RU202787U1

RU202787U1 - Вытрамбованный шпальный фундамент

Info

Publication number: RU202787U1
Application number: RU2020133277U
Authority: RU
Inventors: Алексей Вячеславович Глушков; Илья Вячеславович Глушков
Priority date: 2020-10-09
Filing date: 2020-10-09
Publication date: 2021-03-05

Abstract

Полезная модель относится к области строительства, а именно для возведения фундаментов при строительстве зданий и сооружений различного назначения.

Вытрамбованный фундамент позволяет снизить материалоемкость и повысить несущую способность при действии вертикальных нагрузок.

Поставленная задача решается тем, что в предлагаемом техническом решении минимальная глубина вытрамбованного котлована h составляет h=(4÷5)b_m (b_m – средняя ширина сечения фундамента), расстояние между осями смежных фундаментов a должно быть a>3b_m.

Description

Полезная модель относится к области строительства, а именно для возведения ленточных фундаментов при строительстве зданий и сооружений различного назначения.

Известна конструкция шпального фундамента с плоской подошвой, включающая узкие шпальные блоки, устанавливаемые поперек несущих конструкций стен, панелей (В.Н. Голубков, Ю.Ф. Тугаенко, Л.И. Колесников, К.М. Кокоржицкий «Шпальные и клиновидно-шпальные забивные фундаменты, «Будiвельник», Киев, 1976 г. с.7). Взаимодействие между основанием и шпальных фундаментов заключается в их совместной работе.

Наиболее близким к полезной модели аналогом является конструкция фундамента в вытрамбованном котловане конусообразной формы (Р.А. Мангушев, В.Д. Карлов, И.И. Сахаров, А.И. Осокин «Основания и фундаменты», АСВ, М., 2013 г., с.133-134). Она включает вытрамбованный котлован, заполненный в распор монолитным бетоном.

Недостатками этих конструкций фундаментов является низкая несущая способность и повышенная материалоемкость.

Технический результат заключается в снижении материалоемкости и повышении несущей способности на действие вертикальных нагрузок.

Технический результат достигается тем, что вытрамбованный шпальный фундамент конусообразной формы, согласно полезной модели, минимальная глубина вытрамбованного шпального котлована h составляет h=(4÷5)b_m (b_m – средняя ширина сечения фундамента), расстояние между осями смежных фундаментов a должно быть a>3b_m.

Полезная модель поясняется чертежами:

на фиг. 1 изображен ленточный вытрамбованный шпальный фундамент;

на фиг. 2 показан ленточный вытрамбованный шпальный фундамент (вид сверху);

на фиг. 3 изображена расчетная схема метода конечных элементов (пространственная упругопластическая задача);

на фиг. 4. изображен взаимодействие ленточного вытрамбованного шпального фундамента с основанием;

на фиг. 5 зависимость осадки от нагрузки s=f(P) вытрамбованного шпального фундамента при шаге a=b_m, a=2b_m, a=3b_m, a=4b_m;

на фиг. 6 зависимость осадки от шага s=f(a/b_m) вытрамбованного шпального фундамента;

на фиг. 7 изолинии вертикальных перемещений u_z в основании вытрамбованного шпального фундамента при a=b_m и a=4b_m.

Вытрамбованный шпальный фундамент 1 выполняется в грунте природного сложения 2 на глубину h с использованием металлического инвентарного пробойника, погружаемого ударным способом при помощи дизель-молота. Вытрамбованные котлованы расположены поперек оси здания с шагом a между осями смежных шпальных фундаментов.

При вытрамбовывании котлована вокруг боковых граней и острия вытрамбованного фундамента создается уплотненная зона 3 с повышенными прочностными и деформационными характеристиками.

Процесс вытрамбовывания сопровождается уплотнением грунта с формированием уплотненной зоны вокруг боковых стенок и ниже плоскости острия металлического пробойника, связанной с созданием новой структуры грунта и уменьшением значения коэффициента пористости е.

При вытрамбовывании котлована образуется уплотненная зона, имеющая форму эллипса, в пределах которой повышается плотность грунта, улучшаются прочностные и деформационные свойства. Контроль плотности грунта в основании при устройстве фундамента неглубокого заложения определяется по расчетному сопротивлению грунта прониканию в него наконечника микропенетрометра.

Толщина уплотненного слоя под отдельным фундаментом в вытрамбованном котловане составляет (1,6-2,2)b_m ниже плоскости острия, ширина уплотненной зоны составляет соответственно (2,2-2,6)b_m, где b_m – диаметр вытрамбованного котлована в среднем по глубине сечении. Плотность уплотненного грунта на глубине 20-30 см от дна вытрамбованного котлована составляет ρ_d = 1,70-1,75 г/см³ при степени влажности уплотненного грунта S_r = 0,6-0,7, и ρ_d > 1,75 г/см³ при S_r < 0,6.

В уплотненном массиве после вытрамбовывания котлованов в основании удельное сцепление грунта С увеличивается в 5-7 раз, модуль деформации Е₀ возрастает в 2-5 раз. За нижнюю границу уплотненной зоны принимается глубина, на которой плотность сухого грунта достигает значения, обычно равного ρ_d = 1,60 г/см³.

Наибольшая эффективность уплотнения достигается в случае вытрамбовывания котлованов при влажности, близкой к оптимальной

, определяемой по формуле:

(1)

где

– влажность на границе раскатывания.

После бетонирования вытрамбованных котлованов вдоль оси здания выполняется монолитный железобетонный ростверк (ранд-балка) 4, на которую передается нагрузка 5 от вышележащих конструкций здания. При действии нагрузки 5 на фундамент, нагрузка передается через монолитный железобетонный ростверк 4 на вытрамбованный шпальный фундамент 1 сначала на уплотненную зону 3, а затем на грунты природного сложения 2.

Вытрамбованный шпальный фундамент работает следующим образом. При шаге a>3b_m развиваются самостоятельные зоны деформаций в основании вытрамбованного шпального фундамента 1. Осадки обусловлены работой отдельного вытрамбованного фундамента (фиг. 7). Для оптимизации величины a (расстояния между осями вытрамбованных шпальных фундаментов) проведены расчеты методом конечных элементов с использованием геотехнического комплекса Plaxis (пространственная упругопластическая задача) с одновременным учетом прочностных и деформационных свойств основания. В качестве условия текучести при решении задачи было принято условие предельного равновесия Мора-Кулона. Расчетная схема основания учитывала образование зоны уплотнения при вытрамбовывании котлована.

Учет собственного веса грунта проводился в виде начальных напряжений, деформированное состояние основания определялось только от внешней нагрузки на фундамент. Расчетная область основания принималась размерами 60,0×20,0×12,0 м (фиг. 3, 4).

Результаты теоретических исследований несущей способности вытрамбованных шпальных фундаментов приведены на фиг. 5, 6, 7.

В проектном положении вытрамбованные шпальные фундаменты работают в распор по принципу клина, расположенного в основании. Для того, чтобы зоны деформации не влияли на осадку и несущую способность фундамента, предлагается оптимальный шаг между осями отдельных фундаментов. При малом шаге a развиваются взаимно влияющие зоны деформации, приводящие к увеличению осадки и снижению несущей способности вытрамбованного шпального фундамента. При увеличении шага a>3b_m, объем зоны деформации формируется в основании каждого вытрамбованного фундамента, уменьшается взаимное влияние фундаментов и снижаются осадки.

Использование вытрамбованных фундаментов позволяет снизить материалоемкость нулевого цикла в 1,5-2,0 раза, уменьшить объем земляных и опалубочных работ. Удельная несущая способность фундаментов в вытрамбованных котлованах составляет 820-1100 кН/м³ – существенно выше традиционных конструкций фундаментов.

Использование решений нелинейной механики грунтов позволяет оценить напряженно-деформированное состояние оснований вытрамбованных фундаментов в большом диапазоне изменения нагрузок вплоть до предельных. Для практического применения предложен инженерный метод, позволяющий определить оптимальный шаг вытрамбованного шпального фундамента с учетом прочностных и деформационных свойств грунта.

Claims

Вытрамбованный шпальный фундамент конусообразной формы, состоящий из вытрамбованных шпальных фундаментов конусообразной формы, расположенных на расстоянии а между осями смежных фундаментов, и железобетонного монолитного ростверка, объединяющего вытрамбованные шпальные фундаменты, отличающийся тем, что минимальная глубина вытрамбованного шпального котлована h составляет h=(4÷5)b_m, где b_m – средняя ширина сечения фундамента, при этом расстояние между осями смежных фундаментов a должно быть a>3b_m.