способ усиления оснований симметрично нагруженных фундаментов

Формула изобретения

СПОСОБ УСИЛЕНИЯ ОСНОВАНИЙ СИММЕТРИЧНО НАГРУЖЕННЫХ ФУНДАМЕНТОВ, включающий проходку с помощью пробойника наклонных скважин с последующим уплотнением инертным материалом, например щебнем, и бетонированием устьев скважин, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности уплотнения основания фундаментов при реконструкции или усилении аварийных зданий, а также расширения области применения в песчанных и обводненных глинистых грунтах, инертный материал засыпают в скважину порциями, равными 1/3 - 1/2 длины пробойника, с последующим уплотнением, а объем инертного материала определяют из таблицы



причем угол наклона скважин a₁ к горизонтали определяют из соотношения

a₁ = arctg (2H/3B),

где H - нижняя граница сжимаемой толщи, м;

B - ширина фундамента, м,

при этом расстояние от обреза фундамента в плоскости его подошвы до центральной оси скважины определяют из соотношения 0,15 - 0,25 B.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области строительства, в частности к фундаментостроению, а именно к уплотнению основания фундаментов аварийных зданий и при их реконструкции, а также при возведении новых фундаментов на уплотненных основаниях.

Известен способ укрепления оснований фундаментов, включающий пробивку вертикальных скважин с последующим уплотнением местным грунтом или инертным материалом [1].

Этот способ нельзя использовать при усилении существующих фундаментов, так как невозможно уплотнить грунт под фундаментами с помощью тяжелой трамбовки.

Наиболее близким из технических решений является способ усиление основания фундаментов путем проходки скважин пневмопробойниками [2]. Даны рекомендации по проектированию глубинного уплотнения с помощью пневмопробойников. Расстояние между осями скважин назначают в зависимости от типа пневмопробойника и требуемого коэффициента уплотнения.

Коэффициент уплотнения определяется по методике стандартного уплотнения (ГОСТ 22733-77. Грунты. Метод лабораторного определения максимальной плотности. - М. : Изд-во стандартов, 1977). Согласно этой методике строится кривая зависимости плотности сухого грунта от влажности и находится максимально возможная плотность сухого грунта dmax. Коэффициент плотности равен K = d/ dmax. Достижение любого К < 1 возможно при двух значениях оптимальной влажности. В случае, когда влажность грунта превышает оптимальное значение, остается невозможным производить уплотнение. Это справедливо для методики стандартного уплотнения. В реальных условиях путем вытрамбовывания возможно производить уплотнение даже в водонасыщенных грунтах. Важно при этом добавлять щебень или смесь щебня с песком.

Недостатком этого способа является его ограниченное применение. В частности, область использования этого метода распространяется только на глинистые грунты.

Сущность изобретения выражается совокупностью существенных признаков, достаточных для достижения обеспечиваемого изобретением технического результата, который заключается в повышении эффективности уплотнения основания фундаментов при реконструкции или усилении аварийных зданий, а также расширение области применения за счет песчаных и обводненных глинистых грунтов.

Заявляемая совокупность существенных признаков находится в причинно-следственной связи к достигаемому результату.

Предложенное техническое решение характеризуется тем, что инертный материал засыпают в скважину порциями, равными 1/3-1/2 длины пробойника с последующим уплотнением, объем инертного материала определяют из таблицы, причем угол наклона скважин а₁ к горизонтали определяют из соотношения

a₁ = arctg (2H/3 B), где Н - нижняя граница сжимаемой толщи, м;

В - ширина фундамента, м, при этом расстояние от обреза фундамента в плоскости его подошвы до центральной оси скважины определяют из соотношения 0,15-0,25 В.

Кроме того, уплотнение наклонных скважин могут выполнять пневмопробойником. При этом для ускорения производства работ голову пневмопробойника можно нарастить лидером такого же диаметра. В случае увеличения длины пробойника уменьшается количество приемов проходки - уплотнения скважины.

Засыпка в скважину инертного материала порциями, равными 1/3-1/2 длины пробойника с последующим уплотнением, позволяет эффективно уплотнять грунт до такой плотности, что в среднем плотность сухого грунта массива сжимаемой толщи составляет 1,5-1,8 т/м³ в зависимости от объема в трамбованного щебня (см. таблицу).

Засыпка в скважину инертного материала порциями, равными 1/3-1/2 длины пробойника с последующим уплотнением, позволит расширить область применения способа усиления путем втрамбовывания инертных материалов.

Расположение скважин под углом а1 = а2 (см. фиг.1) и в разных вертикальных плоскостях вдоль фундамента обеспечивает эффективное включение в работу уплотненного инертного материала в напряженно-деформированное основание фундамента, подлежащее укреплению. Скважины располагают по диагонали условного прямоугольника, в котором заключена сжимаемая толща грунта основания фундамента. Высотой условного прямоугольника Н является нижняя граница сжимаемой толщи Н_с. Шириной условного прямоугольника является граница распространения линии вертикальных сжимающих напряжений 0,2 pm (см. рис. 94 в книге Н. А. Цытовича Механика грунтов, М.: Гос. изд-во лит. по стр. арх. и стр. мат., 1963 г, с. 636). Здесь pm - среднее давление по подошве фундамента. По общепринятой методике расчета указанные линии выходят за грани фундамента не далее 0,15-0,25 В по горизонтали, где В - ширина фундамента. Из геометрии (см. фиг.1) угол а1 равен

a1 = arctg (2H/3B), где Н - нижняя граница сжимаемой толщи, м;

В - ширина фундамента, м, при этом расстояние от обреза фундамента в плоскости его подошвы до центральной оси скважины равно 0,25 В.

Использование пневмопробойника при проходке скважин и уплотнении инертного материала по сравнению с тяжелой трамбовкой позволяет снизить динамические воздействия на реконструируемое сооружение.

На фиг.1 изображен фундамент реконструируемого сооружения с уплотненным основанием; на фиг.2 - то же, в начале проходки скважины; на фиг.3 - то же, в момент уплотнения инертным материалом; на фиг.4 - то же, в момент проходки следующего участка скважины с одновременным уплотнением инертного материала на предыдущем участке.

В силу симметричности нагружения фундамента углы наклона скважин на фиг.1, расположенных в разных плоскостях вдоль фундамента, равны между собой а1 = а2. Расстояние между указанными плоскостями L равно половине расстояния между скважинами вдоль одной из сторон фундамента. Это расстояние L определяется исходя из требуемого объема инертного материала 1 и диаметра D, и длины скважин S следующим образом.

Допустим, требуется уплотнить песчаный грунт с коэффициентом пористости е = 1,1 до плотности сухого грунта массива в среднем равной d = 1,6 т/м³ с помощью пневмопробойника диаметром 130 мм. Ленточный фундамент шириной В = 1 м имеет границу сжимаемой толщи Н = 2 м.

Объем массива грунта сжимаемой толщи равен V = AH = 1,5BH = 1,512 = 3 м³/пог. и фундамента.

По таблице находим расход инертного материала на 1 м³ массива сжимаемой толщи при d = 1,6 т/м³ и е = 1,1 имеем i = 0,14.

Объем инертного материала составляет I = iV = 0,142 = 0,28 м³/пог. м фундамента.

Угол наклона скважин а1 к горизонтали определяют из соотношения a1 = аrctg(2H/3B) = arctg(22/31) = 53,12 град.

При расстоянии между скважинами 2L = 1 м (фиг.1) расход инертного материала на одну скважину составит V1 = 1/2 = 0,14 м³. Отсюда при длине скважин S = 2,5 м их средний диаметр равен D = 0,26 м. Следовательно, после проходки скважины на глубину 1/3-1/2 длины пробойника она засыпается инертным материалом и снова пробивают скважину в этом материале на глубину засыпки плюс еще 1/3-1/2 длины пробойника в массиве грунта.

На расстоянии 0,15-0,25 В от грани фундамента 1 устанавливают направляющую 2 с углом наклона а1, по которой пускают пробойник 3 и пробивают скважину 4 на глубину 1/2-1/3 Z, где Z - длина пробойника 3.

Затем поле извлечения пробойника 3 в скважину 4 засыпают инертный материал 5 и по направляющей 2 вновь погружают пробойник 3 на всю его глубину. При этом инертный материал 5 втрамбовывается в стенки скважины 4 и образует уплотненный инертный материал 6. После этого пробойник 3 извлекают, засыпают инертный материал 5 на глубину скважины 4 до низа уплотненного материала 6 и пробойник 3 вновь погружают на глубину ниже границы уплотненного материала 6.

Проходку скважины 4 и уплотнение инертного материала 5 заканчивают после достижения нижней границы уплотненного инертного материала 6 глубины Н.

После извлечения пробойника 3 скважину 4 бетонируют. Перерыв между извлечением и бетонированием не должен превышать одного часа.

В случае, когда по расчету объема инертного материала требуется диаметр уплотненного инертного материала 6 увеличивать до трех и более диаметров пробойника 3, операции по проходки скважин 4 и уплотнению инертного материала 5 следует выполнять на одном и том же участке скважины несколько раз.