичное извлечение термопластичного материала и частичное заполнение образовавшихся полостей сыпучим материалом.

Известен способ ремонта здания, сооружения [3], включающий разрезку фундамента на секции и последующее обжатие грунта под секциями фундамента для уменьшения осадок здания, сооружения путем создания полости между фундаментом и грунтом, размещения там эластичной емкости с частичным заполнением полости рабочей средой, а оставшегося объема - твердеющим материалом, и подачи рабочей среды под давлением после набора прочности твердеющим материалом.

Известен способ компенсационного инъектирования цементного раствора в грунт под подошву фундамента для уменьшения локальных деформаций фундамента при прокладке вблизи тоннелей и производстве земляных работ [4].

Однако известные способы [1, 2, 3] не обеспечивают достаточной надежности уменьшения осадок, выравнивания кренов и деформаций фундамента здания, сооружения, т.к. при применении этих способов грунты основания уплотняются уже после того, как осадки фундамента произошли, поэтому можно уменьшить лишь те осадки и крены, которые развиваются во времени, но и тогда эти способы малоэффективны, т.к. они предназначены для однократного использования.

Известный способ [4] не обеспечивает значительного и прогнозируемого уменьшения общих осадок, кренов и деформаций фундаментов зданий, сооружений, т.к. при применении этого способа инъектируемый раствор распространяется в грунте, либо в ограниченной зоне, либо в грунте по вертикальным трещинам возможен непрогнозируемый уход нагнетаемого твердеющего материала.

Задачей настоящего изобретения является поэтапное уменьшение осадок, и/или кренов, и/или деформаций фундамента здания, сооружения как при его возведении, так и при эксплуатации, в зоне канала.

Поставленная задача решается за счет того, что способ возведения здания, сооружения согласно изобретению предусматривает выполнение многослойного фундамента с последующим возведением конструкции верхнего строения здания, сооружения, причем фундамент выполняют путем укладки на основание бетонной подготовки и возведения поверх нее одной или более по высоте и/или по площади монолитных, и/или сборно-монолитных, и/или сборных железобетонных плит с предварительным образованием слоя гидроизоляции поверх бетонной подготовки, а под верхней плитой и/или плитами до ее или их выполнения - промежуточного слоя из твердеющего материала, у которого c_min - наименьшее из значений удельного внутреннего сцепления твердеющего материала или удельного сцепления этого материала с бетоном определено неравенством c _min<min(р_ин) - mах(р(х,у)), где c _min=min(c_м,c_мб), c_м - значение удельного внутреннего сцепления твердеющего материала в начале его твердения, МПа; c_мб - значение удельного сцепления твердеющего материала с бетоном в начале твердения твердеющего материала и/или бетона, МПа; р_ин - давление инъектируемого твердеющего материала, МПа, р(х,у) - давление верхней плиты на нижнюю плиту или на бетонную подготовку, МПа, в точке с координатами х, у в плане; при этом в верхней плите на всю ее толщину выполняют открытые по торцам каналы, предпочтительно с уширениями в нижней части, предпочтительно с установкой трубок, предпочтительно с уширениями в нижней части, а по периметру выполненного фундамента зону промежуточного слоя и/или гидроизоляции фундамента герметизируют, при этом каналы предпочтительно размещают в плане в местах наибольших расчетных осадок и прогибов фундамента, в том числе под несущими опорными конструктивными элементами здания, сооружения - колоннами и/или стенами, причем верхние концы каналов и/или верхние концы трубок располагают в зоне доступа, а в процессе возведения и/или эксплуатации здания, сооружения и/или при производстве строительных, в том числе земляных, работ вблизи здания, сооружения, вызывающих осадки, и/или крены, и/или деформации здания, сооружения через верхние концы каналов или трубок в верхней плите производят поэтапные и/или одновременные инъекции твердеющего материала в промежуточный слой с образованием в этом слое разрыва или расслоения и заполнением образовавшегося зазора инъектируемым твердеющим материалом по мере распространения разрыва или расслоения в промежуточном слое, причем в канал или в трубку с координатами х, у в плане производят инъекции под давлением р_ин>р(х,у)+c _min, МПа, где р(х,у)=q(х,у)-D_в S(х,у) - вертикальное давление, МПа, верхней плиты на нижнюю плиту или на бетонную подготовку или трубки с координатами в плане х, у; q(x,y) - внешняя нагрузка на плиту, МПа, в точке с координатами в плане х, у; D_в - цилиндрическая жесткость верхней плиты, МНм; - бигармонический оператор функции S(x,y) осадок фундамента, м^-3, определяемой расчетом и/или по результатам текущих измерений осадок фундамента; а после окончания каждой инъекции и загустевания твердеющего материала каналы или трубки предпочтительно тампонируют в нижней части и производят их очистку, а затем закрывают каждый канал или трубку сверху, причем инъекции прекращают после достижения заданного уровня уменьшения осадок, и/или выправления кренов, и/или деформаций здания, сооружения.

При этом инъекции могут производить сначала твердеющим материалом без наполнителя, предпочтительно жидким цементным раствором с добавлением пластификатора, а затем - жидким цементным раствором с зернистым наполнителем, причем размер зерен наполнителя увеличивают в процессе инъекции по мере раскрытия зазора разрыва или расслоения.

При поэтапных инъекциях каждый последующий цикл инъекций через канал или трубку с координатами в плане х, у могут начинать после набора инъектированным через этот канал или эту трубку твердеющим материалом начальной прочности на сжатие, большей величины вертикального давления верхней плиты на нижнюю или на бетонную подготовку в зоне канала или трубки с координатами х, у.

Инъекции могут повторять при дополнительных осадках, и/или кренах, и/или деформациях фундамента, возникших после возведения здания, сооружения вследствие длительных деформаций основания.

Инъекции могут начинать предпочтительно с момента набора возводимым зданием или сооружением 25% суммы конечной нагрузки от собственного веса и полезной нагрузки или с момента времени t, когда выполняется неравенство S_max (t)>Sp_cp(t)/p_cp, где S_max (t) - максимальная осадка, или крен, или деформация по всей верхней плите в момент времени t, м; S - расчетная средняя осадка фундамента, м; p_cp(t) - среднее давление по подошве фундамента в момент времени t, МПа; р_ср - расчетное среднее давление по подошве фундамента после окончания строительства здания, сооружения и приложения полезной нагрузки.

Нижнюю плиту могут выполнять на сваях. Сваи могут располагать под несущими опорными конструктивными элементами здания, сооружения, например, под колоннами и/или стенами.

На верхней плите могут устанавливать вибраторы, с помощью которых в процессе инъектирования твердеющего материала под верхнюю плиту или плиты осуществляют его разжижение с помощью вибраций.

В качестве материала промежуточного слоя могут использовать твердеющий термопластичный материал, предпочтительно битумный материал, причем перед выполнением промежуточного слоя устанавливают на бетонной подготовке или на нижней плите нагревательные элементы с возможностью соединения их с источником энергии и нагревом материала промежуточного слоя перед инъекцией в него твердеющего материала.

При образовании промежуточного слоя в него могут вводить зернистый наполнитель.

При возведении фундамента в нем могут выполнять дополнительные каналы или устанавливают дополнительные трубки, проходящие через всю толщину фундамента сверху до грунта основания, через которые инъектируют твердеющий материал для повышения прочности и уплотнения грунтов основания.

При возведении фундамента до возведения верхней плиты или плит с торцов фундамента по его периметру в промежуточный слой могут устанавливать дополнительные горизонтальные трубки перпендикулярно плоскостям его торцов, уходящие одним концом внутрь промежуточного слоя на расстояние не менее толщины фундамента, а другой свободный конец этих трубок выводят в зону доступа, и через этот конец после выполнения фундамента герметизируют торцы фундамента путем инъектирования твердеющего материала, в том числе термопластичного, для дополнительного уменьшения осадок, и/или кренов, и/или деформаций фундамента.

Промежуточный слой могут выполнять из одного или более слоев синтетической пленки, в том числе с зернистым заполнителем между слоями пленки.

При проведении инъекций твердеющего материала в промежуточный слой могут осуществлять акустический контроль распространения разрыва или расслоения промежуточного слоя.

Технический результат, обеспечиваемый совокупностью приведенных признаков, состоит в том, что с помощью данного способа уменьшают осадки, и/или крены, и/или деформации возводимого или эксплуатируемого здания, сооружения за счет того, что в конструкции фундамента предусматривают промежуточный слой с определенными характеристиками материала, допускающий производство в нем разрыва или расслоения при инъекции в него твердеющего материала через каналы или трубки в верхней плите при давлении, определяемом по установленной в изобретении зависимости; причем указанное нагнетание при необходимости повторяют после твердения нагнетаемого материала, при этом каждый цикл твердеющего материала сопровождают измерениями осадок, и/или кренов, и/или деформаций верхней плиты для контроля уменьшения осадок, и/или кренов, и/или деформаций фундамента.

Способ осуществляют следующим образом.

Выполняют многослойный фундамент с последующим возведением конструкции верхнего строения здания, сооружения. Фундамент выполняют путем укладки на основание бетонной подготовки и возведения поверх нее одной или более по высоте и/или по площади монолитных, и/или сборно-монолитных, и/или сборных железобетонных плит. Предварительно образуют слой гидроизоляции поверх бетонной подготовки, а под верхней плитой и/или плитами до ее или их выполнения - промежуточный слой из твердеющего материала, у которого с_min - наименьшее из значений удельного внутреннего сцепления твердеющего материала или удельного сцепления этого материала с бетоном определено неравенством с_min<min(р_ин) - mах(р(х,у)), где c_min=min(c_м,c_мб), c _м - значение удельного внутреннего сцепления твердеющего материала в начале его твердения, МПа; c_мб - значение удельного сцепления твердеющего материала с бетоном в начале твердения твердеющего материала и/или бетона, МПа; р_ин - давление инъектируемого твердеющего материала, МПа, р(х,у) - давление верхней плиты на нижнюю плиту или на бетонную подготовку, МПа, в точке с координатами х, у в плане.

В верхней плите на всю ее толщину выполняют открытые по торцам каналы, предпочтительно с уширениями в нижней части, предпочтительно с установкой трубок, предпочтительно с уширениями в нижней части. По периметру выполненного фундамента зону промежуточного слоя и/или гидроизоляции фундамента герметизируют. Каналы предпочтительно размещают в плане в местах наибольших расчетных осадок и прогибов фундамента, в том числе под несущими опорными конструктивными элементами здания, сооружения - колоннами и/или стенами. Верхние концы каналов и/или верхние концы трубок располагают в зоне доступа. В процессе возведения и/или эксплуатации здания, сооружения и/или при производстве строительных, в том числе земляных, работ вблизи здания, сооружения, вызывающих осадки, и/или крены, и/или деформации здания, сооружения через верхние концы каналов или трубок в верхней плите производят поэтапные и/или одновременные инъекции твердеющего материала в промежуточный слой с образованием в этом слое разрыва или расслоения и заполнением образовавшегося зазора инъектируемым твердеющим материалом по мере распространения разрыва или расслоения в промежуточном слое. В канал или в трубку с координатами х, у в плане производят инъекции под давлением р_ин>p(х,у)+c_min , МПа, где p(x,y)=q(x,y)-D_в S(x,y) - вертикальное давление, МПа, верхней плиты на нижнюю плиту или на бетонную подготовку или трубки с координатами в плане х, у; q(x,y) - внешняя нагрузка на плиту, МПа, в точке с координатами в плане х, у; D_в - цилиндрическая жесткость верхней плиты, МНм; - бигармонический оператор функции S(x,y) осадок фундамента, м^-3, определяемой расчетом и/или по результатам текущих измерений осадок фундамента. После окончания каждой инъекции и загустевания твердеющего материала каналы или трубки предпочтительно тампонируют в нижней части и производят их очистку, а затем закрывают каждый канал или трубку сверху. Инъекции прекращают после достижения заданного уровня уменьшения осадок, и/или выправления кренов, и/или деформаций здания, сооружения.

При этом инъекции могут производить сначала твердеющим материалом без наполнителя, предпочтительно жидким цементным раствором с добавлением пластификатора, а затем - жидким цементным раствором с зернистым наполнителем, причем размер зерен наполнителя увеличивают в процессе инъекции по мере раскрытия зазора разрыва или расслоения.

При поэтапных инъекциях каждый последующий цикл инъекций через канал или трубку с координатами в плане х, у могут начинать после набора инъектированным через этот канал или эту трубку твердеющим материалом начальной прочности на сжатие, большей величины вертикального давления верхней плиты на нижнюю или на бетонную подготовку в зоне канала или трубки с координатами х, у.

Инъекции могут повторять при дополнительных осадках, и/или кренах, и/или деформациях фундамента, возникших после возведения здания, сооружения вследствие длительных деформаций основания.

Инъекции могут начинать предпочтительно с момента набора возводимым зданием или сооружением 25% суммы конечной нагрузки от собственного веса и полезной нагрузки или с момента времени t, когда выполняется неравенство S_max (t)>Sp_cp(t)/p_cp, где S_max (t) - максимальная осадка, или крен, или деформация по всей верхней плите в момент времени t, м; S - расчетная средняя осадка фундамента, м; p_cp(t) - среднее давление по подошве фундамента в момент времени t, МПа; р_ср - расчетное среднее давление по подошве фундамента после окончания строительства здания, сооружения и приложения полезной нагрузки.

Нижнюю плиту могут выполнять на сваях. Сваи могут располагать под несущими опорными конструктивными элементами здания, сооружения, например, под колоннами и/или стенами.

На верхней плите могут устанавливать вибраторы, с помощью которых в процессе инъектирования твердеющего материала под верхнюю плиту или плиты осуществляют его разжижение с помощью вибраций.

В качестве материала промежуточного слоя могут использовать твердеющий термопластичный материал, предпочтительно битумный материал, причем перед выполнением промежуточного слоя устанавливают на бетонной подготовке или на нижней плите нагревательные элементы с возможностью соединения их с источником энергии и нагревом материала промежуточного слоя перед инъекцией в него твердеющего материала.

При образовании промежуточного слоя в него могут вводить зернистый наполнитель.

При возведении фундамента в нем могут выполнять дополнительные каналы или устанавливают дополнительные трубки, проходящие через всю толщину фундамента сверху до грунта основания, через которые инъектируют твердеющий материал для повышения прочности и уплотнения грунтов основания.

При возведении фундамента до возведения верхней плиты или плит с торцов фундамента по его периметру в промежуточный слой могут устанавливать дополнительные горизонтальные трубки перпендикулярно плоскостям его торцов, уходящие одним концом внутрь промежуточного слоя на расстояние не менее толщины фундамента, а другой свободный конец этих трубок выводят в зону доступа, и через этот конец после выполнения фундамента герметизируют торцы фундамента путем инъектирования твердеющего материала, в том числе термопластичного, для дополнительного уменьшения осадок, и/или кренов, и/или деформаций фундамента.

Промежуточный слой могут выполнять из одного или более слоев синтетической пленки, в том числе с зернистым заполнителем между слоями пленки.

При проведении инъекций твердеющего материала в промежуточный слой могут осуществлять акустический контроль распространения разрыва или расслоения промежуточного слоя.

В качестве твердеющего материала могут использовать, например, цементный раствор с примесью бентонита. Давление инъекции должно обеспечить горизонтальный разрыв промежуточного слоя или его отслоение от поверхности вышележащей или нижележащей плиты с образованием трещин-зазоров, в которые устремляется под давлением инъектируемый материал, расширяя трещины-зазоры за счет гидроразрыва и увеличивая зону распространения этих трещин. При этом происходит поднятие верхней плиты в зоне инъекции. Последовательность инъекций твердеющего раствора определяют по данными регулярных измерений осадок фундамента или по данным акустических измерений распространения инъектируемого материала в промежуточном слое. Осадки верхней плиты уменьшают инъекциями по всей площади фундамента, крены выправляют инъекциями под крайней зоной фундамента со стороны крена, а прогибы – инъекциями в местах наибольших прогибов. После затвердевания инъектированного материала этапы инъекций при необходимости повторяют.

Использованные источники информации

1. Г.Г.Аграновский, М.В.Печенкин, И.С.Шейнин. Способ выравнивания фундамента здания, сооружения, а.с. SU 1025801 А; Госкомитет СССР по делам изобретений и открытий, 1980.

2. М.И.Перцовский, С.М.Перцовский. Способ возведения сооружения. Патент RU 2035548 С1, Российское агентство по патентам и товарным знакам, 1995.

3. М.И.Перцовский. Способ ремонта фундамента здания, сооружения. Патент RU 2203362 С2, Российское агентство по патентам и товарным знакам, 2003.

4. R.D.Essler, E.R.Droof and E.Falk. Compensation Grouting, Concept, Theory and Practice. 2003. Internet -http://www.ce. metu.edu.tr/~ce464/docs/.