способ возведения свайного фундамента и свайный фундамент

Формула изобретения

1. Способ возведения свайного фундамента, состоящий в образовании скважины, установке в скважине сваи с зазором относительно ее боковых стенок, заполнении зазора между боковыми стенками сваи и скважины песком и подачи в песок воды до полного его насыщения водой с последующим замораживанием, отличающийся тем, что сваю выполняют пустотелой в виде сваи-оболочки, опирают ее на дно скважины и размещают в ее полости трубы охлаждающей установки, после чего в полость сваи-оболочки и в зазор между боковыми стенками сваи-оболочки и скважины послойно укладывают и уплотняют песок и заполняют водой, причем каждый слой водонасыщенного уплотненного песка замораживают путем подачи в трубы охлаждающей установки холодного воздуха, а заполнение зазора и полости сваи-оболочки песком и водой осуществляют до уровня верхней границы вечной мерзлоты, затем по верхней границе песчаной засыпки в полости сваи-оболочки устраивают нижний бетонный замок, удаляют в зоне свайного фундамента грунт выше верхней границы вечной мерзлоты, устраивают теплоизоляцию верхней части свайного фундамента и выполняют по верхней границе теплоизоляции верхний бетонный замок.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что температура воздуха, подаваемого по трубам замораживающей установки в полости сваи-оболочки, находится в пределах от -30 до -45°С.

3. Свайный фундамент, включающий скважину, установленную в ней сваю и замороженный водонасыщенный уплотненный песок, расположенный между стенками сваи и скважины, отличающийся тем, что свая выполнена пустотелой в виде сваи-оболочки, в полости которой размещены трубы охлаждающей установки и замороженный водонасыщенный уплотненный песок до уровня верхней границы вечной мерзлоты, причем внутри сваи-оболочки по верхней границе водонасыщенного уплотненного песка имеется нижний бетонный замок, а свайный фундамент в уровне верхней границы вечной мерзлоты снабжен утеплителем и опирающимся на него верхним бетонным замком.

4. Свайный фундамент по п.3, отличающийся тем, что утеплитель размещен в водонепроницаемом коробе.

5. Свайный фундамент по п.3 или 4, отличающийся тем, что в качестве утеплителя применен пенополистерол.

6. Свайный фундамент по п.3 или 4, отличающийся тем, что в качестве утеплителя применена минеральная вата.

7. Свайный фундамент по п.3 или 4, отличающийся тем, что в качестве утеплителя применены композиционные плиты с малым водопоглащением.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области фундаментостроения и может быть использовано при устройстве свайных фундаментов в вечномерзлых грунтах.

Известен способ возведения фундамента при отрицательной температуре наружного воздуха на вечномерзлом основании, состоящий в разработке котлована, возведении тела фундамента и обратную засыпку котлована грунтом с одновременной подачей воды до полного насыщения грунта засыпки и последующего промораживания водонасыщенного грунта при температуре окружающего воздуха /1/.

Недостатком этого способа является необходимость выполнения работ только в зимнее время при отрицательной температуре окружающего воздуха и неоднородный состав грунта засыпки, не позволяющий получить монолит смерзшегося грунта высокой прочности с необходимой силой сцепления с боковой поверхностью тела фундамента.

Наиболее близким техническим решением к заявленному изобретению по замыслу и техническому исполнению является способ возведения свайного фундамента в вечномерзлом грунте, состоящем в образовании скважины, установке в нее сваи, заливке в околосвайное пространство горячей воды и последующей засыпке сухого песка с одновременным его вибрированием, после чего осуществляют промораживание водонасыщенного песка при температуре окружающего воздуха /2/.

Там же дано описание свайного фундамента в вечномерзлом грунте, состоящем из скважины, размещенной в ней с зазором сваи сплошного сечения и смерзшегося монолита водонасыщенного песка в зазоре между стенками скважины и сваи /2/.

Недостатком известного способа и сваи является также сезонность выполнения работ, что снижает темпы возведения строительных объектов, а также большой расход железобетона на выполнение сплошного тела сваи, значительный расход энергии на подогрев воды до 60°С, а также незащищенность устья скважины от проникновения в летнее время тепла и влаги, что может привести к размораживанию скважины и монолита замороженного водонасыщенного песка и снижению несущей способности свайного фундамента.

Задачей настоящего изобретения является устранение вышеуказанных недостатков и создание такой технологии возведения свайного основания, которую можно было бы осуществлять в любое время года и, в особенности в летнее время, при низкой себестоимости применяемых строительных материалов и обеспечении высокой долговечности свайного фундамента за счет исключения его размораживания в летнее время. Кроме того, ставится задача значительного повышения несущей способности фундамента за счет включения дополнительных сил трения и распора монолитного блока замороженного водонасыщенного песка внутри пустотелой сваи-оболочки.

Поставленная задача решается за счет того, что в способе возведения свайного фундамента в вечномерзлом грунте, состоящем в образовании скважины, установке в скважине сваи с зазором относительно ее боковых стенок, заполнении зазора между боковыми стенками сваи и скважины песком и подачи в песок воды до полного его насыщения водой с последующим замораживанием, сваю выполняют пустотелой в виде сваи-оболочки, опирают ее на дно скважины и размещают в ее полости трубы охлаждающей установки, после чего в полость сваи-оболочки и в зазор между боковыми стенками сваи-оболочки и скважины послойно укладывают песок и заполняют водой, причем каждый слой насыщенного водой песка замораживают путем подачи в трубы охлаждающей установки холодного воздуха, а заполнение зазора и полости сваи-оболочки песком и водой осуществляют до уровня верхней границы вечной мерзлоты, затем по верхней границе песчаной засыпки в полости сваи-оболочки устраивают нижний бетонный замок, удаляют в зоне свайного фундамента грунт выше верхней границы вечной мерзлоты, устраивают теплоизоляцию верхней части свайного фундамента и выполняют по верхней границе теплоизоляции верхний бетонный замок. Температура воздуха, подаваемого по трубам замораживающей установки в полости сваи-оболочки, находится в пределах от -30°С до -45°С.

Поставленная задача решается также за счет того, что в свайном фундаменте в вечно-мерзлом грунте, включающем скважину, установленную в ней сваю и замороженный водонасыщенный песок, расположенный между стенками сваи и скважины, свая выполнена пустотелой в виде сваи-оболочки, в полости которой размещены трубы охлаждающей установки и водонасыщенный песок до уровня верхней границы вечной мерзлоты, причем внутри сваи-оболочки по верхней границе водонасыщенного песка имеется нижний бетонный замок, а свайный фундамент в уровне верхней границы вечной мерзлоты снабжен утеплителем и опирающимся на него верхним бетонным замком. Утеплитель может быть размещен в водонепроницаемом коробе. В качестве утеплителя применяют пенополистерол, минеральную вату и водоотталкивающие композиционные плиты.

На чертеже изображен свайный фундамент в вечномерзлом грунте, вид сбоку.

Свайный фундамент состоит из скважины 1, выполненной в вечномерзлом грунте 2, сваи-оболочки 3, установленной в скважине 1 с зазором 4 относительно ее боковых стенок. В зазоре 4 и полости 5 сваи оболочки расположен водонасыщенный песок 6 до уровня верхней границы вечной мерзлоты 7. В полости 5 сваи-оболочки 3 расположены трубы 8 охлаждающей установки (на чертеже не показана). Внутри сваи-оболочки 3 для предотвращения размораживания при проникновении в нее талой воды и теплого воздуха на верхней границе замороженного водонасыщенного песка имеется нижний бетонный замок 9. Свайный фундамент в уровне верхней границы вечной мерзлоты 7 снабжен утеплителем 10, размещенном в водонепроницаемом коробе 11. На верхнюю поверхность утеплителя 10 опирается верхний бетонный замок 12.

Способ возведения свайного фундамента состоит в следующем. Предварительно в вечномерзлом грунте 2 образуют скважину 1, затем устанавливают в нее с зазором 4 пустотелую сваю, выполненную в виде сваи-оболочки 3. Сваю-оболочку 3 опирают на дно скважины 1 и размещают в ее полости 5 трубы 8 охлаждающей установки. В полость 5 сваи-оболочки 3 и в зазор 4 между стенками скважины 1 и сваи-оболочки 3 послойно укладывают и уплотняют песок 6 и заполняют его водой до полного водонасыщения, после чего каждый слой водонасыщенного и уплотненного песка замораживают путем подачи в трубы 8 холодного воздуха температурой от -30°С до -45°С. Водонасыщенный песок 6 послойно укладывают до уровня верхней границы вечной мерзлоты 7. Для предотвращения размораживания песчаного грунта 6 внутри сваи-оболочки 3 по верхней границе песчаной засыпки 6 устраивают нижний бетонный замок 9 и удаляют в зоне свайного фундамента грунт 13 выше верхней границы вечной мерзлоты 7. Затем устраивают теплоизоляцию 10 верхней части свайного фундамента. Теплоизоляцию 10 размещают в водонепроницаемом коробе 11 и выполняют из пенополистерола или минеральной ваты. На верхней границе теплоизоляции 10 устраивают верхний бетонный замок 12. Трубы 8 могут оставаться в теле свайного фундамента и использоваться в процессе его эксплуатации для нагнетания охлажденного воздуха для поддержания требуемого температурного режима свайного фундамента.

Данная технология позволяет получать в фундаменте висячие сваи высокой несущей способности за счет повышения сил сцепления стенок песчаного монолита с внутренними стенками сваи-оболочки 3 от дополнительного распора, создаваемого расширяющейся водой при ее замораживании.

Источники информации

1. А.С. СССР №487206, кл. Е02D 27/34, «Способ возведения фундамента», приоритет от 24.09.73.

2. А.С. СССР №522306, кл. Е02D 7/00, «Способ возведения свайного фундамента в вечно-мерзлом грунте», приоритет от 28.07.72.