Способ возведения фундамента с армированным основанием

02 27/32 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПАТЕНТНЫЙ КОМИТЕТ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ СПОСОБ ВОЗВЕДЕНИЯ ФУНДАМЕНТА С АРМИРОВАННЫМ ОСНОВАНИЕМ(71) Заявитель Белорусский научно-исследовательский институт по строительству Министерства строительства и архитектуры(73) Патентообладатель Белорусский научно-исследовательский институт по строительству Министерства строительства и архитектуры(57) 1. Способ возведения фундамента с армированным основанием путем вытрамбовывания котлована, подачи в него армирующего, а затем инертного материала, вытрамбовывания последующего котлована, причем заполнение предыдущего и вытрамбовывание последующего котлованов осуществляют по меньшей мере однократно, и устройства в последнем котловане фундамента, отличающийся тем, что перед подачей в котлован инертного материала туда подают неинертный материал. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что котлован заполняют на высоту не более глубины котлована. 3. Способ по пп.1 или 2, отличающийся тем, что вытрамбовывание последующего котлована прекращают при достижении контрольного отказа, определяемого из выражения приведенный коэффициент пористости поданных в котлован инертного и неинертного материала- заданное значение коэффициента пористости поданного в котлован инертного материала на границе его контакта с неинертным материалом- заданное значение коэффициента пористости поданного в котлован неинертного материала на границе его контакта с инертным материалом Н - высота заполнения котлована. 4. Способ по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что в качестве неинертного материала используют пучинистый материал. 5. Способ по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что в качестве неинертного материала используют неорганические отходы промышленного или строительного производства. 1646 1 Изобретение относится к способам выполнения фундаментов в вытрамбованных котлованах. Наиболее близким к предполагаемому изобретению техническим решением является способ изготовления(возведения) фундамента, включающий выполнение котлована (полости) специальным штампом, извлечение штампа из котлована, подачу в котлован армирующего (твердеющего) материала, подачу в котлован грунта (непучинистый инертный материал), при этом котлован заполняется материалом полностью, а операции по выполнению котлована, извлечению штампа, заполнению котлована материалом полностью повторяют циклически необходимое количество раз, причем на последующем цикле котлован выполняют меньшими размерами, чем на предыдущем цикле, а на последнем цикле котлован выполняют минимально допустимых размеров и в нем на инертном материале устраивают фундамент 1. Недостатками данного способа являются 1). Повышенная материалоемкость и стоимость возведения фундамента вследствие значительного расхода непучинистого инертного материала, т.к. на каждом цикле котлован заполняется материалом полностью. 2). Снижение несущей способности основания и повышение энергоемкости вытрамбовывания, если котлован заполнен материалом полностью, а специальный штамп имеет наклонные боковые стенки (т.е. является конусообразным, пирамидальным и т.п.). Это происходит вследствие того, что определенная часть энергии вытрамбовывания, идущая на уплотнение грунта, расходуется на уплотнение не основания, а боковых стенок котлована (скважины). Если котлован заполнен материалом полностью, то доля энергии вытрамбовывания,идущая на уплотнение боковых стенок, возрастает, а на уплотнение основания снижается. Таким образом,степень уплотнения основания снижается и соответственно снижается несущая способность основания. Для достижения требуемого уплотнения основания требуется дополнительная энергия вытрамбовывания, но в этом случае возрастает дополнительная энергия, идущая и на уплотнение стенок котлована, что может привести к выпору и разуплотнению верхнего слоя окружающего грунта и, как следствие, к еще большему снижению несущей способности основания или дополнительным затратам на уплотнение верхнего слоя окружающего грунта. 3). Повышение деформативности основания вследствие возможного осыпания стенок котлована в области верхнего разуплотненного слоя грунта на дно котлована, а также, если в качестве непучинистого инертного материала используется сыпучий материал (песок, щебень, гравий и др.), с образованием рыхлого слоя в основании фундамента. 4). Могут возникнуть неравномерные осадки фундаментов, так как не обеспечивается одинаковая плотность уплотняемых слоев материала в котлованах для разных фундаментов, если, например, в котлован подают разные материалы (допустим щебень кончился и стали подавать песок). 5). Сужение возможности применения (реализации) способа вследствие узкой номенклатуры материалов,применяемых в качестве грунта, который подают в котлован, так как непучинистый инертный материал это, как правило, сыпучий материал (песок, щебень, гравий и др.). Таким образом, в качестве грунта, который подают в котлован, нельзя использовать большинство связных материалов (глинистых грунтов) и отходов промышленного производства, которые обладают пучинистыми свойствами. Изобретение решает задачу расширения области применения способа возведения фундамента, снижение материалоемкости, стоимости и энергоемкости фундамента, повышение несущей способности, снижение и выравнивание деформативности основания фундамента. Решение поставленной задачи достигается тем, что в известном способе возведения фундамента, включающем вытрамбовывание котлована, подачу в него армирующего, а затем инертного материала, вытрамбовывания последующего котлована, причем заполнение предыдущего и вытрамбовывание последующего котлованов осуществляется по меньшей мере однократно, и устройство в последнем котловане фундамента,перед подачей в котлован инертного материала туда подают неинертный материал, при этом котлован заполняют на высоту не более глубины котлована, вытрамбовывание последующего котлована прекращают при достижении контрольного отказа, , определяемого из выражения, где е- приведенный коэффициент пористости поданных в котлован инертного и неинертного материала еуп - заданное значение коэффициента пористости поданного в котлован инертного материала на границе его контакта с неинертным материалом епр - заданное значение коэффициента пористости поданного в котлован неинертного материала на границе его контакта с инертным материалом 2 1646 1 Н - высота заполнения котлована,а в качестве неинертного материала используют пучинистый материал и неорганические отходы промышленного или строительного производства. На фиг.1 показан вытрамбованный котлован проектных размеров в естественном грунте на фиг.2 - он же,заполненный твердеющим материалом, другим материалом (любым неорганическим грунтом или промышленными отходами) и грунтом (непучинистым инертным материалом) на фиг.3 - последующий котлован меньших размеров на фиг. 4-5 - циклическое повторение операций, изображенных на фиг. 1-3 на фиг. 6 последний котлован минимально допустимых размеров на фиг. 7 - готовый (забетонированный) фундамент на фиг. 8-14 - то же, что и на фиг. 1-7 при использовании трамбовки с заостренным концом. Возведение фундамента производят следующим образом. Вытрамбовывают котлован 1 проектных размеров в данном естественном или искусственном грунте и получают зону уплотнения 2. Заполняют нижнюю часть котлована армирующим (твердеющим) материалом 3 (например бетоном), сверху укладывают слой другого материала (любой неорганический грунт или промышленные отходы) 4 и подают грунт (непучинистый инертный материал) 5. При этом заполняют котлован на высоту меньшую, чем высота котлована. Затем производят вытрамбовывание котлована меньших размеров 6 до получения контрольного отказаи образовывают новую зону уплотнения 7. Этот цикл повторяется требуемое количество раз (фиг. 4, 5). На последнем цикле вытрамбовывают котлован минимально допустимых размеров 8 в полностью заполненном материалом котловане, с образованием своей зоны уплотнения 9, который заполняют бетоном с образованием тела фундамента 10. В результате получается слоистое основание со слоями армирующего материала 11,другого материала 12 и грунта 13. На фиг.1-6 и 7-11 показано, в качестве примера, последовательное вытрамбовывание 2- котлованов меньших размеров. Однако в зависимости от различных условий (инженерно-геологических, производственных и др.) можно варьировать количеством циклов от 1 до 10-20 и получать, таким образом, фундаменты с требуемой несущей способностью, обеспечивая при этом их минимальную материалоемкость. Изготовленный предполагаемым способом фундамент имеет меньшую материалоемкость и стоимость, так как котлованы на всех циклах, кроме последнего, не заполняются материалом полностью, т.е. этого материала используется меньше. Изготовленный предлагаемым способом фундамент имеет повышенную несущую способность основания и меньшие энергозатраты, идущие на вытрамбовывание котлованов. Так как котлован заполнен грунтом не полностью, то на уплотнение стенок идет меньшая часть энергии, а на уплотнение непосредственно основания - большая, т.е. происходит более интенсивное уплотнение основания с меньшими энергозатратами. Помимо этого исключается или уменьшается выпор и разуплотнение верхнего слоя окружающего грунта, что увеличивает несущую способность основания. Изготовленный предлагаемым способом фундамент имеет пониженную деформативность основания вследствие исключения или уменьшения толщины рыхлого слоя на дне котлована. Это происходит из-за отсутствия или уменьшения разуплотненной (рыхлой) зоны верхнего слоя грунта, а также вследствие уменьшения объема сыпучего материала, подаваемого в котлован. Изготовленный предлагаемым способом фундамент обеспечивает равномерные осадки при разных видах подаваемого материала в котлованы для разных фундаментов в пределах строительной площадки. Это обеспечивается за счет достижения для соответствующих котлованов у разных фундаментов одинакового контрольного отказа Н. Изготовленный предлагаемым способом фундамент имеет большую сферу использования, так как предполагает для своего изготовления применение не только инертных непучинистых материалов, которых может не оказаться (на данной площадке), но и любых других, в том числе глинистых, пучинистых, отходов строительного производства (зола, шлак, доломитовая крошка, золошлак, бой стекла, строительный мусор и т.п.),которые имеются в данный момент на строительной площадке. Таким образом, изготовленный предлагаемым способом фундамент обладает преимуществами по сравнению с прототипом благодаря следующим факторам 1). Заполнение котлована другим материалом позволяет использовать для реализации способа любой неорганический материал, в том числе и пучинистый, а не только песок, щебень, гравий и др., которые не всегда есть в наличии и дороги, а также уменьшает деформативность основания за счет уменьшения осыпания стенок котлована (скважины). Использование пучинистого материала не приводит к негативным последствиям. Это связано с тем, что при вытрамбовывании котлованов чередующиеся слои твердеющего, другого (пучинистого) и непучинистого материала изгибаются и принимают сфероидальную форму. В этих условиях сила морозного пучения 3 1646 1 сферического слоя пучинистого грунта, направленная к центру сферы в значительной степени компенсируется армирующими слоями твердеющего материала и окончательно гасится слоями непучинистого инертного материала, который всегда расположен между фундаментом и пучинистым слоем. 2). Заполнение котлована на неполную высоту исключает или уменьшает разуплотнение окружающего грунта, уменьшает энергоемкость вытрамбовывания, увеличивает несущую способность основания. Это происходит за счет более интенсивного уплотнения нижних слоев грунта, воспринимающих основную нагрузку от фундамента. При этом процессы заполнения котлована на неполную глубину и последующего вытрамбовывания меньшего котлована конкретных размеров повторяют требуемое количество раз до достижения контрольного отказа. В процессе этого повторения происходит частичное выдавливание поданного в котлован грунта и дополнительного материала, в результате чего предыдущий котлован больших размеров оказывается заполненным, в конечном счете, полностью на всю высоту. Высота заполнения котлована определяется в процессе опытных работ в грунтах конкретной строительной площадки и наличия того или иного материала для подачи в котлован и обычно (по опытным данным БелНИИС) колеблется в пределах 0,95-0,75 высоты котлована. 3) Прекращение вытрамбовывания котлована при достижении контрольного отказа Н, определяемого по предложенной зависимости, позволяет достичь максимального или требуемого уплотнения материалов или грунта, подаваемых в котлован, и избежать их недо- или переуплотнения. Именно соблюдение требования о непревышении контрольного отказа при вытрамбовке позволяет получить котлованы меньших размеров, т. к. при каждом последующем вытрамбовывании котлована оно происходит в более плотном окружающем грунте (вследствие дополнительного уплотнения этого грунта). При этом обеспечивается достаточная и одинаковая плотность всех порций засыпаемых в котлован материалов и грунтов. Это происходит вследствие того, что контрольный отказ рассчитывается для каждой фактической толщины (высоты Н) засыпки котлована и зависит от параметров этих материалов и грунтов ео, еуп и епр,одинаковых для всех засыпанных порций материала и грунта. Приведенный коэффициент пористости засыпанного в котлован материала и грунта ео определяется как средневзвешенное значение коэффициентов пористости каждого засыпаемого материала и грунта в рыхлом состоянии. Минимальный коэффициент грунта еуп определяется по формуле еуп/ - 1 - для сыпучих грунтов,еуп/100 - для связных грунтов,где- плотность частиц грунта- требуемая плотность грунта в сухом состоянии- оптимальная весовая влажность в , принимаемая равнойр - (1-3), где р - влажность на границе пластичности (раскатывания). Коэффициент пористости на подошве другого материала, уплотненного до проектной плотности, епр соответствует проектной (задаваемой) плотностигрунта, принимается равным епр 0,45-0,65 в зависимости от вида другого материала (см. А.М. Силкин, И.Н.Фролов. Основания и фундаменты. М., Колос, 1981 Пособие 3-95 к СНБ 2.03.01-94. Проектирование и уплотнение грунтов оснований зданий тяжелыми трамбовками.(Проект). - Мн., Минархстрой РБ, 1995). Закладывая (задавая) соответствующее значение епр, можно добиваться ликвидации (нейтрализации) или уменьшения пучинистых свойств подаваемых в котлован глинистых грунтов или отходов промышленного производства (если они таковыми обладают). Предлагаемый способ возведения фундамента с армированным основанием позволяет применять в качестве скважинообразователя штампы (трамбовки) как с плоским, так и с заостренным концом (фиг. 7-11). В этом случае следует только изменять величину проектного контрольного отказа Н. Здесь следует отметить, что в зависимости от величины Н в процессе опытных работ подбирается энергия удара штампа (трамбовки) о грунт по следующей зависимости НК 0,1,где- вес штампа (трамбовки)- высота падения трамбовки К - коэффициент, характеризующий вид уплотняемого материала, значение К составляет К 1,0 - для щебеночного, песчано-гравийного материала и обломочных, с заполнителем или без, отходов промышленного производства К 0,9 - для песка крупного, шлака, доломитовой крошки и т.п. К 0,8 - для среднезернисто 4 1646 1 го песка, золы, золошлака К 0,7 - для песка мелкого К 0,6 - для песка пылеватого, супеси К 0,5 - для суглинка и глины. Таким образом, использование предлагаемого способа возведения фундамента обеспечивает по сравнению с соответствующими способами следующие преимущества 1. Расширение сферы применения способа изготовления фундамента за счет расширения номенклатуры материалов, подаваемых в котлован, в том числе пучинистых, которые заменяют часть инертного непучинистого материала (грунта). 2. Снижение материалоемкости и стоимости фундамента з счет уменьшения количества подаваемого в котлован грунта (материала), т.к. котлован заполняется не на всю его высоту. 3. Повышение несущей способности основания фундамента, уменьшение его деформативности и уменьшение энергоемкости вытрамбовывания за счет более интенсивного уплотнения основания фундамента вследствие перераспределения энергии вытрамбовывания. 4. Обеспечение равномерных осадок фундаментов за счет достижения достаточной и одинаковой (равномерной) плотности подаваемого в котлован грунта и материала разных видов за счет достижения контрольного отказа Н. Реализация предложенного способа на практике состоит в том, что в грунте вытрамбовывают скважину и заполняют ее на всю или меньшую высоту сначала армирующим (бетон, цементное молоко и т.п.), затем неинертным (любым неорганическим материалом, например глинистым грунтом) и, наконец, инертным материалом (песок, щебень, гравий и др.). Затем в этой же точке снова вытрамбовывают котлован, и так циклически повторяют эти операции до получения контрольного отказа при вытрамбовке котлована. После этого в данном последнем котловане бетонируют фундамент (заполняют последний котлован бетоном). Данный метод был реализован при строительстве объектов расширения производства АО Гомельстекло в г.п.Костюковка Гомельской обл., где в качестве неинертного материала были использованы местные глинистые грунты и отходы стекольного производства. оставитель М.Ф.Денисенко Редактор В.Н. Позняк Корректоры А.М. Бычко С.А. Тикач Заказ 3422 Тираж 20 экз. Государственный патентный комитет Республики Беларусь. 220072, г. Минск, проспект Ф. Скорины, 66.