Способ защиты свайного фундамента от морозного пучения

 

Изобретение относится к строительству, а именно к способам защиты и предохранения свайных фундаментов зданий и сооружений от морозного пучения в сезоннопромерзающих пучинистых грунтах. Новым в способе защиты свайного фундамента от морозного пучения является то, что он предусматривает вмораживание фундамента в грунтовое основание, которое осуществляют путем искусственного промораживания массива окружающего фундамент грунта ниже глубины сезонного промерзания, причем искусственное промораживание массива грунта начинают при установлении отрицательной среднесуточной температуры окружающего воздуха и промораживают с каждой стороны фундамента массив грунта, равный двойной ширине фундамента, причем глубину зоны промораживания определяют на основании приведенной зависимости. Техническим результатом изобретения является упрощение технологии осуществления способа защиты фундамента от морозного пучения, а также снижение трудоемкости и стоимости при повышении эффективности и надежности. 3 з.п. ф-лы.

Изобретение относится к строительству, а именно к способам защиты и предохранения свайных фундаментов зданий и сооружений от морозного пучения в сезоннопромерзающих пучинистых грунтах.

В настоящее время наиболее распространенными способами защиты свайных фундаментов от морозного пучения являются применение обмазок и покрытий, препятствующих их смерзанию с грунтом, снижение влажности грунтов основания, замена пучинистого грунта основания на непучинистый, увеличение глубины заложения фундаментов (см., например, М.В.Киселев. Предупреждение деформации грунтов от морозного пучения. Стройиздат. Ленинградское отделение, 1985).

Эти способы либо малоэффективны и недолговечны по положительному действию, либо требуют выполнения больших объемов дорогостоящих земляных и гидромелиоративных работ.

Наиболее близким к предлагаемому по своей сущности и достигаемому результату является способ защиты фундамента от морозного пучения, включающий образование вокруг фундамента до глубины промерзания котлована шириной, равной глубине промерзания, и заполнение его крупнообломочным грунтом, заключенным в многосекционную клеть (см. SU 2024691, А1.12.1994).

Задачей изобретения является упрощение технологии осуществления способа защиты фундамента от морозного пучения, а также снижение трудоемкости и стоимости при повышении эффективности и надежности.

Задача решается за счет того, что предложен способ защиты свайного фундамента от морозного пучения, характеризующийся тем, что он предусматривает вмораживание фундамента в грунтовое основание, которое осуществляют путем искусственного промораживания массива окружающего фундамент грунта ниже глубины сезонного промерзания, причем искусственное промораживание массива грунта начинают при отрицательной среднесуточной температуре окружающего воздуха и промораживают массив грунта, равный двойной ширине фундамента, причем глубину зоны промораживания определяют на основании зависимости

2,2h_сп ≥ h_пp ≥ 1,7h_сп,

где h_пр - глубина зоны искусственного промораживания грунта, м;

h_сп - глубина естественного сезонного промерзания грунта от дневной поверхности, м.

При промораживании массива грунта могут осуществлять увеличение прочности смерзания грунта с фундаментом за счет установления температуры промораживаемого грунта в пределах от -6 до -8°С или за счет введения в промораживаемый грунт криоструктурирующих водно-растворимых полимерных компонентов, например поливинилового спирта (ПВС).

Искусственное промораживание окружающего фундамент грунта может осуществляться с помощью сезоннодействующих устройств для охлаждения и замораживания грунта, включающих грунтовой и воздушный теплообменники и соединительный термоизолированный теплопровод, причем устройства устанавливают в грунт по наружному контуру фундамента с размещением грунтового теплообменника в средней части глубины промораживаемой зоны.

Технический результат, обеспечиваемый приведенной совокупностью признаков, состоит в упрощении технологии выполнения противопучинных мероприятий, снижении трудозатрат и стоимости при повышении эффективности и надежности.

Технический результат достигается путем преодоления сил морозного пучения теми же средствами, за счет которых они возникают, то есть за счет промораживания окружающего фундамент грунта с помощью естественного холода в заданном интервале глубины. При этом выполнения каких-либо дополнительных специальных работ по замене пучинистого грунта на непучинистый или по увеличению глубины заложения фундамента - не требуется.

Способ осуществляют следующим образом. Вокруг предохраняемой от морозного пучения сваи на расстоянии, равном двойному размеру ее поперечного сечения, устанавливают сезоннодействующие охлаждающие устройства (СОУ), заглубляемые в грунт ниже глубины сезонного промерзания с размещением грунтового теплообменника в средней части по глубине зоны промораживания, мощность которой задается в зависимости от значения среднемноголетней глубины сезонного промерзания грунта в данном месте. При этом мощность зоны промораживания должна быть не менее 1,7 глубины естественного сезонного промерзания грунта. При установлении отрицательной среднесуточной температуры наружного воздуха СОУ включаются в работу и осуществляют промораживание грунта вокруг сваи в заданном интервале глубины. Поскольку скорость промерзания грунта при искусственном промораживании выше скорости естественного промерзания грунта с поверхности, то к началу процесса его пучения и воздействия сил пучения на фундамент искусственно промороженный грунт успевает прочно смерзнуться с фундаментом и обеспечить его устойчивость против выпучивания. При необходимости увеличение прочности смерзания грунта с фундаментом может осуществляться за счет установления температуры промораживаемого грунта в пределах от -6 до -8°С, или путем введения в промораживаемый грунт компонентов, увеличивающих силы смерзания грунтового основания со сваей. Это позволяет значительно повысить эффективность и надежность предохранения фундамента от морозного пучения.

Пример осуществления способа.

Вокруг трубчатой металлической сваи диаметром 325 мм, заглубленной на 8 м, на расстоянии 0,6 м были установлены 4 СОУ парожидкостного типа с термоизолированным соединительным теплопроводом на глубину 3,5 м, что соответствовало середине глубины промораживаемой зоны, мощность которой при глубине сезонного естественного промерзания 2,0 м была принята 3,0 м.

При установлении отрицательной среднесуточной температуры наружного воздуха СОУ автоматически включились в работу и начался процесс промораживания грунта вокруг сваи. Через 10 суток температура грунта в промораживаемой зоне достигла -3°С, а за последующие 20 дней составила -6°С. После промерзания грунта в заданном интервале глубины от -2,0 до 5,0 м произошло дальнейшее понижение температуры мерзлого грунта до -8°С, увеличение прочности его смерзания со сваей и сил, удерживающих сваю от выпучивания. Процесс промораживания контролировался с помощью наблюдательных температурных скважин, пробуренных в зоне промораживания. Как в период искусственного промораживания, так и в течение последующего зимнего сезона перемещения сваи не наблюдалось.

Был применен также физико-химический способ повышения прочности смерзания грунтов основания со сваей. Он заключался в введении в грунтовый массив перед промораживанием водного раствора поливинилового спирта (ПВС) 1% концентрации. Результаты испытания сваи на выдергивающую нагрузку показали, что удерживающие силы для песков повысились в 4 раза, а для суглинков - в 5 раз.

Предохранение фундамента от морозного пучения описанным способом упрощает, сокращает и ускоряет технологические операции, не требует выполнения большого объема трудоемких земляных работ по замене пучинистых грунтов в основании фундамента и гидромелиоративных работ по их осушению, увеличения глубины заложения фундамента, исключает необходимость применения специальной землеройной и сваебойной техники и при этом обеспечивает высокую надежность предохранения фундаментов от морозного пучения и стабильность их функционирования в течение всего периода эксплуатации сооружения.

Предлагаемое техническое решение может быть эффективно использовано при строительстве новых и эксплуатационном обслуживании существующих объектов, в частности, при профилактических противоаварийных мероприятиях на линиях электропередачи в сложных климатических и геокриологических условиях северных районов.

Формула изобретения

1. Способ защиты свайного фундамента от морозного пучения, характеризующийся тем, что он предусматривает вмораживание фундамента в грунтовое основание, которое осуществляют путем искусственного промораживания массива окружающего фундамент грунта ниже глубины сезонного промерзания, причем искусственное промораживание массива грунта начинают при установлении отрицательной среднесуточной температуры окружающего воздуха и промораживают с каждой стороны фундамента массив грунта, равный двойной ширине фундамента, причем глубину зоны промораживания определяют на основании зависимости

2,2h_сп ≥ h_пp ≥ 1,7h_сп ,

где h_пp - глубина зоны искусственного промораживания грунта, м;

h_сп - глубина естественного сезонного промерзания грунта от дневной поверхности, м.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что для увеличения прочности смерзания грунта с фундаментом температуру промораживаемого грунта устанавливают в пределах от -6 до -8°С.

3. Способ по любому из пп.1 и 2, отличающийся тем, что для увеличения прочности смерзания грунта с фундаментом в промораживаемый грунт вводят криоструктурирующие водно-растворимые полимерные компоненты, например поливиниловый спирт.

4. Способ по любому из пп.1 и 2, отличающийся тем, что искусственное промораживание окружающего фундамент грунта производят с помощью сезоннодействующих устройств для охлаждения и промораживания грунта, включающих грунтовый и воздушный теплообменники и соединительный термоизолированный теплопровод, причем устройства устанавливают в грунт по наружному контуру фундамента с размещением грунтового теплообменника в средней части глубины промораживаемой зоны.