Способ управления осадкой осевшего фундамента

 

Изобретение относится к управлению осадкой фундаментов и сооружений, опирающихся на них при строительстве на просадочных грунтах. Способ управления осадкой осевшего фундамента включает установку домкратной балки и домкратов двойного действия с опорными плитами. Новым является то, что с двух сторон фундамента бурят скважины, примыкающие к боковым граням фундамента, в которые вставляют направляющие обсадные трубы с верхними фланцами, засыпают трубы сыпучим материалом, закрепляют на фланцах труб вибраторы, укладывают над трубами домкратную балку с упором ее середины на осевшую стену или колонну снизу вверх или с подвеской ее к колонне, устанавливают на сыпучий материал каждой трубы опорную плиту домкрата двойного действия, повторяющую своей формой профиль сечения трубы, соединяют поршень каждого из домкратов с домкратной балкой, синхронно включают вибраторы и прямой ход домкратов, впрессовывая с вибрированием каждым из домкратов порцию сыпучего материала по направляющей обсадной трубе под подошву фундамента, упрочняя этим грунтовое основание, включают обратный ход домкратов, подтягивая их к домкратной балке, засыпают в трубы следующие порции сыпучего материала и циклы повторяют до полного упрочнения грунтового основания, прекращения осадки основания и принудительного выдавливания и выдергивания фундамента из грунта на требуемую величину, убирают один из домкратов, соединяют домкратную балку с этой трубой, а с другой трубой соединяют опорную плиту другого домкрата и, включая обратный ход домкрата, выдергивают с вибрированием обсадные направляющие трубы. Технический результат изобретения состоит в снижении трудоемкости управления осадкой осевшего фундамента и сооружения, опирающегося на фундамент. 1 з.п. ф-лы, 2 ил., 1 табл.

Изобретение относится к управлению осадкой фундаментов и сооружений, опирающихся на них при строительстве на просадочных грунтах.

Наиболее близким по своей сущности и достигаемому техническому результату является способ управления осадкой осевшего фундамента, включающий установку домкратной балки и домкратов двойного действия с опорными плитами [1].

Недостаток способа - достаточно большая его трудоемкость.

Технический результат изобретения - снижение трудоемкости управления осадкой осевшего фундамента и сооружения, опирающегося на фундамент.

Технический результат изобретения достигается за счет того, что в способе управления осадкой осевшего фундамента, включающем установку домкратной балки и домкратов двойного действия с опорными плитами, согласно изобретению с двух сторон фундамента бурят скважины, примыкающие к боковым граням фундамента, в которые вставляют направляющие обсадные трубы с верхними фланцами, засыпают трубы сыпучим материалом, закрепляют на фланцах труб вибраторы, укладывают над трубами домкратную балку с упором ее середины на осевшую стену или колонну снизу вверх или с подвеской ее к колонне, устанавливают на сыпучий материал каждой трубы опорную плиту домкрата двойного действия, повторяющую своей формой профиль сечения трубы, соединяют поршень каждого из домкратов с домкратной балкой, синхронно включают вибраторы и прямой ход домкратов, впрессовывая с вибрированием каждым из домкратов порцию сыпучего материала по направляющей обсадной трубе под подошву фундамента, упрочняя этим грунтовое основание, включают обратный ход домкратов, подтягивая их к домкратной балке, засыпают в трубы следующие порции сыпучего материала и циклы повторяют до полного упрочнения грунтового основания, прекращения осадки основания и принудительного выдавливания и выдергивания фундамента из грунта на требуемую величину, убирают один из домкратов, соединяют домкратную балку с этой трубой, а с другой трубой соединяют опорную плиту другого домкрата и, включая обратный ход домкрата, выдергивают с вибрированием обсадные направляющие трубы.

В качестве сыпучего материала могут использовать щебень, шлак, песок.

Сопоставление с аналогом показывает существенные отличия разработанного способа, а именно: не требуется изготавливать мощные стальные рычаги; способ позволяет легко упрочнять основание щебнем и выдавливать и выдергивать фундамент из грунта на необходимую величину.

Изобретение иллюстрируется чертежами, где на фиг.1 показаны устройство и способ восстановления проектного положения осевшего фундамента в разрезе; на фиг.2 - план.

Способ управления осадкой осевшего фундамента 1, имеющего анкерные болты 2, соединяющие с ним колонну 3, включает установку домкратной балки 4 и домкратов двойного действия 7 с опорными плитами. С двух сторон фундамента бурят скважины, примыкающие к боковым граням фундамента 1, в которые вставляют направляющие обсадные трубы 8 с верхними фланцами 9. Засыпают трубы 8 сыпучим материалом 10, например щебнем, закрепляют на фланцах 9 труб 8 вибраторы 11, укладывают над трубами 8 домкратную балку 4 с упором ее середины на осевшую стену или колонну 3 снизу вверх или с подвеской ее к колонне 3. Устанавливают на сыпучий материал 10 каждой трубы 8 опорную плиту домкрата двойного действия 7, повторяющую своей формой профиль сечения трубы 8, причем между плитой домкрата 7 и стенкой трубы 8 имеется зазор А = 30...50 мм, обеспечивающий свободное скольжение плиты вниз по направляющей трубе 8. Далее соединяют поршень каждого из домкратов 7 с домкратной балкой 4, синхронно включают вибраторы 11 и прямой ход домкратов 7, впрессовывая с вибрированием каждым из домкратов 7 порцию сыпучего материала 10 по направляющей обсадной трубе 8 под подошву фундамента 1, упрочняя этим грунтовое основание. Включают обратный ход домкратов 7, подтягивая их к домкратной балке 4, засыпают в трубы следующие порции сыпучего материала 10 и циклы повторяют до полного упрочнения грунтового основания, прекращения осадки основания и принудительного выдавливания и выдергивания фундамента 1 из грунта на требуемую величину. Затем убирают один из домкратов 7, соединяют домкратную балку 4 с этой трубой 8, а с другой трубой соединяют опорную плиту другого домкрата 7 и, включая обратный ход домкрата 7, выдергивают с вибрированием обсадные направляющие трубы 8.

Способ осуществляется следующим образом.

1. По боковым граням фундамента 1 бурят скважины (не менее двух) диаметром 1,05...1,1 внешнего диаметра обсадной трубы 8, глубиной до подошвы фундамента 1. Диаметр обсадной трубы 8 составляет 0,25...0,3 глубины h до подошвы фундамента 1 Д=(0,25...0,3)/h.

2. Устанавливают в скважины обсадные направляющие трубы 8 с верхними фланцами 9, фиксирующими обсадную трубу 8 на поверхности грунта.

3. Засыпают полость каждой из труб щебнем 10 (шлаком, песком).

4. Устанавливают на фланце вибраторы 11.

5. Устанавливают на сыпучий материал 10 в трубе домкрат двойного действия 7. Диаметр опорной плиты домкрата 7 на 2...5% меньше диаметра отверстия в трубе 8.

6. На домкраты 7 укладывают домкратную балку 4 и соединяют поршень каждого домкрата 7 с домкратной балкой 4. Домкратная балка 4 пропущена между ветвей сквозной колонны 3 по ее центру тяжести.

7. Приваривают к ветвям колонны 3 опорные элементы 5 и подвешивают домкратную балку к опорным элементами болтами 6.

Подготовительные операции закончены и в соответствии с имеющейся нивелировкой и фактической осадкой каждого из фундаментов 1 восстанавливают проектное положение каждого фундамента 1 вместе с колонной 3, опирающейся на него.

Восстановление проектного положения осуществляют, контролируя осадку. Для этого на неподвижном репере устанавливают, например, лазерный прицел и направляют на колонну 3, соединенную с фундаментом 1, горизонтальный луч. На колонне 3 закрепляют экран и наносят на экране отметку до начала работ и проектную отметку колонны 3 и, следовательно, фундамента 1 после окончания работ.

Выдавливание и выдергивание фундамента 1 из грунта происходит в следующей последовательности.

Синхронно включают вибраторы 11 и домкраты 7 и вдавливают каждым из домкратов 7 по направляющей трубе 8 порции щебня 10 под подошву фундамента 1. Суммарная грузоподъемность домкратов 7 должна превышать массу поднимаемого сооружения, причем следует учесть трение грунта о боковые стенки фундамента 1 и трение щебня по внутренним поверхность направляющих труб 8. Домкраты 7 развивают такое давление, что в грунтовом основании ниже подошвы фундамента 1 начинается текучесть грунта [2, с. 98]. Происходит выпор грунта из под нижнего конца каждой из направляющих труб 8. Выпор происходит как под подошву фундамента 1, так и наружу, и образуется щебеночное ядро, обладающее значительно большей несущей способностью, чем окружающий грунт. С каждой очередной порцией щебня, вдавливаемой домкратами 7, диаметр щебеночного ядра растет. Сопротивление вдавливанию постоянно нарастает. Домкратная балка 4, воздействуя на колонну 3 снизу вверх, стремится ее выдернуть из грунта вместе с фундаментом 1, что облегчает рост щебеночного ядра в сторону выдергиваемого фундамента 1 и ядро развивается под фундамент 1. Наконец при вдавливании очередной порции щебня равновесие выдергивающих и удерживающих сил нарушается, и фундамент 1 начинает выдавливаться и выдергиваться вверх из грунта. Этот процесс контролируется по экрану, закрепленному на колонне 3.

После достижения фундаментом 1 и колонной 3 первоначального проектного положения вдавливание щебня под фундамент прекращают. В течении 4...6 дней контролируют осадку фундамента 1. При необходимости выполняют дополнительную корректировку осадки.

Обсадные направляющие трубы 8 после окончания работ извлекают следующим образом: один из домкратов 7 убирают и соединяют домкратную балку 7 с обсадной трубой 8; плиту оставшегося домкрата 7 также соединяют с обсадной трубой 8; включают обратный ход домкрата 7 и выдергивают трубы 8 с вибрированием, уменьшающим сопротивление выдергиванию; если выдергивание одной из труб 8 происходит с опережением, то ее пригружают.

Вибраторы 11 уменьшают силы трения между щебнем и поверхностью направляющих труб 8. Кроме этого, в щебень добавляют пластификатор из глиняного раствора, и работа домкратов 7 облегчается. Происходит вибровдавливание щебня.

Экономический эффект достигнут из-за упрощения управлением осадкой осевших фундаментов 1 и сооружения опирающегося на них. Используется стандартное оборудование. Скважины бурятся диаметром 600...800 мм посредством устройств, например, для бурения скважин под троллейбусные опоры. Домкраты 7 также используются стандартные грузоподъемностью 50...100 т.

Вдавливаться под фундамент 1 может например шлак ТЭЦ или другие материалы, требующие утилизации.

Пример конкретной реализации

Необходимо восстановить проектное положение колонны, рассчитанной в учебнике под ред. проф. Е.И.Беленя [3, с.300].

Сжимающие усилия в колонне:

от постоянной нагрузки q=18,1 кН/м=181 гН/м на ригеле

N_пост=2720 гH (27,2 т);

от снеговой нагрузки s=24,8 кН/м=248 гН/м на ригеле

N_сн=3720 гН (37,2 т);

от кранов Q=30 т

D_max=1170 кН=11700 гН.

Масса стен:

верхней части F₁=221 кН=2210 гН;

нижней части F₂=229 кН=2290 гН;

F₁+F₂=4500 гН;

N_nax=2720+3720+11700+4500=22640 (226,4 т);

N_min=2720+4500=7220 (72,0 т).

Предположительные размеры фундамента:

площадь подошвы 43=12 м²;

высота 2 м;

объем 122=24 м³;

масса 242=48 т=4800 гН;

N_min+N_ф=7220+4800=12020 гН (120,2 т).

Геодезической нивелировкой выявлена осадка фундамента на 0,2 м. То есть фундамент должен быть выдавлен из грунта на 0,2 м. Под подошву фундамента должно быть вдавлено щебня не менее V=120,2=2,4 м³.

Будем считать, что щебня потребуется в два раза больше, так как при вдавливании щебня будет происходить упрочнение основания и зон, прилегающих к фундаменту с боков. Для обеспечения превышения выдергивающих сил F_выд над силами удерживания N_уд=12020 гН (120,2 т) примем два домкрата грузоподъемностью по 100 т, т.е. F_выд=1002=200 т=20000 гН, 20000 гН>2020 гН. Диаметр скважин примем по Ж600 мм. Ход поршня домкрата 200 мм. Площадь сечения скважины

За один цикл два домкрата вдавливают под подошву фундамента Г=20,2830,2=0,113 м³. Для вдавливания 2,4 м³ щебня потребуется число циклов

цикла.

При вдавливании щебня при использовании грузоподъемности домкратов полностью в грунте на выходе из трубы развивается давление

Такое давление несомненно вызовет пластические деформации в грунте и обеспечит вдавливание щебня под подошву.

Максимальная N_max=18612+4800=23412 гН (234,1 т)

Минимальная N_min=2412+3750+4800=10962 гН (109,6 т)

Напряжение под подошвой фундамента от максимальной нормативной нагрузки:

Литература

1. Нежданов К.К., Нежданов А.К., Кузина В.Н. Патент РФ №2139390. Способ восстановления проектного положения фундаменбта и колонны. Бюл. №28 от 10.10.99.

2. Котов М.Ф. Механика грунтов в примерах. - 1968, Высшая школа.

3. Металлические конструкции. Учебник для вузов. Под общ. ред. Е.И.Белени. - М.: Стройиздат, 1976. - 600 с.

Формула изобретения

1. Способ управления осадкой осевшего фундамента, включающий установку домкратной балки и домкратов двойного действия с опорными плитами, отличающийся тем, что с двух сторон фундамента бурят скважины, примыкающие к боковым граням фундамента, в которые вставляют направляющие обсадные трубы с верхними фланцами, засыпают трубы сыпучим материалом, закрепляют на фланцах труб вибраторы, укладывают над трубами домкратную балку с упором ее середины на осевшую стену или колонну снизу вверх или с подвеской ее к колонне, устанавливают на сыпучий материал каждой трубы опорную плиту домкрата двойного действия, повторяющую своей формой профиль сечения трубы, соединяют поршень каждого из домкратов с домкратной балкой, синхронно включают вибраторы и прямой ход домкратов, впрессовывая с вибрированием каждым из домкратов порцию сыпучего материала по направляющей обсадной трубе под подошву фундамента, упрочняя этим грунтовое основание, включают обратный ход домкратов, подтягивая их к домкратной балке, засыпают в трубы следующие порции сыпучего материала и циклы повторяют до полного упрочнения грунтового основания, прекращения осадки основания и принудительного выдавливания и выдергивания фундамента из грунта на требуемую величину, убирают один из домкратов, соединяют домкратную балку с этой трубой, а с другой трубой соединяют опорную плиту другого домкрата и, включая обратный ход домкрата, выдергивают с вибрированием обсадные направляющие трубы.

2. Способ управления осадкой осевшего фундамента по п.1, отличающийся тем, что в качестве сыпучего материала используют щебень, шлак, песок.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2