способ предотвращения неравномерных осадок неоднородно нагруженных фундаментов

Формула изобретения

Способ предотвращения неравномерных осадок неоднородно нагруженных фундаментов, включающий исследование грунта, укрепление грунтового основания в соответствии с данными, полученными в результате исследования грунта, и сооружение фундамента, отличающийся тем, что грунт исследуют под наименее нагруженным участком фундамента, затем сооружают фундамент и укрепляют более нагруженные участки грунтового основания методом высоконапорной инъекции пропорционально отношению эксплуатационного давления более нагруженного участка к эксплуатационному давлению наименее нагруженного участка.

Описание изобретения к патенту

Предлагаемое изобретение относится к строительству, в частности к строительству и эксплуатации сооружений, имеющих разновысотную архитектуру.

Известен способ возведения сооружения на свайном фундаменте (патент РФ № 2035548, опубл. 20.05.1995, МПК E02D 27/12), включающий выполнение свай, ростверка, составного по высоте из установленных с зазором друг относительно друга нижней и верхней частей и размещенных в зазоре регулируемых приспособлений, нагружение ростверка полезной нагрузкой, сваи соединяют с нижней частью ростверка, а верхнюю часть ростверка выполняют с опиранием на участках между сваями на грунт основания, причем в качестве регулируемых приспособлений используют эластичные, заполненные рабочей средой емкости, соединенные с источником рабочей среды. В процессе нагружения ростверка полезной нагрузкой при достижении осадки верхней части ростверка, равной 0,3-0,6 допустимой величины осадки сооружения, осуществляют регулируемый отвод рабочей среды емкостей с одновременным замещением ее твердеющим материалом, причем в нижней части ростверка выполняют сквозные пазы под эластичные емкости.

Известная последовательность операций позволяет предотвратить неравномерные осадки и повысить несущую способность свайного фундамента.

Недостатком способа по патенту РФ № 2035548 является ограниченная область применения - только для свайных фундаментов с ростверком. К недостаткам известного способа также следует отнести сложность и высокую материалоемкость конструкции.

Наиболее близким к предлагаемому является способ повышения несущей способности ленточных и столбчатых фундаментов (патент РФ № 2272868, опубл. 27.03.2006, МПК E02D 27/00), характеризующийся тем, что фундамент загружают монотонно возрастающими распределенными усилиями, измеряют давления на грунт и перемещения фундамента, строят кривые деформирования, после достижения предельно допустимых норм нагрузок их снимают и наращивают фундамент до проектного уровня. Для ленточных фундаментов загружение осуществляют на отдельных фундаментных подушках, которые после снятия нагрузок объединяют железобетонным поясом.

Как видно, способ основан на приведении жесткости основания под всей площадью фундамента к одному предельно допустимому значению, которое при условиях одинакового давления на фундамент обеспечит и равные по всему фундаменту осадки в процессе строительства и эксплуатации сооружения.

Недостатком данного способа является трудность создания равномерных осадок как в стадии строительства, так и при эксплуатации в случае, когда давление на грунт на отдельных участках в зависимости от веса конструкции может существенно отличаться, иногда даже в разы.

При проектировании и сооружении фундаментов необходимо учитывать чувствительность возводимых сооружений к неравномерным осадкам. Такие осадки могут возникать от различного давления фундаментов на основание. Фундаменты, подвергнутые неравномерным осадкам, вызывают появление больших угловых и линейных перемещений в строительных конструкциях, например балках, фермах, рамах и так далее, вызывая появление трещин и другие разрушения в надфундаментной конструкции, что неоднократно наблюдалось на практике.

Техническая задача, решаемая в предлагаемом изобретении, заключается в обеспечении равных осадок сооружения при разном давлении отдельных участков фундамента на грунт за счет увеличения жесткости каждого участка основания.

Поставленная задача решается тем, что в способе предотвращения неравномерных осадок неоднородно нагруженных фундаментов, включающем исследование грунта, укрепление грунтового основания в соответствии с данными, полученными в результате исследования грунта и сооружение фундамента, грунт исследуют под наименее нагруженным участком фундамента, затем сооружают фундамент и укрепляют более нагруженные участки грунтового основания методом высоконапорной инъекции пропорционально отношению эксплуатационного давления более нагруженного участка к эксплуатационному давлению наименее нагруженного участка.

Таким образом, в предлагаемом способе наименее нагруженный участок грунтового основания остается нетронутым, а на более загруженных участках жесткость грунтового основания увеличивают.

Предлагаемая последовательность операций позволит получить переменную жесткость грунтового основания под различными участками фундамента, зеркально отображающую действующее надфундаментное давление: большему давлению соответствует и большая жесткость грунтового основания, что позволит исключить неравномерность осадок фундамента.

Предлагаемое изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 показана переменная высота здания и необходимая жесткость отдельных участков основания, на фиг.2 - кривые деформирования нетронутого грунта под наименее нагруженным участком и под более нагруженным участком после инъектирования в грунт твердеющего раствора.

Предлагаемый способ осуществляют следующим образом.

Исследуют грунт под наименее нагруженным участком 1 (фиг.1). Сооружают фундамент до проектного уровня. Затем укрепляют более нагруженные участки 2, 3 и 4 методом высоконапорной инъекции пропорционально отношению эксплуатационного давления более нагруженного участка (2, 3 или 4) к эксплуатационному давлению наименее нагруженного участка 1, изменяя глубину и давление инъектирования. При этом величина предельной нагрузки на участке 1 в дальнейшем используется как сравнительная величина, относительно которой на участках 2, 3 и 4 увеличивают жесткость грунтового основания пропорционально эксплуатационному давлению.

На фиг.1 показано здание, которое за счет меняющейся высоты может оказывать разное давление на фундамент. Известно, что величина осадки фундамента зависит от состояния грунтового основания и характеризуется его жесткостью К. В случае линейной зависимости диаграммы между давлением и смещением фундамента жесткость показывает необходимое нормальное давление для смещения фундамента на единицу длины осадки. На фиг.1 показана также жесткость грунтового основания под каждым участком, необходимая для предотвращения возникновения разных по величине осадок на разных участках сооружения.

Типичная кривая зависимости между деформациями и давлением нетронутого грунта участка 1 представлена кривой 1 на фиг.2. С возрастанием давления напряженное состояние грунта проходит первую фазу уплотнения (точка P₁), затем допустимое значении R₁ , а при максимальном давлении Р₀ оно заходит и во вторую фазу - в область пластических деформаций, характеризуя предельное состояние с учетом коэффициента надежности (начало фазы сдвигов).

На фиг 2. (кривая 2) приведена подобная зависимость между давлением и деформациями грунта под подошвой фундамента на участке 2 (фиг.1) после инъектирования в грунт твердеющего раствора. На графике видно, что предельно допустимые нагрузки Р₀' на укрепленном грунте по сравнению с Р₀ на кривой 1 увеличились пропорционально эксплуатационным давлениям на этих участках. Разгрузочные кривые практически совпадают. При этом величина примерной осадки их также совпадает и выполняется условие

S=P ₀'/K₂ P₀/K₁,

где S - осадка фундамента,

Р₀' - предельно допустимые нагрузки на укрепленном участке,

P₀ - предельно допустимые нагрузки на участке с нетронутым грунтом,

K₁ и К₂ - жесткость грунтового основания соответственно участка с нетронутым грунтом и укрепленного участка.

В заявляемом способе возможно использование методик корректировки жесткости участков основания с помощью таких параметров, как глубина инъектирования, напорное давление, количество закачиваемого твердеющего раствора, обрабатываемая площадь.