Способ усиления основания ленточного фундамента при реконструкции зданий и сооружений

 

Использование: в строительстве. Сущность изобретения: способ усиления основания ленточного фундамента при реконструкции включает разработку траншеи с внешней стороны фундамента. Размещают в основании параллельные друг другу горизонтальные армоэлементы с образованием их концевых участков за пределами контура фундамента. Армоэлементы размещают вплотную к подошве фундамента с шагом, равным трем размерам высоты сечения армоэлемента. Высота сечения армоэлемента находится в пределах 0,125 - 0,075 ширины фундамента, а концевые участки - в пределах 0,5 - 1,5 ширины фундамента. 4 ил.

Изобретение относится к строительству и может быть использовано для усиления оснований ленточных фундаментов при реконструкции зданий и сооружений, а именно при их техническом переоснащении или надстройке дополнительных этажей, т.е. в случае увеличения нагрузки на фундамент.

Известен способ предотвращения неравномерной осадки строительных конструкций на слабом грунтовом основании [1]. В грунтовом основании вокруг строительной конструкции выкапывают вертикальные траншеи, из которых затем последовательно пробуривают под фундаментом скважины и внедряют в них горизонтальные элементы (трубы, профильные балки и т.п.) таким образом, чтобы эти элементы проходили под фундаментом в продольном и поперечном направлениях, образуя решетку.

Недостатком данного способа является то, что его можно применять только для отдельных фундаментов и практически невозможно применить для усиления ленточных фундаментов. Под ленточным фундаментом создание продольных элементов затруднено. Пробуривание скважин снижает несущую способность конструкции, т. к. не позволяет создать необходимую зону уплотненного грунта. Кроме того, данный способ требует применения сложного бурильного и задавливающего оборудования.

Известен способ закрепления основания фундамента [2], выбранный в качестве прототипа, согласно которому вдоль укрепляемой конструкции выкапывают траншеи, затем в основании пневмопробойником прокладывают скважины, изогнутые подобно расчетным линиям одинаковых горизонтальных напряжений, которые заполняют цементным раствором и соединяют на концах перемычками. Расстояние от нижней точки фундамента до верхней точки оси изогнутой сваи должно быть не более трех диаметров сваи, а расстояние между осями двух параллельных свай не менее шести диаметров. Места соединения свай с перемычками выполнены с армирующими элементами.

Недостатком способа является ограниченность его применения. Например, его невозможно применять в грунтах, где происходит оплывание или осыпание стенок прокладываемых скважин.

Целью изобретения является расширение области применения способа по грунтовым условиям, увеличение производительности за счет уменьшения количества технологических операций.

Предлагаемый способ усиления основания ленточного фундамента при реконструкции зданий и сооружений включает разработку траншеи с внешней стороны фундамента и размещение в основании параллельных друг другу горизонтальных армоэлементов с образованием их концевых участков за пределами контура фундамента. Размещение армоэлементов осуществляют с помощью пневмопробойника вплотную к подошве фундамента с шагом, равным трем размерам высоты сечения армоэлемента, причем высота сечения армоэлемента находится в пределах 0,075-0,125 ширины фундамента, а концевые участки - в пределах 0,5-1,5 ширины фундамента. Величину вылета концевых участков за пределы контура фундамента определяют расчетом. Для увеличения прочности армоэлементы могут быть изогнуты.

В предлагаемом способе в отличие от способа-прототипа готовые армоэлементы с помощью пневмопробойника устанавливаются вплотную к подошве фундамента с шагом, равным трем размерам высоты сечения армоэлемента, причем высота сечения армоэлемента должна находиться в пределах 0,075-0,125 ширины фундамента, а концевые участки - в пределах 0,5-1,5 ширины фундамента.

Забивка пневмопробойником армоэлементов создает усиленный слой грунта в основании и позволяет закреплять основание фундаментов в любых слабых грунтах, требующих усиления. Расположение армоэлементов непосредственно под фундаментом и выбор оптимальных размеров армоэлементов (высоты вылета) позволяет уменьшить количество технологических операций за счет одноразовости забивки горизонтальных армоэлементов и отсутствия работ по изготовлению и армированию перемычек и таким образом увеличить производительность, а также снизить материалоемкость. При этом будет обеспечена необходимая несущая способность фундамента.

На фиг.1 изображено продольное сечение усиленного слоя грунта; на фиг.2 - разрез А-А на фиг.1; на фиг.3 - один из этапов реализации способа; на фиг. 4 - диаграмма для определения размеров армоэлементов (труб) при модуле деформации грунта Е = 5 МПа, для нагрузок Р = 0,05; 0,1; 0,15 МПа и высоты сечения армоэлементов h = 0,15; 0,2; 0,25 м.

Способ осуществляется следующим образом.

Предварительно определяют размеры армоэлементов (высоту сечения и длину). Условием выбора размеров является отсутствие осадки фундамента после реконструкции здания. Расчет ведется в следующей последовательности.

Для определенных грунтовых условий выполняется диаграмма для определения оптимальных размеров армоэлементов. По диаграмме в зависимости от существующей нагрузки на здание Р определяют начальную осадку S_н здания, которая произошла под действием этой нагрузки, определяют расчетную осадку по формуле: S_p = K x S_н (м), где К - коэффициент запаса, учитывающий неточность заложения слоя усиления по глубине.

Точка пересечения линии расчетной осадки S_p с кривой, соответствующей выбранной высоте сечения армоэлемента h и новой нагрузке на фундамент, соответствует необходимому расходу бетона V на погонный метр фундамента (в случае использования в качестве армоэлементов труб).

Точка пересечения линии расхода бетона V и высоты сечения армоэлемента h соответствует минимальному вылету f концевых участков армоэлементов за пределы контура фундамента.

Величина вылета концевых участков армоэлементов за пределы контура фундамента должны быть в пределах 0,5-1,5 ширины фундамента. Если это условие не выполняется необходимо изменить высоту армоэлемента h.

Определив величину вылета концевых участков армоэлемента за пределы контура фундамента и соответственно длину армоэлементов, делают проверочный расчет их прочности (расчет не приводится ввиду известности).

Рядом с фундаментом 1 (на расстоянии вылета f концевых участков армоэлемента) выкапывается траншея 2 ниже подошвы фундамента с учетом размещения пневмопробойника. Из траншеи до фундамента откапывается щель до точного определения глубины d заложения фундамента. На дно траншеи укладывается армоэлемент 3 и забивается пневмопробойником 4. Затем аналогично производится забивка остальных армоэлементов 3. Траншея и щель закапываются. Таким образом создается усиленный слой грунта, который состоит из жестких армоэлементов 3 (трубы, рельсы железобетонной конструкции и т.п.) и зоны 5 уплотненного грунта. Расстояние между армоэлементами 3 высотой сечения h равно 3h. Вылет f концевых участков армоэлементов 3 за пределы контура фундамента 1 должен быть в пределах 0,5-1,5b, где b - ширина фундамента.

Усиленный слой грунта работает следующим образом.

Нагрузка от фундамента 1 передается на жесткие армоэлементы 3, которые вместе с зоной 5 уплотнения воздействуют на основание, вследствие чего давление от сооружения распределяется на большую площадь, что приводит к снижению осадок фундамента.

П р и м е р. Необходимо закрепить основание фундамента здания, подвергаемого реконструкции. По проекту после строительных работ давление на основание должно возрасти с 0,07 до 0,1 МПа. В основании располагаются мягкопластичные суглинки l_L= 0,6 и модулем деформации Е = 5 МПа. Ширина ленточного фундамента b = 2 м. В качестве армоэлементов используют трубы D = 0,15 м (высота сечения). Определяем необходимую длину армоэлементов. Условием расчета длины является отсутствие осадки после реконструкции. Расчет ведется в следующей последовательности.

По диаграмме (фиг.4) по первоначальной нагрузке на основание фундамента Р = = 0,07 МПа определяем начальную осадку, которую имело здание перед реконструкцией (по стрелке 1).

S_н = 0,11 м Определяем расчетную осадку основания.

S_p = K x S_н = 0,85 х 0,11 = 0,09 м Проводим прямую S_p = 0,09 до пересечения с кривой h = 0,15, соответствующей нагрузке Р = 0,1 МПа (стрелка 3). Учитывая выбранную высоту сечения армоэлемента h = 0,15 м, по стрелке 4 находим требуемый минимальный объем бетона на погонный метр фундамента, необходимый для заполнения труб, V = 0,165 м/п. м По пересечению линий V = 0,165 м/п. м и h = 0,15 м (стрелки 5 и 6) определяем минимальную величину вылета концевых участков армоэлемента за пределы контура фундамента для данных условий (точка А) f = 1,1 м, т.е. f = 0,55b (размер вылета соответствует условию f = 0,5-1,5 b).

Рассчитываем необходимую длину армоэлементов L = b + 2f = 2 + 2 x 1,1 = 4,2 м Проверочный расчет армоэлементов показал достаточную их прочность (расчет не приводится).

Учитывая, что длина пневмопробойника СО-134А L_п = 2 м, принимаем следующую технологическую схему забивки армоэлементов - труб: труба забивается секциями, длина одной секции L_с = 1,4 м.

Определяем необходимую ширину траншеи: b_т = L_c + L_п + 0,5 = 1,4 + 2,0 + 0,5 = 3,9 м Принимаем ширину траншеи b_т = 4,0 м. Расчет закончен. Откапываем траншею шириной 4,0 м и щель глубиной ниже подошвы фундамента 1 на 2h = 2 ˙ 0,15 = 0,3 м. Устанавливаем первую секцию трубы 6 с закрытым передним торцом, забиваем пневмопробойником 4. Затем привариваем к концу первой секции вторую и также забиваем и т.д. Следующий ряд труб 6 забиваем на расстоянии в осях 3h = 0,45 м. После внедрения под фундамент всех труб заполняем их цементным раствором.

Использование предлагаемого способа закрепления ленточного фундамента позволит повысить несущую способность основания в суглинистых и глинистых грунтах от тугопластичной до текучепластичной консистенции и при этом значительно сократить материальные и трудовые затраты.

Формула изобретения

СПОСОБ УСИЛЕНИЯ ОСНОВАНИЯ ЛЕНТОЧНОГО ФУНДАМЕНТА ПРИ РЕКОНСТРУКЦИИ ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙ, включающий разработку траншеи с внешней стороны фундамента и размещение из траншеи в основании параллельных друг другу горизонтальных армоэлементов с образованием их концевых участков за пределами контура фундамента, отличающийся тем, что размещение армоэлементов осуществляют с помощью пневмопробойника вплотную к подошве фундамента с шагом равным 3 высотам сечения армоэлемента, причем высота сечения армоэлемента находится в пределах 0,125 - 0,075 ширины фундамента, а концевые участки образуют в пределах 0,5 - 1,5 ширины фундамента.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4