RU2769153C1

RU2769153C1 - Foundation

Info

Publication number: RU2769153C1
Application number: RU2021123362A
Authority: RU
Inventors: Фахраддин Гасан оглы Габибов; Олег Юрьевич Ещенко; Ералы Мейрамбекович Шокбаров; Лейли Фахраддин кызы Габибова; Низами Расим оглы Юсифов
Priority date: 2021-08-03
Filing date: 2021-08-03
Publication date: 2022-03-28

Abstract

FIELD: construction.

SUBSTANCE: invention relates to construction and can be used in the construction of foundations in industrial and civil engineering in seismic areas. The foundation includes a round shell filled with bulk material and a shoe installed on the bulk material, the contour of which repeats the contour of the shell, a short pile vertically placed in the bulk material, having a sharp end, and the lower surface of the support shoe has a curvilinear bulge with a central recess, into which the upper the end of a short pile, the transverse dimensions of the support shoe in the plan are 0.63-0.85 of the inner diameter of the shell, and the height of the curvilinear part of the shoe is 0.1-0.25 of the shoe diameter. The shell is made of rubber-reinforced material in the form of a horseshoe-shaped body of revolution. The curvilinear bulge of the shoe is made in its central part in the form of a protrusion with a diameter equal to the diameter of the shell opening and a height not less than the height of the wall of the shell hole, and the extreme round flat flange of the shoe rests on the upper horizontal wall of the shell. The pile and the central recess of the shoe in the plan are made in the form of an equilateral triangle. The shell is made of a metal-cord utilized tire of a heavy-duty vehicle.

EFFECT: ensuring an increase in the stability of the foundation to seismic and eccentric loads, reducing the cost and simplifying the manufacture of the foundation.

1 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к строительству и может найти применение при возведении фундаментов в промышленном и гражданском строительстве в сейсмических районах.The invention relates to construction and can be used in the construction of foundations in industrial and civil engineering in seismic areas.

Известен фундамент, состоящий из железобетонной оболочки, заполненной песком с опертым на него фундаментным башмаком (см. Исследование оснований, фундаментов и гидротехнических сооружений. Том 216. Труды НИИ, Новочеркасск, 1970, с. 158).A foundation is known, consisting of a reinforced concrete shell filled with sand with a foundation shoe resting on it (see Study of foundations, foundations and hydraulic structures. Volume 216. Proceedings of the Research Institute, Novocherkassk, 1970, p. 158).

Недостатками этого фундамента являются относительная дороговизна и сложность изготовления оболочки, а также недостаточная надежность фундамента при сейсмических воздействиях и при работе на устойчивость.The disadvantages of this foundation are the relative high cost and complexity of manufacturing the shell, as well as the insufficient reliability of the foundation under seismic effects and when working on stability.

Из известных технических решений наиболее близким к заявляемому техническому решению (т.е. прототипом) является фундамент, включающий заполненную сыпучим материалом оболочку и установленный на сыпучем материале башмак, контур которого повторяет контур оболочки. Фундамент снабжен короткой сваей, вертикально размещенной в сыпучем материале, причем нижняя поверхность опорного башмака выполнена выпуклой и криволинейной с центральным углублением, в которое свободно заведен верхний конец короткой сваи. Поперечные размеры опорного башмака в плане составляют 0,63-0,85 внутреннего диаметра оболочки, а высота криволинейной части опорного башмака составляет 0,1-0,25 диаметра башмака (см. авторское свидетельство СССР на изобретение №939649, МПК Ε02D 27/34, 1982 г.).Of the known technical solutions, the closest to the claimed technical solution (i.e., the prototype) is the foundation, which includes a shell filled with bulk material and a shoe installed on the bulk material, the contour of which repeats the contour of the shell. The foundation is provided with a short pile vertically placed in bulk material, and the lower surface of the support shoe is made convex and curvilinear with a central recess into which the upper end of the short pile is freely inserted. The transverse dimensions of the support shoe in the plan are 0.63-0.85 of the inner diameter of the shell, and the height of the curvilinear part of the support shoe is 0.1-0.25 of the shoe diameter (see USSR author's certificate for the invention No. 939649, IPC Ε02D 27/34 , 1982).

Основными недостатками фундамента - прототипа являются относительные дороговизна и сложность изготовления, а также ограниченные возможности сейсмоустойчивости и устойчивости при действии внецентренной нагрузки.The main disadvantages of the foundation - the prototype are the relative high cost and complexity of manufacturing, as well as the limited possibilities of seismic resistance and stability under the action of an eccentric load.

Техническим результатом является удешевление, упрощение изготовления фундамента и повышение его устойчивости по отношению к сейсмическим и внецентренным нагрузкам.The technical result is to reduce the cost, simplify the manufacture of the foundation and increase its stability in relation to seismic and eccentric loads.

Технический результат достигается тем, что в фундаменте, включающем заполненную сыпучим материалом круглую оболочку и установленный на сыпучем материале башмак, контур которого повторяет контур оболочки, короткую сваю, вертикально размещенную в сыпучем материале, имеющую острый конец, причем нижняя поверхность опорного башмака имеет криволинейную выпуклость с центральным углублением, в который свободно заведен верхний конец короткой сваи, поперечные размеры опорного башмака в плане составляют 0,63-0,85 диаметра оболочки, а высота криволинейной части башмака составляет 0,1-0,25 диаметра башмака, оболочка выполнена из резиноармированного материала в виде подковообразного тела вращения, криволинейная выпуклость башмака выполнена в центральной его части в виде выступа с диаметром, равным диаметру отверстия оболочки, и высотой не менее высоты стенки отверстия оболочки, а крайний круглый плоский фланец башмака опирается на верхнюю горизонтальную стенку оболочки, свая и центральное углубление башмака в плане выполнены в виде равностороннего треугольника, причем сама оболочка выполнена из металлокордной утилизированной покрышки большегрузного автомобиля.The technical result is achieved by the fact that in the foundation, which includes a round shell filled with bulk material and a shoe installed on the bulk material, the contour of which repeats the contour of the shell, a short pile vertically placed in the bulk material, having a sharp end, and the lower surface of the support shoe has a curvilinear bulge with the central recess into which the upper end of the short pile is freely inserted, the transverse dimensions of the support shoe in the plan are 0.63-0.85 of the shell diameter, and the height of the curvilinear part of the shoe is 0.1-0.25 of the shoe diameter, the shell is made of rubber-reinforced material in the form of a horseshoe-shaped body of revolution, the curvilinear bulge of the shoe is made in its central part in the form of a protrusion with a diameter equal to the diameter of the shell opening and a height not less than the height of the wall of the shell hole, and the extreme round flat flange of the shoe rests on the upper horizontal wall of the shell, the pile and the central deepening The shoe is made in the form of an equilateral triangle in plan, and the shell itself is made of a metal-cord recycled tire of a heavy-duty vehicle.

Новизна заявляемого технического решения обусловлена следующими признаками:The novelty of the proposed technical solution is due to the following features:

- первый новый признак, заключающийся в том, что оболочка выполнена из резиноармированного материала в виде подковообразного тела вращения, позволяет предложенному техническому решению проявить новые свойства, заключающиеся в том, что в качестве материала оболочки фундамента вместо железобетона используется резиноармированный материал, который значительно лучше воспринимает и гасит сейсмические и динамические нагрузки, а подковообразное тело вращения вокруг внутренней оси, позволяет оболочке вместо цилиндра придать приблизительно торообразную геометрическую форму, которая всесторонне охватывает сыпучий материал;- the first new feature, which consists in the fact that the shell is made of rubber-reinforced material in the form of a horseshoe-shaped body of revolution, allows the proposed technical solution to show new properties, consisting in the fact that rubber-reinforced material is used as the material of the foundation shell instead of reinforced concrete, which much better perceives and extinguishes seismic and dynamic loads, and the horseshoe-shaped body of rotation around the internal axis allows the shell to give an approximately toroidal geometric shape instead of a cylinder, which comprehensively covers the bulk material;

- второй новый признак, заключающийся в том, что криволинейная выпуклость башмака выполнена в центральной его части в виде выступа с диаметром, равным диаметру отверстия оболочки, и высотой не менее высоты стенки отверстия оболочки, позволяет предложенному техническому решению приобрести новое свойство, заключающееся в том, что пользуясь геометрическими и механическими особенностями нового вида оболочки, удается четко зафиксировать подошву башмака с сохранением центровки и упруго предотвращать смещение подошвы башмака относительно оболочки фундамента;- the second new feature, which consists in the fact that the curvilinear bulge of the shoe is made in its central part in the form of a protrusion with a diameter equal to the diameter of the shell hole, and a height not less than the height of the wall of the shell hole, allows the proposed technical solution to acquire a new property, consisting in the fact that that using the geometric and mechanical features of the new type of shell, it is possible to clearly fix the sole of the shoe while maintaining alignment and elastically prevent the displacement of the sole of the shoe relative to the foundation shell;

- третий новый признак, заключающийся в том, что крайний круглый плоский фланец башмака опирается на верхнюю горизонтальную стенку оболочки, позволяет предложенному техническому решению приобрести новое свойство, заключающееся в том, что центрально зафиксированный башмак фундамента своим крайним плоским контуром опирается на сыпучий заполнитель оболочки через резиноармированный слой верхней горизонтальной стенки оболочки, которая способствует повышению демпфируемости фундамента при динамических и сейсмических нагрузках;- the third new feature, which consists in the fact that the extreme round flat flange of the shoe rests on the upper horizontal wall of the shell, allows the proposed technical solution to acquire a new property, which consists in the fact that the centrally fixed foundation shoe, with its extreme flat contour, rests on the bulk filler of the shell through rubber-reinforced a layer of the upper horizontal wall of the shell, which helps to increase the damping of the foundation under dynamic and seismic loads;

- четвертый новый признак, заключающийся в том, что свая и центральное углубление башмака в плане выполнены в виде равностороннего треугольника, позволяет предложенному техническому решению приобрести новые свойства, заключающиеся в том, что выполнение сваи в плане (в поперечном сечении) в виде равностороннего треугольника позволяет ей получить максимальный периметр, а исходя из этого максимальную удельную поверхность трения с сыпучим материалом (среди равномерных геометрических фигур при одинаковой площади равносторонний треугольник имеет наибольший периметр), при этом углубление башмака в виде равностороннего треугольника позволяет треугольной свае компактно в ней расположиться и зафиксироваться;- the fourth new feature, consisting in the fact that the pile and the central recess of the shoe in the plan are made in the form of an equilateral triangle, allows the proposed technical solution to acquire new properties, consisting in the fact that the execution of the pile in the plan (in cross section) in the form of an equilateral triangle allows to get the maximum perimeter, and on this basis the maximum specific friction surface with bulk material (among uniform geometric figures with the same area, an equilateral triangle has the largest perimeter), while the deepening of the shoe in the form of an equilateral triangle allows the triangular pile to be compactly located and fixed in it;

- пятый новый признак, заключающийся в том, что сама оболочка фундамента выполнена из металлокордной утилизированной покрышки большегрузного автомобиля, позволяет предложенному техническому решению приобрести новые свойства, заключающиеся в том, что именно благодаря специфическим геометрическим и механическим характеристикам утилизированных металлокордных покрышек от больших автомобилей получается оболочка не только с вертикальными цилиндрическими стенками, но и торцевыми горизонтальными стенками с центральными отверстиями. Сыпучий материал внутри оболочки обжимается внешней нагрузкой передаваемой башмаком и передает рассеянную нагрузку на эластичные прочные стенки оболочки. За счет использования утилизированных металлокордных покрышек достигается дополнительная вибро-, сейсмо- и гидроизоляция фундамента. Все это достигается без специального оборудования для производства оболочки фундамента.- the fifth new feature, which consists in the fact that the foundation shell itself is made of a metal-cord recycled tire of a heavy-duty vehicle, allows the proposed technical solution to acquire new properties, consisting in the fact that it is precisely due to the specific geometric and mechanical characteristics of the recycled metal-cord tires from large vehicles that a shell is obtained that does not only with vertical cylindrical walls, but also end horizontal walls with central holes. The bulk material inside the shell is compressed by an external load transmitted by the shoe and transfers the dispersed load to the elastic strong walls of the shell. Through the use of recycled steel cord tires, additional vibration, seismic and waterproofing of the foundation is achieved. All this is achieved without special equipment for the production of the foundation shell.

Вышеизложенные новые признаки и свойства отсутствуют в известных технических решениях и позволяют предложенному техническому решению проявить эффективность, заключающуюся в удешевлении, упрощении изготовления фундамента и повышении его устойчивости по отношению к сейсмическим и внецентренным нагрузкам.The above new features and properties are absent in the known technical solutions and allow the proposed technical solution to be effective, which consists in reducing the cost, simplifying the manufacture of the foundation and increasing its stability with respect to seismic and eccentric loads.

Все это позволяет утверждать, что предложенное техническое решение соответствует критериям изобретения «новизна» и «изобретательский уровень».All this allows us to assert that the proposed technical solution meets the criteria of the invention "novelty" and "inventive step".

Сущность изобретения поясняется чертежом, где на фиг. 1 изображен предлагаемый фундамент, разрез; на фиг. 2 изображен предлагаемый фундамент, вид сверху.The essence of the invention is illustrated by the drawing, where in Fig. 1 shows the proposed foundation, section; in fig. 2 shows the proposed foundation, top view.

Фундамент содержит круглую оболочку 1 в виде утилизированной металлокордной покрышки большегрузного автомобиля. Внутри оболочка заполнена сыпучим материалом 2, на который опирается фундаментный башмак 3. Центральная часть подошвы башмака выполнена криволинейно выпуклой 4 в виде выступа 5. В центре подошвы башмака расположено углубление 6 с контурами в виде равностороннего треугольника, в которое заходит верхняя часть короткой сваи 7, выполненная в поперечном сечении в виде равностороннего треугольника. Острие 8 сваи 7 имеет форму треугольной пирамиды с одинаковыми гранями, равными поперечному сечению сваи. По краям опорная часть подошвы башмака 3 выполнена в виде круглого плоского фланца 9, опирающегося на часть верхней горизонтальной стенки 10 оболочки 1. На башмаке 3 сверху расположен подколонник 11.The foundation contains a round shell 1 in the form of a recycled steel cord tire of a heavy vehicle. Inside the shell is filled with bulk material 2, on which the foundation shoe 3 rests. made in cross section in the form of an equilateral triangle. The tip 8 of the pile 7 has the shape of a triangular pyramid with identical faces equal to the cross section of the pile. Along the edges, the supporting part of the sole of the shoe 3 is made in the form of a round flat flange 9, resting on a part of the upper horizontal wall 10 of the shell 1. On the shoe 3, a column 11 is located on top.

В качестве оболочки 1 фундамента используется металлокордная утилизированная покрышка от большегрузного автомобиля, например, от БелАЗ с внешним диаметром 3,7 м с шириной профиля (протектора) 1,45 м и диаметром отверстия покрышки 1,2 м. В оболочку 1 через отверстие верхней стенки 10 засыпается сыпучий материал 2, по шаблону формируется приямок, отображающий форму криволинейной выпуклой части 4 с выступом 5 башмака 3. Шаблон снимают и на его место устанавливается сборный фундаментный башмак 3 с подколонником 11 и треугольным углублением 6 в подошве для сваи 7. Центральная часть башмака 4 имеет форму криволинейного выпуклого сегмента с выступом, который характеризуется высотой перпендикуляра CD, восстановленного из середины горизонтали АВ. Длина горизонтали АВ равняется диаметру подошвы башмака 3. Рекомендуемая оптимальная высота перпендикуляра H_CD = 0,1-0,25 АВ. Поперечные размеры треугольной, в поперечном сечении, железобетонной сваи 7 принимаются по расчету на действие поперечной силы или изгибающих моментов при расчете на устойчивость.As the shell 1 of the foundation, a metal-cord recycled tire from a heavy vehicle, for example, from BelAZ with an outer diameter of 3.7 m with a profile (tread) width of 1.45 m and a tire hole diameter of 1.2 m, is used. In shell 1 through the hole in the upper wall 10, bulk material 2 is poured, a pit is formed according to the template, displaying the shape of the curved convex part 4 with the protrusion 5 of the shoe 3. The template is removed and a prefabricated foundation shoe 3 with a column 11 and a triangular recess 6 in the sole for the pile 7 is installed in its place. The central part of the shoe 4 has the form of a curved convex segment with a protrusion, which is characterized by the height of the perpendicular CD, restored from the middle of the horizontal AB. The horizontal length AB is equal to the diameter of the sole of the shoe 3. The recommended optimal height of the perpendicular H _CD = 0.1-0.25 AB. The transverse dimensions of the triangular, in cross section, reinforced concrete piles 7 are taken according to the calculation for the action of a transverse force or bending moments when calculating stability.

В зависимости от вида сыпучего материала 2 засыпки принимается длина сваи 7 (если используется песок, то длина сваи большая, а если используется тощий грунтоцемент, то длина сваи меньшая). Между стенками углубления 6 и стенками сваи 7 допускается зазор до 10 мм.Depending on the type of bulk material 2 backfill, the length of the pile 7 is taken (if sand is used, then the length of the pile is large, and if lean soil cement is used, then the length of the pile is shorter). A gap of up to 10 mm is allowed between the walls of the recess 6 and the walls of the pile 7.

Короткая железобетонная свая 7 с наибольшей удельной поверхностью резко улучшает работу всего фундамента на действие горизонтальных нагрузок, в том числе и сейсмических, делает фундамент устойчивым против опрокидывания, а также улучшает совместную работу материала засыпки 2 и резиноармированной оболочки 1.A short reinforced concrete pile 7 with the largest specific surface dramatically improves the operation of the entire foundation against horizontal loads, including seismic ones, makes the foundation resistant to tipping over, and also improves the joint operation of the backfill material 2 and the rubber-reinforced shell 1.

Диаметр круглого башмака 3 фундамента d_Б определяется по формуле d_Б = kd_B.O., где d_B.O. - внутренний диаметр оболочки, равный разности между диаметром утилизированной покрышки и удвоенной толщины профиля (протектора) покрышки; k - коэффициент, полученный экспериментальным путем и равный 0,63-0,85.The diameter of the round shoe 3 of the foundation d _B is determined by the formula d _B = kd _BO , where d _BO is the inner diameter of the shell, equal to the difference between the diameter of the recycled tire and twice the thickness of the profile (tread) of the tire; k - coefficient obtained experimentally and equal to 0.63-0.85.

Высота выступа 5 криволинейной выпуклости 4 не менее высоты стенки отверстия оболочки (т.е. верхней горизонтальной стенки 10 оболочки).The height of the protrusion 5 of the curvilinear bulge 4 is not less than the height of the wall of the shell opening (ie the upper horizontal wall 10 of the shell).

Работа данной конструкции фундамента заключается в следующем.The work of this foundation design is as follows.

Нагрузка через подколонник 11 и фундаментный башмак 3 передается на сыпучий материал 2 засыпки. Материал засыпки, уплотняясь, посредством силы трения и силы бокового давления вовлекает в осадку и оболочку 1. В результате давление на грунт основания под резиноармированной оболочкой 1 не превышает расчетного. Наличие выступа 5 в башмаке 3 с диаметром равным диаметру отверстия оболочки 4 высотой не менее высоты верхней горизонтальной стенки 10 оболочки четко фиксируют подошву башмака с сохранением центровки. Это позволяет упруго предотвращать смещение башмака относительно оболочки при повышенных горизонтальных, вибрационных и сейсмических нагрузках. Для устранения возможности опрокидывания фундамента предусмотрена короткая свая 7. Поперечное сечение сваи имеет форму равностороннего треугольника, у которого самый длинный периметр среди равномерных плоских фигур, а в связи с этим максимальная боковая поверхность контакта сваи с материалом засыпки. Это повышает сопротивление сваи к опрокидыванию, а также повышает устойчивость фундамента по отношению к сейсмическим и динамическим нагрузкам. Опирание круглого плоского фланца 9 башмака на сыпучий материал 2 засыпки через резиноармированную верхнюю горизонтальную стенку 10 оболочки также способствует повышению сейсмо- и виброустойчивости фундамента. Также повышает сейсмо- и виброустойчивость фундамента частичный контакт засыпки с грунтом основания через нижнюю горизонтальную стенку оболочки.The load through the column 11 and the foundation shoe 3 is transferred to the bulk material 2 backfill. The backfill material, being compacted, by means of the friction force and the force of lateral pressure, draws into the sediment and the shell 1. As a result, the pressure on the base soil under the rubber-reinforced shell 1 does not exceed the calculated one. The presence of a protrusion 5 in the shoe 3 with a diameter equal to the diameter of the hole of the shell 4 with a height not less than the height of the upper horizontal wall 10 of the shell clearly fixes the sole of the shoe while maintaining alignment. This makes it possible to elastically prevent the shoe from shifting relative to the shell under increased horizontal, vibrational, and seismic loads. To eliminate the possibility of overturning the foundation, a short pile 7 is provided. The cross section of the pile has the shape of an equilateral triangle, which has the longest perimeter among uniform flat figures, and therefore the maximum lateral contact surface of the pile with the backfill material. This increases the resistance of the pile to overturning, and also increases the stability of the foundation in relation to seismic and dynamic loads. The support of the round flat flange 9 of the shoe on the bulk material 2 of the backfill through the rubber-reinforced upper horizontal wall 10 of the shell also improves the seismic and vibration resistance of the foundation. It also increases the seismic and vibration resistance of the foundation by partial contact of the backfill with the base soil through the lower horizontal wall of the shell.

Предлагаемый фундамент предназначен для применения при строительстве каркасных одно- и многоэтажных зданий и сооружений с центральным и внецентренным приложением нагрузки во всех грунтовых условиях, как без предварительного улучшения, так и с производством комплекса работ по их улучшению.The proposed foundation is intended for use in the construction of frame one- and multi-storey buildings and structures with central and eccentric load application in all soil conditions, both without prior improvement and with the production of a set of works to improve them.

Технико-экономическая эффективность предлагаемого фундамента, по сравнению с фундаментом - прототипом заключается в том, что полностью исключается расход железобетона на изготовление оболочки фундамента. Для изготовления оболочки фундамента используется утилизированная металлокордная покрышка от большегрузного автомобиля. Использование утилизированных металлокордных покрышек в совокупности с новыми формами башмака фундамента и короткой сваи значительно повышают сейсмо- и виброустойчивость фундамента, а также повышается устойчивость фундамента к внецентренным нагрузкам.The technical and economic efficiency of the proposed foundation, in comparison with the prototype foundation, lies in the fact that the consumption of reinforced concrete for the manufacture of the foundation shell is completely excluded. For the manufacture of the foundation shell, a recycled metal cord tire from a heavy truck is used. The use of recycled steel cord tires in combination with new forms of the foundation shoe and a short pile significantly increase the seismic and vibration resistance of the foundation, and also increase the foundation's resistance to eccentric loads.

Claims

The foundation, including a round shell filled with loose material and a shoe installed on the bulk material, the contour of which follows the contour of the shell, a short pile vertically placed in the bulk material, having a sharp end, and the lower surface of the support shoe has a curvilinear bulge with a central recess, into which the upper end of the short pile, the transverse dimensions of the support shoe in plan are 0.63-0.85 of the inner diameter of the shell, and the height of the curvilinear part of the shoe is 0.1-0.25 of the shoe diameter, characterized in that the shell is made of rubber-reinforced material in the form horseshoe-shaped body of revolution, the curvilinear bulge of the shoe is made in its central part in the form of a protrusion with a diameter equal to the diameter of the shell opening and a height not less than the height of the wall of the shell hole, and the extreme round flat flange of the shoe rests on the upper horizontal wall of the shell, the pile and the central recess of the shoe in pl they are made in the form of an equilateral triangle, and the shell itself is made of a metal-cord recycled tire of a heavy-duty vehicle.