фундамент для зданий и сооружений

Формула изобретения

Фундамент для зданий и сооружений, включающий собственно фундамент мелкого заложения и армоэлементы, отличающийся тем, что армоэлементы выполнены в виде вертикальных стержней из забивных или буронабивных свай малого диаметра до 200 мм и расположены по контуру фундамента мелкого заложения на расстоянии от его наружных граней, равном 0,1–0,5 диаметра армоэлемента, с одинаковым шагом, равным 2–4 диаметрам армоэлемента, при этом длина каждого армоэлемента равна 15–20 его диаметрам.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к строительству и может быть использовано при новом строительстве и при реконструкции зданий и сооружений в любых инженерно-геологических условиях.

Известен фундамент для зданий и сооружений, возводимых на просадочных грунтах [А.с.375348, МКИ Е 02 D 27/12. Опубл. 23.03.1973, БИ №16], включающий ростверк, сваи и армоэлементы (дополнительные сваи), расположенные за пределами ростверка на расстоянии, равном 1-1,5 диаметра сваи от его наружных граней. Недостатком данного фундамента является то, что повышение его несущей способности обеспечивается только за счет вовлечения окружающего грунта в совместную работу путем уплотнения просадочного грунта.

Известен также фундамент для зданий и сооружений, воспринимающий горизонтальные, в том числе динамические, нагрузки [А.с.855129, МКИ Е 02 D 27/12. Опубл. 15.08.1981, БИ №30 - прототип], включающий ростверк, опирающийся на сваи, армоэлементы (дополнительные сваи), размещенные за пределами ростверка и соединенные с ним связями, выполненными наклонными, нисходящими к ростверку. Данный фундамент позволяет за счет использования армоэлементов, связанных с ростверком, повышать несущую способность фундамента и улучшать работу фундамента при действии как вертикальных, так и горизонтальных статических и динамических нагрузок. По технической сущности и достигаемым результатам данный фундамент выбран за прототип. Недостатком фундамента-прототипа является то, что он не предназначен для изменения условий работы грунта под подошвой фундамента.

Технической результат изобретения состоит в повышении несущей способности фундамента для зданий, сооружений и машин с динамическими нагрузками за счет создания компрессионных условий работы грунта под подошвой фундамента в различных инженерно-геологических условиях.

Поставленная задача решается за счет того, что в фундаменте для зданий и сооружений, включающем собственно фундамент мелкого заложения и армоэлементы, согласно изобретению армоэлементы выполнены в виде вертикальных стержней из забивных или буронабивных свай малого диаметра до 200 мм и расположены по контуру фундамента мелкого заложения на расстоянии от его наружных граней, равном 0,1–0,5 диаметра армоэлемента, с одинаковым шагом, равным 2–4 диаметрам армоэлемента, при этом длина каждого армоэлемента равна 15–20 его диаметрам.

Повышение несущей способности фундамента для зданий и сооружений достигается за счет создания компрессионных условий работы грунта под подошвой фундамента мелкого заложения, так как при расположении армоэлементов по его контуру за пределами фундамента на указанном расстоянии с указанными шагом и длиной армоэлементов происходит ограничение боковых деформаций грунтового основания. Предлагаемый фундамент можно использовать как при новом строительстве, так и при реконструкции существующих зданий и сооружений, а также для устройства или усиления фундаментов под оборудование с динамическими нагрузками. При этом длина армоэлементов определяется в зависимости от инженерно-геологических условий площадки, шаг между армоэлементами назначается исходя из конструкции фундамента и характера его нагружения.

На фиг.1, 3, 5 показаны схемы предлагаемого фундамента для зданий и сооружений с контурным армированием для различных конструкций фундаментов; на фиг.2, 4, 6 -разрезы 1-1 на фиг.1, 3, 5 соответственно; на фиг.7 - зависимость осадки фундамента S от нагрузки Р; на фиг.8 - параметры колебаний фундамента при действии вертикальной динамической нагрузки; на фиг.9 - то же, при действии горизонтальной динамической нагрузки.

Фундамент для зданий и сооружений включает собственно фундамент мелкого заложения 1, устраиваемый на естественном основании 3, и армоэлементы 2. Армоэлементы выполняют в виде вертикальных стержней из забивных или буронабивных свай малого диаметра - до 200 мм. Погружение готовых железобетонных, металлических или деревянных армоэлементов может осуществляться с помощью забивки по аналогии с забивными сваями или армоэлементы могут изготавливаться на месте в выбуренных или пробитых скважинах по аналогии с изготовлением буронабивных свай.

Расположение армоэлементов по контуру фундамента мелкого заложения предотвращает горизонтальные и снижает вертикальные перемещения грунта, способствует созданию компрессионных условий работы грунтового основания под фундаментом. Это приводит к повышению несущей способности фундамента, существенному снижению деформаций основания и уменьшению параметров колебаний фундамента при действии динамических нагрузок. Верхняя часть армоэлементов воспринимает касательные напряжения и разгружает грунтовое основание непосредственно под фундаментом, а нижняя - работает как свая, передавая нагрузку на нижележащие слои грунта. В отличие от свайных фундаментов, в том числе фундамента-прототипа, достоинством предлагаемого изобретения является включение в работу грунта под подошвой фундамента. В случае применения контурного армирования при реконструкции в отличие от пересадки фундамента на сваи достоинством предлагаемого фундамента является отсутствие необходимости развития дополнительных деформаций, необходимых для включения армоэлементов в работу, так как увеличение несущей способности фундамента происходит за счет изменения условий работы грунтового основания под подошвой фундамента. Отказ от сопряжения армоэлементов с телом усиливаемого фундамента имеет существенное значение при реконструкции, так как не требует вмешательства в работу несущих конструкций, а также значительно упрощает производство работ. Применение предлагаемого фундамента позволяет увеличить его несущую способность более чем в 2 раза и снизить осадки до 3-4 раз, что видно из фиг.7, на которой показаны зависимости осадок фундамента S от нагрузки Р: 1 - фундамент на естественном основании; 2 - армирование по контуру с шагом 6,7d; 3 - армирование по контуру с шагом 3,3d; 4 - свайный фундамент с шагом 3,3d.

Расположение армоэлементов по контуру фундамента мелкого заложения, даже без уплотнения грунта, приводит к уменьшению амплитуд колебаний фундамента и увеличению собственной частоты системы (см. фиг.8 и 9, где кривая 1 отражает зависимость амплитуды от частоты колебаний фундамента на естественном основании 3; кривая 2 - то же, с армированием по контуру бетонными армоэлементами в выбуренных скважинах с шагом 3,6d). По сравнению с фундаментом на естественном основании в дорезонансной области происходит уменьшение амплитуд колебаний при действии вертикальной динамической нагрузки до 7 раз (см. фиг.8), горизонтальной - до 2-3 раз (см. фиг.9). Таким образом, предлагаемый фундамент способствует увеличению жесткости грунтового основания при действии динамических нагрузок и может применяться для снижения колебаний фундаментов, особенно под низкочастотные механизмы. При устройстве армоэлементов забивкой или изготовлением их в скважинах, без выемки грунта, наблюдается дополнительный эффект от уплотнения окружающего грунта. Приведенные результаты получены в экспериментах с опытными фундаментами в натурных грунтовых условиях и полностью совпадают с данными многочисленных лабораторных исследований.

Таким образом, предлагаемый фундамент для зданий и сооружений позволяет решить поставленную техническую задачу - повышение несущей способности за счет создания компрессионных условий работы в различных инженерно-геологических условиях, а также увеличение динамической жесткости основания и, как следствие, - снижение осадок и амплитуд колебаний фундаментов.