RU2684558C1

RU2684558C1 - Method for preparing foundation of buildings on weak soils

Info

Publication number: RU2684558C1
Application number: RU2018121746A
Authority: RU
Inventors: Александр Леонидович Невзоров; Алексей Михайлович Ширанов
Priority date: 2018-06-14
Filing date: 2018-06-14
Publication date: 2019-04-09

Abstract

FIELD: construction.SUBSTANCE: invention relates to construction and can be used in the construction of the foundations of buildings on weak soils. Method of preparing the building base on weak soils involves excavation of the trench, backfill of the soil pad with layer-by-layer compacting, laying of reinforcing material panels and anchoring of their ends. On sections of the base subjected to effect of vertical compression stresses created by the foundation, unbound ground is poured into the pad, and between these sections there is loose coarse material with inclusions of material swelling at moistening. After reaching the design height, the pad is moistened, a pause is arranged, and before the foundations are erected, its surface is leveled.EFFECT: technical result consists in improvement of efficiency of reinforced soil pad by providing preliminary stress and deflection of panels of reinforcing material.1 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к строительству и может быть использовано при возведении фундаментов зданий на слабых грунтах. The invention relates to construction and can be used in the construction of foundations of buildings on soft soils.

Известен способ создания искусственного основания зданий и сооружений, насыпей транспортных сооружений на слабых грунтах путём устройства грунтовой подушки, армированной полотнищами геосинтетиков – геотекстиля, георешёток, геоячеек (К. Д. Джоунс «Сооружения из армированного грунта. М., Стройиздат, 1989, с. 11, рис. 2.18 – аналог).There is a method of creating an artificial foundation of buildings and structures, embankments of transport structures on soft soils by arranging a soil pillow reinforced with geosynthetics panels - geotextiles, geogrids, geocells (K. D. Jones “Constructions from reinforced soil. M., Stroyizdat, 1989, p. 11, Fig. 2.18 - analogue).

Эффективность армирования грунтовой подушки в основании здания полотнищами геосинтетиков, размещаемыми в горизонтальной плоскости, существенно снижается за счёт их прогиба и растяжения в местах действия максимальных напряжений (К. Д. Джоунс «Сооружения из армированного грунта. М., Стройиздат, 1989, с. 133-134; B. R. Jones. A qualitative model study on the effect of geosynthetics foundation reinforcement in sand overlying very soft clay / B. R. Jones, S. W. Jacobsz, J. L. van Rooy// Journal of the South African Institution of Civil Engineering. – 2016. – Vol. 58 (2). P. 25-34 – figure 4-6 p. 28-30). The effectiveness of reinforcing the soil pillow at the base of the building with geosynthetics panels placed in the horizontal plane is significantly reduced due to their deflection and extension at the places of maximum stress (K. D. Jones, “Structures from reinforced soil. M., Stroyizdat, 1989, p. 133 -134; BR Jones. A qualitative model study on the effect of geosynthetics foundation reinforcement in sand overlying very soft clay / BR Jones, SW Jacobsz, JL van Rooy // Journal of the South African Institution of Civil Engineering. - 2016. - Vol 58 (2). P. 25-34 - figure 4-6 p. 28-30).

Указанные недостатки могут частично или полностью устраняться за счёт предварительного, то есть до возведения фундаментов, прогиба и напряжения армирующих слоёв. These shortcomings can be partially or completely eliminated due to the preliminary, that is, before the construction of foundations, deflection and stress of the reinforcing layers.

Известен способ включения в работу полотнищ геосинтетика не за счет прогиба при осадке основания, а за счёт их укладки по криволинейным поверхностям, с выгибом вверх в пространстве между фундаментами. В частности, этот способ реализован в фундаменте здания, опирающемся на естественное или искусственное основание с криволинейной цилиндрической поверхностью, покрытой мембраной, края которой прикреплены к опорному контуру (Патент РФ №2491386, МПК ЕО2D 27/01, 2013 – аналог). При загрузке фундамента мембрана натягивается, благодаря чему напряжения перераспределяются на бо́льшую площадь основания. Однако формирование криволинейной поверхности основания весьма нетехнологично и трудоёмко, а валы грунта выше подошвы фундамента уменьшают полезный объём подвальных помещений. Кроме того, из-за отсутствия предварительного напряжения армирующих слоев их включение в работу будет происходить лишь по мере развития осадки фундаментов.A known method of including geosynthetics in the work is not due to deflection during base settlement, but due to their laying on curved surfaces, with a bend upward in the space between the foundations. In particular, this method is implemented in the foundation of a building, based on a natural or artificial foundation with a curved cylindrical surface covered with a membrane, the edges of which are attached to the support contour (RF Patent No. 2491386, IPC EO2D 27/01, 2013 - analogue). When loading the foundation, the membrane is stretched, so that the stress is redistributed to a larger area of the base. However, the formation of a curved surface of the base is very low-tech and time-consuming, and soil shafts above the base of the foundation reduce the useful volume of basements. In addition, due to the lack of prestressing of the reinforcing layers, their inclusion in the work will occur only with the development of settlement of foundations.

Известен способ возведения плитно-свайного фундамента, включающий устройство свай, укладку эластичной герметичной мембраны по криволинейному основанию, установку труб-инъекторов, выполнение ростверков и цилиндрических железобетонных оболочек и опрессовку грунтового основания между фундаментами путем нагнетания цементного раствора через инъекторы под мембрану (Патент РФ №2616633, МПК ЕО2D 27/12, 2017 – аналог). Формирование криволинейной поверхности основания, выполнение цилиндрических оболочек и инъекция раствора отличаются высокой трудоемкостью и существенно замедляют выполнение работ. Кроме того, для предотвращения раскрытия трещин в железобетонной оболочке потребуется ее усиленное армирование. There is a method of erecting a slab-pile foundation, including installing piles, laying an elastic tight membrane on a curved base, installing injectors, grouting and cylindrical reinforced concrete shells and crimping a soil base between foundations by pumping cement mortar through injectors under a membrane (RF Patent No. 2616633 , IPC ЕО2D 27/12, 2017 - analogue). The formation of a curved surface of the base, the implementation of cylindrical shells and injection of the solution are highly labor intensive and significantly slow down the work. In addition, to prevent the opening of cracks in the reinforced concrete shell, reinforced reinforcement will be required.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является способ подготовки основания цилиндрического резервуара на слабых неравномерно сжимаемых грунтах, включающий отрывку котлована, устройство с послойным уплотнением грунтовой подушки, раскладку на каждом уплотняемом слое армирующих полотен и кольцевых жёстких элементов, натяжение армирующих полотен и крепление их к кольцевым элементам (Патент РФ №2308574, МПК E02D 27/00, 2006 – прототип).Closest to the proposed invention is a method of preparing the base of a cylindrical tank on weak, unevenly compressible soils, including a fragment of the pit, a device with layer-by-layer compaction of the soil cushion, a layout on each sealing layer of reinforcing webs and annular rigid elements, tensioning the reinforcing webs and attaching them to the annular elements ( RF patent No. 2308574, IPC E02D 27/00, 2006 - prototype).

Недостатком способа является высокая трудоёмкость его осуществления и необходимость применения специальных приспособлений для натяжения и крепления армирующих полотен. Кроме того, технически сложным является одновременное равномерное натяжение полотен во взаимно перпендикулярных направлениях, без которого из-за деформации кольцевых элементов эффект предварительного напряжения полотен не будет достигаться.The disadvantage of this method is the high complexity of its implementation and the need to use special devices for tensioning and fastening reinforcing paintings. In addition, it is technically difficult to simultaneously uniformly tension the webs in mutually perpendicular directions, without which, due to the deformation of the ring elements, the prestressing effect of the webs would not be achieved.

Задачей изобретения является повышение эффективности работы армированной грунтовой подушки за счёт обеспечения предварительного напряжения и прогиба полотнищ армирующего материала.The objective of the invention is to increase the efficiency of the reinforced soil cushion by providing prestress and deflection of the panels of the reinforcing material.

В способе подготовки основания здания на слабых грунтах, включающем отрывку котлована, отсыпку грунтовой подушки с послойным уплотнением, укладку полотнищ армирующего материала и анкеровку их концов, на участках основания, подверженных воздействию создаваемых фундаментом вертикальных сжимающих напряжений, в подушку отсыпается несвязный грунт, между этими участками – несвязный грунт с включениями материала, набухающего при увлажнении, например, глины, после достижения проектной высоты подушку увлажняют, устраивают технологический перерыв, а перед монтажом фундаментов выравнивают её поверхность.In the method of preparing the base of a building on soft soils, including tearing off a foundation pit, filling a soil pillow with layer-by-layer compaction, laying panels of reinforcing material and anchoring their ends, on sections of the base exposed to vertical compressive stresses created by the foundation, incoherent soil is poured into the pillow between these sections - incoherent soil with inclusions of material that swells when moistened, for example, clay, moisten the pillow after reaching the design height, arrange technological reryv and align its surface before the installation of the foundation.

Последовательность подготовки основания здания на слабых грунтах иллюстрируется чертежами, где на фиг. 1 показан поперечный разрез подушки сразу после отсыпки с послойным уплотнением и укладкой полотнищ армирующего материала, на фиг. 2 – то же, после увлажнения, на фиг. 3 – подушка с опирающимися на нее фундаментами.The sequence of preparation of the foundation of the building on soft soils is illustrated by the drawings, where in FIG. 1 shows a cross section of a pillow immediately after filling with a layer-by-layer seal and laying of panels of reinforcing material, FIG. 2 - the same, after wetting, in FIG. 3 - pillow with foundations resting on it.

Способ осуществляют следующим образом.The method is as follows.

После отрывки котлована 1 в массиве слабого грунта 2 и осуществления мероприятий по водопонижению, послойно по участкам отсыпают несвязный грунт 3 и несвязный грунт с включениями материала, набухающего при увлажнении, 4. Несвязный грунт 3 размещают на участках основания 5, где после возведения здания в основании фундаментов будут действовать вертикальные сжимающие напряжения, а несвязный грунт с включениями набухающего материала 4 – между указанными участками. Каждый слой уплотняют по всей площади котлована. На заданных отметках до отсыпки очередного слоя грунта производят укладку в тело подушки полотнищ армирующего материала 6 и анкеровку их концов одним из известных способов, например, путём отгиба и заделки в следующий слой грунта, крепления к жестким элементам и т.п. В результате выполнения указанных операций формируется грунтовая подушка с одним или несколькими горизонтальными слоями гибкого армирующего материала, например, георешётки, геотекстиля и т.п. После чего приступают к увлажнению грунта, например, за счёт прекращения водоотлива или подачи воды на поверхность подушки. Увлажнение приводит к увеличению объёма грунта 4, размещённого в подушке между участками основания 5, где слои армирующего материала поднимаются вверх, получая предварительное напряжение. На участках основания 5, где грунт подушки не увеличивается в объёме, в слоях армирующего материала формируется прогиб. After the excavation of excavation pit 1 in the array of weak soil 2 and the implementation of measures to reduce water, layer-by-layer layers of incoherent soil 3 and incoherent soil with inclusions of material swelling upon wetting are poured in layers 4. The incoherent soil 3 is placed in sections of the base 5, where after the construction of the building in the base of foundations, vertical compressive stresses will act, and incoherent soil with inclusions of swelling material 4 between the indicated sections. Each layer is compacted over the entire area of the pit. At predetermined levels, before the next layer of soil is filled in, the reinforcing material panels 6 are laid in the cushion body and their ends are anchored in one of the known ways, for example, by bending and embedding into the next soil layer, attaching to rigid elements, etc. As a result of these operations, a soil cushion is formed with one or more horizontal layers of flexible reinforcing material, for example, geogrids, geotextiles, etc. Then they begin to moisten the soil, for example, by stopping the drainage or supplying water to the surface of the pillow. Moistening leads to an increase in the volume of soil 4, placed in the cushion between the sections of the base 5, where the layers of reinforcing material rise up, receiving a preliminary voltage. In areas of the base 5, where the cushion soil does not increase in volume, a deflection is formed in the layers of the reinforcing material.

По завершении технологического перерыва, продолжительность которого определяют по стабилизации деформаций, обусловленных набуханием, выравнивают поверхность подушки и приступают к монтажу фундаментов здания 7.At the end of the technological break, the duration of which is determined by the stabilization of deformations caused by swelling, level the surface of the pillow and proceed with the installation of the foundations of the building 7.

В качестве набухающего материала может использоваться глина. В частности, известны бентониты - монтмориллонитовые глины, давление набухания которых превышает 10⁴ кПа (S.S.Gonzalez. The swelling pressure of bentonite and sand mixtures/ Master thesis. Stockholm. 2013. - p.22).Clay may be used as the swellable material. In particular, bentonites are known - montmorillonite clays, the swelling pressure of which exceeds 10 ⁴ kPa (SS Gonzalez. The swelling pressure of bentonite and sand mixtures / Master thesis. Stockholm. 2013. - p.22).

Деформации набухания таких грунтов при внешнем давлении 100 кПа могут достигать 40% от толщины слоя (Q.Wang, A.M.Tang, P.Delage, B.Gatmiri. Experimental study on the swelling behavior of bentonite/ claystone mixture/ HAL Id: hal-00655761/ https://hal-enpc.archives-ouvertes.fr/hal-00655761/ 2012/ fig.9). Заметим, что давление, создаваемое слоем грунта 2 - 3 м составляет 30 – 60 кПа, что существенно меньше 100 кПа, поэтому деформации набухания будут больше 40%. Управлять величиной подъема армированной подушки можно путем внесения различного количества включений глины в ее смесь с несвязным грунтом. Swelling deformations of such soils at an external pressure of 100 kPa can reach 40% of the layer thickness (Q. Wang, AMTang, P. Delage, B. Gatmiri. Experimental study on the swelling behavior of bentonite / claystone mixture / HAL Id: hal-00655761 / https://hal-enpc.archives-ouvertes.fr/hal-00655761/ 2012 / fig. 9). We note that the pressure created by a soil layer of 2–3 m is 30–60 kPa, which is substantially less than 100 kPa, so swelling deformations will be more than 40%. You can control the amount of lift of the reinforced pillow by introducing a different number of clay inclusions into its mixture with incoherent soil.

При низком расположении уровня грунтовых вод, когда в процессе эксплуатации здания усадка может привести к снижению напряжений в армирующем материале, а также вызвать осадку опирающихся на грунт полов, в качестве материала включений может использоваться, например, расширяющийся цемент.If the groundwater level is low, when during the operation of the building, shrinkage can lead to a decrease in stresses in the reinforcing material, and also cause settlement of floors resting on the ground, for example, expanding cement can be used as an inclusion material.

Предлагаемый способ подготовки основания здания на слабых грунтах позволяет повысить эффективность работы армированной грунтовой подушки за счёт формирования прогиба полотнищ и их предварительного напряжения в период устройства подушки. The proposed method of preparing the base of the building on soft soils improves the efficiency of the reinforced soil cushion due to the formation of the deflection of the panels and their prestress during the installation of the cushion.

Claims

A method of preparing the base of a building on soft soils, including a fragment of the foundation pit, filling the soil cushion with layer-by-layer compaction, laying panels of reinforcing material and anchoring their ends, characterized in that incoherent soil is poured into the cushion on sections of the base exposed to the foundation created by vertical compressive stresses, and between these sections - incoherent soil with inclusions of material that swells when moistened, after reaching the design height, the pillow is moistened, a technological break, and before installing the foundations level its surface.