Способ управления нормальными силами пучения, действующими в направлении, противоположном действию касательных сил пучения

Изобретение относится к строительству, а именно к способам защиты фундаментов зданий и сооружений от морозного пучения в сезоннопромерзающих пучинистых грунтах. Способ защиты свайного фундамента от морозного пучения включает управление действием нормальных и касательных составляющих сил морозного пучения, действующих на фундамент со стороны окружающего грунта в процессе его промерзания, которое осуществляют путем формирования нормальных составляющих сил морозного пучения, действующих на сваю в направлении, противоположном действию касательных сил пучения, путем установки опорно-анкерной плиты, закрепляемой на стволе сваи на участке длины, соответствующем глубине сезонного промерзания грунта на месте заложения фундамента. До глубины заложения опорно-анкерной плиты бурят скважину, диаметр которой соответствует поперечным размерам опорно-анкерной плиты, а площадь опорно-анкерной плиты принимают равной не менее десятой части площади боковой поверхности сваи на участке длины, расположенном в пределах 2/3 слоя сезонного промерзания. Технический результат состоит в упрощении технологии и повышении эффективности и надежности противопучинных мероприятий при снижении их трудоемкости и стоимости. 1 з.п. ф-лы.

 

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

В настоящее время наиболее распространенными способами борьбы с морозным пучением фундаментов являются применение обмазок и покрытий, препятствующих их смерзанию с грунтом, снижение влажности грунтов основания, замена пучинистого грунта основания на непучинистый и, наконец, увеличение глубины заложения фундаментов [М.Ф.Киселев. Предупреждение деформации грунтов от морозного пучения. Л.: Стройиздат, 1985].

Эти способы либо малоэффективны и имеют ограниченный срок действия, либо связаны с высокими трудозатратами и требуют проведения большого объема 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).

Недостатком способа являются технологическая сложность, большой объем земляных работ, а также высокая стоимость и трудоемкость.

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 фундамента от морозного пучения, характеризующийся тем, что он предусматривает управление действием нормальных и касательных составляющих сил морозного пучения, действующих на фундамент со стороны окружающего грунта в процессе его промерзания, которое осуществляют путем формирования нормальных составляющих сил морозного пучения, действующих на сваю в направлении, противоположном действию касательных сил пучения, действующих на сваю.

При этом формирование нормальных сил морозного пучения, действующих на сваю в направлении, противоположном действию касательных сил пучения, осуществляют путем установки опорно-анкерной плиты, закрепляемой на стволе сваи на участке длины, соответствующем глубине сезонного промерзания грунта на месте заложения фундамента, причем до глубины заложения опорно-анкерной плиты бурят скважину, диаметр которой соответствует поперечным размерам опорно-анкерной плиты, а площадь опорно-анкерной плиты принимают равной не менее десятой части площади боковой поверхности сваи на участке длины, расположенном в пределах слоя сезонного промерзания.

Для усиления эффективности действия нормальной составляющей силы морозного пучения, противодействующей выпучиванию фундамента, вблизи сваи в грунте устанавливают сезоннодействующие устройства для охлаждения и замораживания грунта с размещением грунтового теплообменника на 2/3 глубины сезонного промерзания от дневной поверхности и теплоизоляцией соединительного теплопровода от окружающего грунта.

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

Технический результат достигается за счет исключения необходимости выполнения земляных и гидромелиоративных работ с заменой пучинистого грунта на непучинистый, увеличения глубины заложения фундамента, применения обмазок и специальных покрытий фундаментов, а также введения химических компонентов и полимерных добавок. При этом следует учитывать, что все перечисленные мероприятия (кроме первого) носят временный характер.

Предлагаемый способ осуществляют следующим образом.

На месте установки сваи до глубины сезонного промерзания грунта бурят скважину, диаметр которой соответствует поперечным размерам опорно-анкерной плиты, закрепляемой на свае. После этого сваю заглубляют до проектной отметки любым подходящим способом (забивным, бурозабивным или буроопускным) в зависимости от прочности грунтов. После установки сваи зазор между ее боковой поверхностью и стенками скважины в интервале между анкерной плитой и поверхностью грунта заполняют выбуренным грунтом с его послойным уплотнением. Для усиления противопучинного эффекта вокруг сваи могут быть установлены три сезоннодействующих охлаждающих устройства (СОУ) на 2/3 глубины сезонного промерзания.

При сезонном промерзании окружающего сваю грунта образуются нормальные составляющие сил морозного пучения, действующие сверху вниз и воздействующие на опорно-анкерную плиту сначала через буферную грунтовую зону, а затем и непосредственно. Поскольку направление нормальных сил прямо противоположно действию касательных сил пучения, действующих на сваю, а величина их на порядок превышает значение последних, обеспечивается надежная защита сваи от деформаций.

При установке СОУ усиление эффекта защиты сваи от пучения обеспечивается за счет ускорения воздействия нормальных сил на опорно-анкерную плиту и возрастания их величины.

Пример осуществления способа.

Трубчатая металлическая свая диаметром 325 мм была заглублена на 8 м с размещением опорно-анкерной плиты на глубине 2,0 м, соответствующей глубине сезонного промерзания грунта. Диаметр анкерной плиты составлял 0,5 м из расчета ее площади, равной десятой части площади боковой поверхности сваи на участке длины, равном 2/3 глубины сезонного промерзания грунта. Первый параметр основан на том, что нормальные силы пучения в десять раз превышают касательные силы [М.Ф.Киселев. Предупреждение деформации грунтов от морозного пучения. Л.: Стройиздат, 1985]. Второй параметр основан на том, что при промерзании пучинистого грунта в последней трети глубины промерзания пучения не наблюдается [М.Ф.Киселев. Предупреждение деформации грунтов от морозного пучения. Л.: Стройиздат, 1985]. Процесс сезонного промерзания грунта, окружающего сваю, и ее возможное перемещение регулярно контролировались путем измерений по реперам и маркам. Деформаций сваи в течение двухлетнего периода измерений и обследований не наблюдалось.

Предохранение фундамента от морозного пучения описанным способом упрощает и ускоряет технологические операции, которые сводятся лишь к установке СОУ, не требует выполнения большого объема трудоемких земляных работ по замене пучинистых грунтов в основании фундамента и гидромелиоративных работ по их осушению и применения специальной землеройной техники, при этом обеспечиваются надежность защиты фундаментов от морозного пучения и стабильность их работы в течение всего периода эксплуатации сооружения.

Предлагаемый способ основан на устранении негативного воздействия природного явления с помощью использования этого же явления. Подобный утилитарный подход к решению данной задачи является весьма эффективным.

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

1. Способ защиты свайного фундамента от морозного пучения, включающий управление действием нормальных и касательных составляющих сил морозного пучения, действующих на фундамент со стороны окружающего грунта в процессе его промерзания, которое осуществляют путем формирования нормальных составляющих сил морозного пучения, действующих на сваю в направлении, противоположном действию касательных сил пучения, путем установки опорно-анкерной плиты, закрепляемой на стволе сваи на участке длины, соответствующей глубине сезонного промерзания грунта на месте заложения фундамента, причем до глубины заложения опорно-анкерной плиты бурят скважину, диаметр которой соответствует поперечным размерам опорно-анкерной плиты, а площадь опорно-анкерной плиты принимают, равной не менее десятой части площади боковой поверхности сваи на участке длины, расположенной в пределах 2/3 слоя сезонного промерзания.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что для усиления эффективности действия нормальной составляющей силы морозного пучения, противодействующей выпучиванию фундамента, вблизи свай в грунте устанавливают сезоннодействующие устройства для охлаждения и замораживания грунта с размещением грунтового теплообменника у границы сезонного промерзания и теплоизоляцией соединительного теплопровода от окружающего грунта.