Фундамент

Изобретение относится к строительству, а именно к конструкциям фундаментов в уплотненном грунте. Известен фундамент в уплотненном грунте, включающий забивную или вибропогруженную пирамидальную или коническую сваю [1]. Недостатком этого фундамента является его низкая несущая способность на вертикальную, горизонтальную и моментную нагрузки, что обусловлено относительно небольшим объемом зоны уплотненного грунта вокруг сваи, который взаимодействует с фунтом природного сложения. Наиболее близким техническим решением является фундамент, включающий цилиндрическую вертикально погруженную в грунт оболочку, заполненную грунтом ненарушенной структуры, и жесткий элемент, размещенный в полости оболочки соосно с оболочкой, который имеет форму пирамиды или прямого кругового конуса, причем радиус основания конуса или радиус окружности вписанной в основание пирамиды определен по формуле: где D - внутренний диаметр оболочки, φ - угол внутреннего трения грунта, заполняющего полость оболочки, при этом острие жесткого элемента расположено выше уровня нижней кромки оболочки на 5-10 см [2]. Недостатками данного фундамента являются его высокая материалоемкость и необходимость большого числа типоразмеров, в том числе несерийных, его элементов. Высокая материалоемкость данного фундамента обусловлена в первую очередь большим расходом бетона и арматуры для цилиндрической оболочки. Большое число типоразмеров элементов (цилиндрическая оболочка и жесткий элемент в форме пирамиды или прямого кругового конуса) данного фундамента обусловлено необходимостью назначения поперечных размеров жесткого элемента (радиуса основания конуса или радиуса окружности вписанной в основание пирамиды) или цилиндрической оболочки (ее внутреннего диаметра) в зависимости от угла внутреннего трения грунта (величины переменной, зависящей от конкретных грунтовых условий площадки строительства) по вышеприведенной формуле. В основу изобретения поставлена задача усовершенствования фундамента, в котором путем оптимизации взаиморасположения его элементов обеспечивается высокая степень совместности работы элементов и за счет этого достигается снижение материалоемкости фундамента и использование в качестве жесткого элемента серийно выпускаемых пирамидальных и конических свай. Поставленная задача решается тем, что в фундаменте, содержащем жесткий элемент в форме пирамиды или прямого кругового конуса согласно изобретению дополнительно содержатся пробитые в грунте скважины, заполненные уплотненным грунтом, расположенные таким образом, что вертикальная ось жесткого элемента совмещена с центром окружности, по которой размещены вертикальные оси пробитых в грунте скважин, радиус которой принят равным где R - радиус зоны уплотнения грунта вокруг жесткого элемента, который принят по формуле где r - радиус основания конуса или радиус окружности вписанной в основание пирамиды; φ - угол внутреннего трения грунта основания; rs - радиус зоны достаточного уплотнения грунта вокруг пробитой скважины, который принят по формуле где rh - радиус поперечного сечения пробитий скважины; еа - коэффициент активной окружности грунта; ea.min - минимальное значение, коэффициента активной пористости грунта; еа.х - коэффициент активной пористости на границе зоны достаточного уплотнения; Dh - диаметр зоны распространения уплотнения, который принят по формуле число пробитых скважин в фундаменте принято равным а центральный угол с вершиной на вертикальной оси фундамента между горизонтальными осями соседних пробитых скважин принят равным при этом глубину скважин принимают не менее двух третей от глубины погружения жесткого элемента. На фиг. 1 показан план расположения жесткого элемента и пробитых скважин; на фиг. 2 - вертикальный разрез конструкции фундамента. Фундамент включает жесткий элемент в форме пирамиды или прямого кругового конуса, например пирамидальная или коническая свая 1, радиус поперечного сечения уплотненной зоны 2 которого принимают по эмпирической формуле (Зоценко Н.Л.. Котлярова Е.В. Модельные исследования "зоны влияния" пирамидальных свай // Проблемы свайного фундаментостроения. Тр. Ill международной конференции. 4.1 Пермь, 1992.-С. 35-39) R= 1.39*r*ехр (0,024·j), где r - радиус основания конуса или радиус окружности вписанной в основание пирамиды; φ - угол внутреннего трения грунта основания, и пробитых в грунте скважин, заполненных уплотненным грунтом 3, вертикальные оси которых расположены по окружности, центр которой совмещен с вертикальной осью жесткого элемента, а радиус принимают по формуле Rh = R + rs, где rs - радиус зоны достаточного уплотнения 4 вокруг пробитой скважины, который принимают по экспериментально-аналитической методике (Определение форм и размеров уширений и зон уплотненного грунта в пробитых скважинах / Зоценко Н.Л., Винников Ю.Л., Коваленко В.И., Омельченко П.Н. // Основания, фундаменты и механика грунтов. - 1989. - № 5. - С. 2-4 или Зоценко Н.Л., Винников Ю.Л., Омельченко П.Н. Рекомендации по проектированию и устройству фундаментов в пробитых скважинах с уширением в нижней части из втрамбованного жесткого материала. Полтава. - 1990. - 44 с): где Dh - диаметр зоны распространения уплотнения, который принимают по формуле где rh - радиус поперечного сечения пробитой скважины; еа - коэффициент активной пористости грунта, который принимают по формуле: где rs - плотность частиц грунта; ρ - плотность грунта; еа.min - минимальное значение коэффициента активной пористости грунта, которое принимают по формуле где Sr - степень влажности грунта естественного сложения; вя.х - коэффициент активной пористости на границе зоны достаточного уплотнения; для лессовидных суглинков Украины ва.х принимают из выражения где w - естественная влажность грунта. Для того, чтобы зоны достаточного уплотнения грунта 4 вокруг пробитых скважин обязательно соприкасались или пересекались между собой число пробитых скважин в фундаменте принимают по формуле а центральный угол между горизонтальными осями соседних пробитых скважин (эти оси проходят через вертикальную ось фундамента) принимают равным Глубину пробивки скважин принимают где Η - глубина погружения жесткого элемента. Уплотнение грунта тела скважины выполняют послойно той же трамбовкой, которой осуществляют пробивку скважины. Размер уплотненной зоны под нижним концом жесткого элемента составляет 5-10 см. Таким образом, предлагаемая конструкция фундамента сохраняет все преимущества прототипа высокую степень совместности работы элементов фундамента, вследствие обязательного контакта зон достаточного уплотнения грунта этих элементов, и в результате этого его высокую несущую способность на различные виды нагрузок, но при этом значительно снижается материалоемкость фундамента, так как его конструкция не требует использования железобетонной оболочки. Использование в качестве жесткого элемента в форме пирамиды или прямого кругового конуса конструкции предлагаемого фундамента серийно выпускаемых промышленностью пирамидальных и конических свай обусловлено возможностью предварительного определения радиуса окружности расположения центров пробитых скважин Rh и радиуса зоны достаточного уплотнения вокруг пробитой скважины rs в соответствии с характеристиками сваи и грунта. Для выполнений предлагаемого фундамента могут быть использованы стандартные железобетонные пирамидальные или конические сваи длиной 1,5-6 м, шириной сечения головы 600; 700; 800 и 900 мм и шириной сечения у острия сваи 70 или 100мм, которые забиваются или вибропогружаются в· грунт. Для устройства пробитых скважин могут быть использованы цилиндрические трамбовки диаметром 0,4-0,7 м, массой 2-6 т, сбрасываемые с высоты 2-6 м. Базовым механизмом для навесного оборудования служат экскаваторы Э—10011, Э— 652, трактор С-100, Т-150, автомобиль "КрАЗ" и др. Для выполнения тела скважин желательно использовать глинистый грунт оптимальной влажности.