Способ изготовления свайного фундамента для вечномерзлого грунта

Авторы патента:

E02D27/35 - возводимые в мерзлом грунте, например в вечномерзлом грунте

Владельцы патента RU 2469150:

Учреждение Российской академии наук - Институт мерзлотоведения им. П.И. Мельникова Сибирского отделения Российской академии наук (RU)

Изобретение относится к строительству, к способам расчетов оснований сооружений, в частности к расчету нагрузки свай, погружаемых в вечномерзлый грунт. Способ изготовления свайного фундамента для вечномерзлого грунта включает бурение скважины, помещение сваи в скважину, заполнение пазухи между стенками скважины и сваей грунтовым или известково-песчаным раствором, выдержку до промерзания раствора. Свая изготавливается в соответствии с предварительным расчетом, при этом производят расчет давления на мерзлый грунт под нижним концом сваи и расчет сопротивления мерзлого грунта или раствора сдвигу по боковой поверхности смерзания сваи в пределах i-ro слоя грунта, включая расчет сопротивления зубцов, имеющих нижние и верхние грани. Сваи изготавливают в соответствии с расчетом дополнительной нагрузки для выступов боковой поверхности, учитывая сопротивление грунта нижним граням зубцов, а окончательная формула расчета имеет приведенную зависимость. Технический результат состоит в повышении точности расчета нагрузки сваи для вечномерзлого грунта, обеспечении оптимизации расходов при строительстве, повышении надежности постройки. 1 ил.

Изобретение относится к строительству, к способам изготовления свайных фундаментов сооружений, включающих расчет несущих нагрузок свай, погружаемых в вечномерзлый грунт.

Известна «Свая» (SU 1206387) [1], вмораживаемая в вечномерзлый грунт, включающая ствол, имеющий выступы по боковой поверхности.

Недостатком известной сваи является отсутствие точного расчета нагрузки, что приводит либо к избыточности материалов и прочих затрат при установке сваи либо (при недостаточности нагрузочной способности) к дефектам строительства в целом.

Наиболее близким к заявляемому техническому решению является способ изготовления свайного фундамента для вечномерзлого грунта, включающий бурение скважины, помещение сваи в скважину, заполнение пазухи между стенками скважины и сваей грунтовым или известково-песчаным раствором, выдержку до промерзания раствора, причем свая изготавливается в соответствии с предварительным расчетом, при этом производят расчет давления на мерзлый грунт под нижним концом сваи и расчет сопротивления мерзлого грунта или раствора сдвигу по боковой поверхности смерзания сваи в пределах i-го слоя грунта, включая расчет сопротивления зубцов, имеющих нижние и верхние грани «Расчет оснований и фундаментов при использовании вечномерзлых грунтов по принципу I» (СНиП 2.02.04-88, п.3.20 [2] формула (3) [4])

Недостатком известного способа [2] является неточность расчета сваи при наличии выступов на боковой поверхности. Неточность расчета приводит либо к завышенным расходам при строительстве, либо при переоценке несущей способности к дефектам строительства и, в крайнем случае, к разрушению постройки.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение точности расчета нагрузки сваи для вечномерзлого грунта, что приводит к оптимизации расходов при строительстве и повышению надежности постройки.

Технический результат достигается тем, что сваи изготавливают в соответствии с расчетом дополнительной нагрузки для выступов боковой поверхности, учитывая сопротивление грунта нижним граням зубцов, а окончательная формула расчета имеет вид:

где R - расчетное давление на мерзлый грунт под нижним концом сваи, R'_i - давление нижних граней зубцов на грунт в пределах i-го слоя; τ_i - сопротивление грунта на сдвиг в пределах i-го слоя; A₁ - площадь опирания на грунт нижнего конца сваи, ограниченная основаниями зубцов; A_i - площадь опирания нижних граней зубцов на грунт в пределах i-го слоя; A_τ,i - площадь среза грунта концами зубцов; α - угол наклона грани зубца.

Пример расчета цилиндрической сваи

Внешний вид вмораживаемой в вечномерзлый грунт сваи показан на Фиг.1 (разрез), где

1 - граница поверхности земли,

2 - граница сезонного протаивания,

3 - вечномерзлый грунт,

4 - головка сваи,

5 - зубцы сваи,

6 - верхние грани зубцов,

7 - нижние грани зубцов,

8 - нижний торец сваи,

A₁ - площадь опирания на грунт нижнего конца сваи, ограниченная основаниями зубцов, равная ,

A_i - площадь опирания нижней грани i-го зубца на грунт, равная .

Расчет несущей способности мерзлых грунтов основания свайного фундамента с зубцами на боковой поверхности проводится при принятом расстоянии между зубцами l=4 k, где k=(d₂-d₁)/2·tgα - проекция наклонной образующей на вертикальную ось сваи. Количество зубцов на свае, погруженных в вечномерзлый грунт на глубину h_af,

Площадь поверхности торца сваи ;

Суммарная площадь нижних граней зубцов на свае

Суммарная площадь сдвига сваи по боковой поверхности

А_τ=πd₂h_af.

Параметры сваи: d₁=40 см; d₂=45 см; h_af=4,5 м; α=45°.

Вечномерзлые грунты - однородные мелкозернистые пески с максимальной в годовом периоде средней по глубине заложения температурой вечномерзлого грунта T_e=-1,5°С и температурой вечномерзлого грунта на глубине заложения сваи на момент установления максимальной температуры грунта T_z=-2,0°С. По СНиП 2.02.04-88 «Основания фундаменты на вечномерзлых грунтах» расчетное давление на мерзлые пески при T_z=-2,0°С, R=1700 кПа, при T_e=-1,5°С - R=1500 кПа; R_af=160 кПа и сопротивление сдвигу по грунту при T_e=-1,5°С τ=210 кПа.

Формула расчета и величина несущей способности мерзлых грунтов основания свайного фундамента с зубцами на боковой поверхности при приведенных расчетных параметрах

Для сравнения расчет по формуле [2] расчета и величины несущей способности мерзлых грунтов основания свайного фундамента с гладкой боковой поверхностью дает результат:

Нагрузочная способность сваи с гладкой боковой поверхностью существенно ниже, чем сваи с зубчатой боковой поверхностью, что позволяет нагружать сваю с зубцами большей, рассчитанной по указанной формуле, нагрузкой и либо существенно экономить на количестве свай при строительстве, либо уменьшать материалоемкость каждой сваи без потери несущей способности сваи и уменьшения надежности постройки.

Промышленное применение

Изобретение может быть с успехом применено для расчета сваи, вмораживаемой в вечномерзлый грунт.

Способ изготовления свайного фундамента для вечномерзлого грунта, включающий бурение скважины, помещение сваи в скважину, заполнение пазухи между стенками скважины и сваей грунтовым или известково-песчаным раствором, выдержку до промерзания раствора, причем свая изготавливается в соответствии с предварительным расчетом, при этом производят расчет давления на мерзлый грунт под нижним концом сваи и расчет сопротивления мерзлого грунта или раствора сдвигу по боковой поверхности смерзания сваи в пределах i-гo слоя грунта, включая расчет сопротивления зубцов, имеющих нижние и верхние грани, отличающийся тем, что сваи изготавливают в соответствии с расчетом дополнительной нагрузки для выступов боковой поверхности, учитывая сопротивление грунта нижним граням зубцов, а окончательная формула расчета имеет вид:

где R - расчетное давление на мерзлый грунт под нижним концом сваи, R'_iдавление нижних граней зубцов на грунт в пределах i-гo слоя; τ_i - сопротивление грунта на сдвиг в пределах i-гo слоя; A₁ - площадь опирания на грунт нижнего конца сваи, ограниченная основаниями зубцов; A_i - площадь опирания нижних граней зубцов на грунт в пределах i-гo слоя; A_τ,i - площадь среза грунта концами зубцов; α - угол наклона грани зубца.

Изобретение относится к строительству, а именно к возведению малозаглубленных и поверхностных фундаментов в условиях вечномерзлых грунтов. .

Противопучинный фундамент здания с подвалом // 2440464

Изобретение относится к строительству, в частности к строительству малоэтажных зданий с подвалом, возводимых на пучинистых грунтах в районах с глубоким сезонным промерзанием, где глубина промерзания может достигать 4 м и более.

Способ сооружения свайных фундаментов в промерзающих пучинистых грунтах // 2430214

Изобретение относится к области строительства и используется при сооружении свайных фундаментов преимущественно малоэтажных домов, мачт, рекламных щитов на промерзающих пучинистых грунтах.

Способ повышения прочности пластично-мерзлых грунтов и фундамент для реализации способа // 2422589

Изобретение относится к области строительства сооружений в районах широкого распространения пластично-мерзлых грунтов, в том числе засоленных грунтов. .

Способ установки сваи открытого профиля в слабых сезоннопромерзающих пучинистых грунтах // 2394127

Изобретение относится к строительству, а именно к способам установки свай открытого профиля при возведении свайных фундаментов зданий и сооружений. .

Способ обеспечения проектного положения трубопроводов обвязки газо- или нефтедобывающих скважин в районах распространения вечномерзлых грунтов // 2390621

Изобретение относится к нефтяной и газовой промышленности и может быть использовано при сооружении опорных конструкций надземных трубопроводов обвязки газо- и нефтедобывающих скважин на многолетнемерзлых грунтах.

Теплоизолированный фундамент // 2357044

Изобретение относится к строительству, а именно к возведению зданий и сооружений на промерзающих пучинистых грунтах. .

Способ возведения свайного фундамента и свайный фундамент // 2348759

Изобретение относится к фундаментостроению и может быть использовано в способах возведения свайного фундамента в вечномерзлых грунтах. .

Конструкция обсыпки для защиты фундаментов от выпучивания и разрушения морозобойными трещинами // 2344233

Изобретение относится к области строительства, в частности к строительству в суровых природно-климатических условиях на пучинистых грунтах. .

Отапливаемое малоэтажное здание с полом по утепленному цокольному перекрытию, возводимое на пучинистом грунтовом основании // 2337211

Изобретение относится к области строительства, в частности к строительству малоэтажных (не более 2-х этажей) отапливаемых зданий с малозаглубленными фундаментами на пучинистых грунтовых основаниях.

Способ строительства фундамента в зимнее время // 2473742

Изобретение относится к строительству ленточных фундаментов под здания и сооружения различного назначения и может быть использовано при возведении мало- и многоэтажных зданий из монолитного бетона в зимнее время

Конструкция для предотвращения морозного пучения грунта // 2513078

Изобретение относится к области строительства и эксплуатации зданий и сооружений, конкретно к защите от морозного выпучивания малозаглубленных фундаментов, дорожных покрытий и конструкций зданий, в частности крылец, пандусов и отмосток, окружающих здания. Конструкция для предотвращения морозного пучения грунта включает систему скважин, в том числе демпфирующих скважин, пробуренных вблизи или наклонно под фундамент в подстилающем слое грунта на глубину его промерзания и заполненных рабочим телом. Каждая демпфирующая скважина содержит гирлянду из взаимосвязанных емкостей, причем в нижней части скважины расположены преимущественно перфорированные емкости, заполненные сухой смесью «соль-песок» в соотношении 1:2, а в верхней части скважины размещена одна или несколько емкостей, заполненных солевым раствором составом не менее 0,5 кг соли на 10 л воды, при этом емкости снабжены диаметрально расположенными выпусками, сообщающимися с внутренним пространством скважин, закрытых съемными оголовками. Технический результат состоит в повышении надежности, долговечности и эффективности демпфирующих свай. 1 ил.

Способ предохранения опорных элементов от морозного выпучивания грунта (варианты) // 2515246

Изобретение относится к строительству, в частности к способам защиты одиночных опорных элементов (например, свай и столбов) от воздействия сил морозного пучения грунтов, в том числе в районах распространения многолетнемерзлых грунтов. Способ предохранения опорных элементов от морозного выпучивания грунта в фундаменте зданий, сооружений, возводимых на пучинистых грунтах, включает расположенный в грунте опорный элемент, вокруг боковой поверхности которого в запроектированной зоне сезонного промерзания-оттаивания, а при необходимости и ниже нее последовательно размещены слои незамерзающего материала и защитных оболочек, способные воспринять без разрушения боковое давление пучащегося грунта. Защитную оболочку изготавливают из материала, прочностные и деформационные характеристики которого обеспечивают возможность подъема оболочки на величину максимального выпучивания промерзающего слоя грунта и ее обратного возврата после полного оттаивания этого слоя. При этом один из концов оболочки прикрепляют к опорному элементу. Реактивные усилия на опорный элемент должны быть меньше несущей способности опорного элемента на выдергивающие нагрузки в грунте ниже нижней границы слоя сезонного слоя промерзания-оттаивания. Технический результат состоит в обеспечении надежности опорного устройства при воздействии сил морозного пучения грунта. 2 н. и 11 з.п.ф-лы, 13 ил.

Плитный фундамент в слабом вечномерзлом грунте // 2529976

Изобретение относится к сооружению оснований и фундаментов в вечномерзлых грунтах. Техническим результатом изобретения является снижение трудоемкости по сооружению фундаментов. Способ устройства плитного фундамента в слабом вечномерзлом грунте с дополнительным изменением температуры массива вечномерзлого грунта, осуществляемым методом принудительной регулируемой подачи термоагента от внешних источников по закольцованным распределительным магистралям с формированием грунтовой плиты, превышающей в плане размеры основного плитного фундамента, при этом подачу термоагента осуществляют по вертикальным термоэлементам, равным проектной толщине грунтовой плиты и изготовленным в форме петель, устанавливаемых в предварительно пробуренные скважины, соединенные с закольцованными магистралями, при этом скважины и траншеи, после установки в грунт вертикальных термоэлементов и магистралей, засыпают. 3 з.п. ф-лы, 2 ил.

Фундамент сооружения // 2531155

Изобретение относится к области строительства и может быть использовано при сооружении фундаментов с применением винтовых свай в мерзлых грунтах. Винтовые сваи оснащаются соосно размещенными в них трубами с открытым нижним и заглушенным верхним торцами. Трубы выполняют роль испарителя холодильной машины (ХМ) и присоединены через коллектор к нагнетательному патрубку компрессора ХМ, а стволы свай через другой коллектор присоединены к теплообменнику, выполненному из оребренных трубок и присоединенному к всасывающему патрубку компрессора. Теплообменник охлаждается атмосферным воздухом и выполняет роль конденсатора ХМ. В качестве двигателя компрессора используется роторный ветродвигатель с вертикальным валом, который осуществляет кинематическую связь с компрессором с помощью электромагнитной тормозной муфты (ЭТМ) и редуктора. ЭТМ электрически связана с термореле, чувствительный элемент которого расположен в грунте вблизи свай фундамента. При повышении температуры грунта выше 0°C термореле посылает сигнал в цепь питания ЭТМ, что приводит к включению последнего и запуску компрессора ХМ, нагнетающей пары хладагента в испаритель (трубы). В результате происходит охлаждение свай и грунта вокруг них, повышая при этом несущую способность винтовых свай фундамента. При понижении температуры грунта ниже 0°C термореле подает сигнал ЭТМ и последняя разрывает кинематическую связь ветродвигателя с редуктором, в результате ХМ прекращает работу. Охлаждение грунта осуществляется за счет энергии ветра без потребления электроэнергии от электрической сети, что обеспечивает ее экономию. 1 ил.

Способ укрепления грунтов основания зданий и земляного полотна линейных сооружений на вечномерзлых грунтах // 2537437

Изобретение относится к строительству сооружений, преимущественно на вечномерзлых грунтах и может быть применено для защиты основания на сильнольдистых вечномерзлых грунтах на слабом просадочном при оттаивании основании. Способ заключается в бурении скважин, разрушении через пробуренные скважины сильнольдистых фрагментов с последующим формированием в основании под сооружением армирующих элементов в виде свай путем заполнения образующихся полостей грунтоцементной пульпой. Формирование свай производят посредством образования грунтоцементного тела одновременно с бурением скважин путем нагнетания цементного раствора под высоким давлением с перемешиванием грунта при обратном движении бурового инструмента. Одновременно с формированием грунтоцементного тела производят оттаивание вечномерзлого грунта посредством добавления в нагнетаемый цементный раствор ускорителя набора прочности бетона для активизации гидратации бетона и увеличения экзотермии процесса. В качестве ускорителя набора прочности бетона в нагнетаемый цементный раствор добавляют негашеную известь-кипелку в количестве 10-15% и соляную кислоту в количестве 1-2%. Технический результат заключается в сокращении времени сооружения укрепляющих свай и ускорении набора прочности сооруженными сваями. 1 з.п. ф-лы, 1 табл.

Конструкция для предотвращения морозного пучения грунта // 2538006

Изобретение относится к области строительства и эксплуатации зданий, конкретно к защите от выпучивания дорожных покрытий, входных крылец, пандусов и бетонных отмосток, окружающих здания. Конструкция для предотвращения морозного пучения грунта включает бетонную отмостку, уложенную вокруг здания и расположенную под ней засыпку. Засыпка выполнена в виде слоя керамзитного гравия, обернутого пленкой, при этом толщина слоя гравия определяется по приведенной зависимости. Технический результат состоит в повышении долговечности и срока эксплуатации отмостки. 1 ил.

Фундамент // 2547196

Изобретение относится к строительству и может быть использовано при устройстве фундаментов малоэтажных зданий на сезоннопромерзающих грунтах. Фундамент включает ленточный ростверк с отверстиями, пропущенные через отверстия винтовые сваи и стаканы, вмещающие головы свай. Стаканы имеют резьбовое соединение с гильзами, закрепленными на стенках отверстий. Штанги свай снабжены упорными гайками, размещенными внутри стаканов. Технический результат состоит в обеспечении допустимых перемещений фундамента при промерзании пучинистого грунта под его подошвой и оптимального распределения нагрузки между ростверком и сваями, снижении материалоемкости. 1 ил.

Способ устройства плитного фундамента резервуара с охлажденным продуктом в слабом вечномерзлом грунте // 2548284

Изобретение относится к строительству, а именно к сооружению оснований и фундаментов резервуаров в вечномерзлых грунтах. Способ устройства плитного фундамента резервуара с охлажденным продуктом в слабом вечномерзлом грунте, с дополнительным промораживанием массива вечномерзлого грунта, осуществляемым методом принудительной регулируемой подачи хладагента или теплоносителя в скважины посредством проточных термоэлементов с заданной температурой от источника его охлаждения или подогрева по замкнутым распределительным магистралям с формированием грунтовой плиты, превышающей в плане размеры основного плитного фундамента, толщина и форма грунтовой плиты обеспечивают ее прочность при эксплутационных нагрузках и уменьшение напряжений в вечномерзлом грунте под грунтовой плитой до расчетных величин. Для замораживания грунтовой плиты дополнительно используют собственную отрицательную температуру охлажденного продукта, содержащегося в резервуаре. Термоэлементы в промораживаемой грунтовой плите устанавливают по нескольким диаметральным направлениям, в каждом направлении устанавливают три ряда термоэлементов - в первом ряду в скважину устанавливают основные глубокие термоэлементы, предназначенные для замораживания грунтовой плиты, во втором ряду глубина вспомогательных термоэлементов уменьшается от одного края плиты до противоположного края, в третьем ряду глубина термоэлементов увеличивается от этого же края плиты до противоположного края. По мере увеличения размера ореола промораживания грунтового основания от охлажденного продукта в резервуаре часть термоэлементов первого ряда каждого направления, полностью вошедших в пределы этого ореола с температурой ниже расчетной величины, отключают от внешнего источника охлаждения. Технический результат состоит в повышении надежности плитного фундамента резервуара, повышении экономичности работ при эксплуатации фундаментов. 6 з.п. ф-лы, 2 ил.

Фундамент на пучинистых грунтах // 2550169

Изобретение относится к области строительства, а именно к фундаментам линейных сооружений, возводимых на пучинистых грунтах. Фундамент на пучинистых грунтах включает малозаглубленную плиту с отверстием и грунтовый анкер. Анкер пропущен между торцами продольных секций сооружения, опирающихся на плиту. На смежных торцах секций у их нижних кромок размещены зажимы анкера. Секции шарнирно соединены друг с другом в верхней части. Технический результат состоит в обеспечении равномерности перемещения фундаментов сооружения при сезонном промерзании грунтов основания, снижении материалоемкости. 3 ил.