Противопучинистые мероприятия для фундамента

Современные противопучинные покрытия для свайных фундаментов.

Современные противопучинные покрытия для свайных фундаментов.

Возведение зданий и сооружений на многолетнемерзлых пучинистых грунтах и грунтах в зонах сезонного оттаивания зачастую имеет свои объективные сложности. Мерзлотно-грунтовые условия на глубинах промерзания, в подавляющем большинстве случаев вследствие морозного пучения, являются неблагоприятными для обеспечения несущей способности фундаментов и оснований.

Согласно открытым данным, порядка 65% фундаментов и оснований под малонагруженные фундаменты (опоры линий ЛЭП, опоры контактной сети железных дорог, инфраструктурные объекты нефтегазового комплекса и т.д.) организованные в зонах с сезонным промерзанием и оттаиванием грунтов, в той или иной степени, деформированы под воздействием сил морозного пучения. С течением срока эксплуатации таких фундаментов деструктивное воздействие, как правило, только усугубляются и ведет к досрочному выводу из эксплуатации объектов.

Морозное пучение

Под морозным пучением принято понимать внутриобъемное деформирование промерзающих грунтов, способствующее увеличению их объема вследствие замерзания в них влаги и образования ледяных включений в виде прослоек и линз. Обратный процесс в момент оттаивания сопровождается осадкой, разуплотнением и, как следствие, снижением несущей способности грунтов. Морозное пучение выражается в неравномерном поднятии деятельного слоя грунта. Возникают напряжения грунта при пучении, что оказывает существенное воздействие на фундаменты и на наземные конструкции зданий.

Традиционные метода борьбы с пучением грунтов

При проектировании оснований и фундаментов на пучинистых грунтах в соответствии с СП 25.13330 предусматривают специальные противопучинные мероприятия, призванные уменьшить деформацию зданий и сооружений, снижающие силы морозного пучения.

Зачастую, фундаменты зданий и сооружений, расположенных в условиях распределения многолетнемерзлых грунтов проектируются свайными. Сваи для них используются как металлические так и железобетонные.

К традиционным методам снижения деструктивного влияния на фундаменты и основания сил морозного пучения относят:

— Использование кремнеорганических эмалей (КО-174, КО-1164);

— Противопучинные смазки БАМ-3 и БАМ-4.

Наиболее распространенными противопучинными смазками и пропитками является смазка БАМ-4 и кремнийорганические эмали КО-174 и КО-1164. Смазка БАМ-4 представляет собой мягкую и пластичную углеродистую композицию из переработанных нефтяных продуктов. Поверх обмазки БАМ-4, на обработанные поверхности свай необходимо накладывать полимерные ленты или пленку для предохранения смазки от стягивания при пучении грунта.

Кремнийорганические эмали КО-174 и КО-1164 представляют собой суспензию пигментов и наполнителей в растворах кремнийорганических смол.

Указанные выше противопучинные покрытия, несмотря на их доступность и сравнительно невысокую стоимость, не обладают достаточной прочностью и долговечностью при циклических нагрузках на фундаменты в процессе пучения грунтов. В результате такого воздействия происходит повреждение покрытий, вымывание смазок грунтовыми водами и как следствие коррозия металлических поверхностей свай, и через какие-то время продолжение выпучивания свай фундамента.

Современные противопучинные технологии.

Одним из действенных современных способов снижения воздействия сил морозного пучения при применении свай для обустройства фундаментов и оснований является применение свай с противопучинными полимерными покрытиями.

С 2011 года на российском рынке присутствует решение от компании УЗПТ «Маяк» — Противопучинная полимерная термоусаживаемая оболочка ОСПТ «Reline», ТУ 2247-004-75457705-2014 (для металлических свай) и Противопучинное полимерное покрытие ПСПП «Reline» ТУ 20.30.12-001-75457705-2018 (для железобетонных свайных конструкций).

ОСПТ «Reline» представляет собой полимерную термоусаживаемую оболочку, произведенную из радиационно-модифицированного полимера.

ОСПТ»Reline»: остается пластичной даже при глубоком минусе (до -63ºС); не смерзается с грунтом, то есть свая, остается в исходном положении; адгезивный слой обеспечивает прочное сцепление оболочки со сваей, не дает ей сдвигаться по свае (сила касательного сцепления составляет не менее 30 кг/1 кв.см, что превышает силу морозного пучения в десятки раз).

Эффективность ОСПТ «Reline» была подтверждена ОАО «Фундаментпроект» и ООО «Газпром ВНИИГАЗ» в рамках проведения лабораторных исследований и натурных испытаний, результатом которых стало подтверждение уникальных качественных характеристик материала, снижение сил морозного пучения было подтверждено в пределах 50-60%. При расчете оснований и фундаментов по устойчивости и прочности на воздействие сил морозного пучения по СП 25.13330.2012 для свай, покрытых оболочками противопучинными термоусаживаемыми ОСПТ «Reline» к значениям τfh следует применять коэффициент 0,42.

Оболочка ОСПТ «Reline» прошла аттестацию в ПАО «Газпром» и разрешена для применения при строительстве объектов различного назначения. На основании аттестации данные материалы включены в реестр Газпром СтройТЭК Салават. Одним из крупнейших объектов, при строительстве которых было применено решение ОСПТ «Reline» стал газопровод «Сила Сибири».

В свою очередь, при обустройстве фундаментов и оснований зданий с применением железобетонных свайных конструкций одним из немногих возможных решений, направленных на минимизацию воздействия сил морозного пучения является противопучинное полимерное покрытие ПСПП «Reline».

ПСПП «Reline» (ТУ 20.30.12-001-75457705-2018) — это полимерное износоустойчивое композиционное покрытие на эпоксидной основе, которое используется для защиты бетонных и ЖБ поверхностей, контактирующих с пучинистыми грунтами. Покрытие образует на поверхности сваи прочный водонепроницаемый слой. Это современная альтернатива противопучинистым смазкам, которые стираются с поверхности и смещаются при многочисленных циклах оттаивания-замерзания грунта. ПСПП «Reline» может применяться как самостоятельное покрытие, так и с финишными красками, в том числе для защиты от УФ. Немаловажным плюсом ПСПП «Reline» является возможность нанесения на заглубленные ж/б фундаменты сложной формы, что позволяет не только значительно снизить воздействие деструктивных сил морозного пучения, но и предотвратить проникновение влаги через поры поверхности к металлической арматуре, что существенно продлевает срок эксплуатации фундамента.

Нанесение ПСПП «Reline» возможно как методом безвоздушного распыления с раздельной подачей подогреваемых компонентов — для заводских условий, так и кистью или валиком в трассовых условиях.

Сравнение технологий по методу монтажа

С точки зрения монтажа — все вышеперечисленные продукты достаточно легко наносятся, как в заводских так и в трассовых условиях, но в отличие от традиционных противопучинных мероприятий, которые выполняются при положительных температурах, оболочка ОСПТ «Reline» может монтироваться на сваю как в заводских, так и в трассовых условиях на открытом воздухе даже при температурах -20°С и ниже (при организации укрытия). В свою очередь противопучинное покрытие ПСПП «Reline» для железобетонных свайных конструкций возможно наносить в трассовых условиях в диапазоне температур от минус 5°С до плюс 30°С. Нанесение смазки БАМ также возможно при низких температурах, но в силу применяемых материалов и технологии БАМ в морозы не нанести качественно.

По способу погружения свай в грунт сваи с оболочкой ОСПТ «Reline» и покрытием ПСПП «Reline» применяются при буроопускном, бурозабивном и забивном способах, что также выгодно отличает их от кремнеорганических эмалей и битумных смазок, при нанесении которых возможен только буроопускной способ, т.к другие виды погружения приводят к повреждению покрытий.

Эффективный срок службы ОСПТ «Reline» и ПСПП «Reline» при соблюдении технологии нанесения составляет срок, соизмеримый со сроком эксплуатации оборудования/строений размещенных на возводимых фундаментах, в 50 лет. Это выгодно отличает данные решения от традиционного использования противопучинных смазок БАМ-3 и БАМ-4.

Современные подходы к организации строительства объектов на многолетних мерзлых грунтах, а также в зонах сезонного оттаивания грунтов дают возможность использования новых, более эффективных разработок в сфере обеспечения противопучинных мероприятий — таких, как сложно-модифицированная полимерная оболочка ОСПТ «Reline».

В условиях сжатых сроков возведения малонагруженных фундаментов при использовании металлических и железобетонных свайных конструкций целесообразно применять противопучинное покрытия ОСПТ «Reline» и ПСПП «Reline» соответственно.

Данные решения позволяют на стадиях проектирования избежать:

— расчета удлинения свай;

— дополнительного бурения под обсадные колонны;

— отсыпки и теплоизоляции грунтов;

Немаловажным плюсом использования продуктов ЗАО «УЗПТ «Маяк» является сокращение сроков и упрощение строительных работ. Кроме того, в силу технологичности процесса монтажа ОСПТ «Reline», и простоты нанесения ПСПП «Reline, соблюдаются все требования по нанесению покрытий как в заводских, так и в полевых условиях.

Фундаменты на набухающих грунтах

Фундаменты на набухающих грунтах

Понятие
Набухающие грунты – это один из видов структурно-неустойчивых грунтов. Следовательно, им присуща способность к резкому снижению прочности структурных связей между частицами при определенных воздействиях во время строительства и эксплуатации зданий и сооружений. Таким воздействием является замачивание грунтов водой и особенно растворами серной кислоты.
К набухающим относят глинистые грунты с большим содержанием гидрофильных глинистых минералов (монтмориллонит) и малой влажностью в природном состоянии (W Распространение
Набухающие грунты имеют широкое распространение. Такие грунты распространены в Египте, Бирме, США, ЮАР, а в Индии более 30% территории занимают так называемые хлопковые почвы. В странах СНГ такие грунты встречаются в Казахстане, Грузии, Азербайджане, Украине, России (Поволжье, Северный Кавказ и других районах). Распространены набухающие грунты в равнинах, реже в предгорных районах, и приурочены к зонам сухих степей и полупустынь. Для районов развития набухающих грунтов характерно незначительное количество атмосферных осадков, общий дефицит влажности воздуха, продолжительные засушливые периоды в летнее время. По условиям залегания набухающие грунты в отличие от лессовых пород могут занимать не только покровное положение, но и располагаться на значительной глубине от поверхности земли. Мощность набухающих грунтов колеблется от нескольких метров до нескольких десятков метров.

Причины набухания
Анализ деформаций различных зданий и сооружений, а также натурные наблюдения, проведенные в нашей стране и за рубежом, позволили установить, что набухание и усадка грунтов происходят в результате:
— техногенного замачивания (утечки из водонесущих коммуникаций, фильтрация воды из каналов);
— повышение уровня подземных вод
— сезонного изменения влажности набухающих грунтов под влиянием климатических факторов;
— изменение условий испарения влаги после застройки и асфальтирования территории.
Некоторые грунты, не обладающие способностью к набуханию при их замачивании природной водой, приобретают свойства набухать при увлажнении их растворами солей, представляющими собой технологические отходы химических, металлургических и других предприятий. Это явление часто называют «химическим набуханием».
Расчет деформаций
Поскольку набухающие грунты обладают особыми свойствами, для них кроме обычных физико-механических характеристик определяются специальные характеристики набухания и усадки. Наиболее часто в расчетах используют следующие показатели.
Относительное набухание — исследуется в компрессионных приборах по различным методикам. Часто используемый метод одной кривой заключается в том, что образец грунта природной влажности нагружается давлением р, после чего производят замачивание образца и измеряют абсолютную величину набухания.
Относительное набухание определяют при различных уплотняющих давлениях р и вычисляют по формуле: εsw = (h’- h) / h,
где h —высота образца грунта природного состояния, обжатого давлением р; h’ —то же, после набухания образца.
По относительному набуханию εsw, определяемому для не обжатого образца, т. е. при р= 0, грунты классифицируются следующим образом: ненабухающие при εsw 0,12.
Ответственным этапом при проектировании фундаментов на набухающих грунтах является расчетный прогноз деформаций оснований. На основе этих расчетов определяют абсолютные значения подъема отдельных фундаментов и их относительные вертикальные смещения, которые не должны превышать предельных значений.
Подъем основания при набухании грунта hsw определяют методом послойного суммирования.

Читайте также  Какой фундамент лучше для дома из арболита?

Для расчета необходимо построить эпюры природных напряжений σzg, дополнительных напряжений от фундаментаσzp и дополнительных давлений σz,ad.
При местном замачивании основания процесс набухания в увлажненной зоне встречает противодействие от веса незамоченного грунта за ее пределами, что учитывается введением в расчет дополнительных давлений σz, зависящих от размеров и формы зоны замачивания и вычисляемых по формуле
σz, ad = kg γ (d + z)
Формула для вычисления подъема основания имеет вид:
hsw =∑ εsw, hi ksw, i
где εsw, i — относительное набухание грунта i-го слоя, соответствующее суммарному напряжению σz, tot в слое; hi— толщина i-го слоя; ksw, i —коэффициент, принимаемый равным 0,8 при z, tot = 50 кПа и 0,6 при z, tot = 300 кПа, а при промежуточных значениях z, tot — по интерполяции.
Если расчетные деформации набухания hsw превышают предельные значения su, применяют различные мероприятия, снижающие или полностью исключающие деформации, вызванные набуханием, или уменьшающие их неравномерность до заданных пределов.
Меры по снижению деформаций
Казалось бы, при строительстве на набухающих грунтах рациональней использовать свайный или глубокий фундаменты, но данные фундаменты не выгодно использовать при малоэтажном строительстве. В данном случае возможно использование ленточного или столбчатого фундамента, но тогда для обеспечения надежной эксплуатации зданий и сооружений на набухающих грунтах применяют комплекс различных мер:
— водозащитные мероприятия для предотвращения локального замачивания грунтов основания;
-предварительное замачивание
— замена набухающего грунта местным ненабухающим, уплотненным до заданной плотности;
— применение компенсирующих подушек, выравнивающих неравномерности подъема ленточных фундаментов при локальном замачивании основания;
— полная или частичная прорезка набухающего грунта свайными фундаментами.
— конструктивные мероприятия
Водозащитные мероприятия. Для предупреждения проникания воды или химических растворов в грунтовое основание устраивают отмостки вокруг зданий шириной 2…3 м, применяют водонепроницаемые экраны под всем сооружением из полимерных материалов либо из асфальта, заключают водопроводные и канализационные трубы в специальные железобетонные лотки и т. п. При этом следует иметь в виду, что маловлажные набухающие грунты иногда рассечены большим количеством усадочных трещин, по которым вода может легко проникать в грунтовое основание.

Предварительное замачивание применяют при небольших толщах набухающих грунтов. Сущность этого метода состоит в том, что до начала строительства грунта основания увлажняется искусственным путем с тем, чтобы произошло разуплотнение грунта в пределах всей или части набухающей толщи. На подготовленном путём замачивания основании возводится сооружение. Предварительное замачивание нельзя использовать, если во время эксплуатации может произойти высушивание грунта (например, в основании нагревательных печей и т. п.), что приведет к усадочным деформациям. Замачивание осуществляется через скважины диаметром 89…276 мм, располагаемые в шахматном порядке через 2…5 м друг от друга. Глубину скважин принимают на 0,5 м меньше расчетной глубины замачивания. Скважины засыпаются песком, гравием или дробленым кислым шлаком. При замачивании ведется наблюдение за деформациями поверхности основания.
Грунтовые подушки применяют для замены всей или части толщи набухающих грунтов. При частичной замене толщину подушек назначают из условия, чтобы подъем фундамента в результате набухания оставшегося слоя набухающих грунтов находился в допустимых пределах. Материалом грунтовых подушек могут служить пылевато-глинистые ненабухающие грунты.
Компенсирующие подушки применяют для уменьшения неравномерности подъема фундаментов при локальном замачивании. Их устраивают из любых, кроме пылеватых, песков на кровле или в пределах толщи набухающих грунтов преимущественно под ленточные фундаменты шириной до 1,5 м, давление по подошве которых составляет менее 0,1 МПа.

Принцип работы компенсирующей подушки состоит в следующем. В связи с тем, что ширина песчаной подушки превышает ширину фундамента, при набухании грунтов происходит выпирание песка между фундаментом и стенкой траншеи. Поэтому при подъеме дна такой траншеи песок вокруг фундамента поднимается, а сам фундамент остается практически неподвижным.
Прорезка набухающих грунтов свайными фундаментами и глубокими опорами эффективна, если толща набухающих грунтов не превышает 12 м. При набухании грунтов возникают силы набухания, направленные вверх и действующие по части боковой поверхности свай, расположенной в пределах толщи набухающих грунтов. Эти силы стремятся поднять сваи вверх. Для исключения подъема длина свай должна быть назначена таким образом, чтобы указанные силы были меньше, чем сумма нагрузок от сооружения и силы сопротивления по боковой поверхности в нижней части свай, заглубленной в ненабухающие грунты. Для увеличения сил сопротивления в заделанной части свай можно применять винтовые сваи или сваи с уширенной пятой.
К конструктивным мероприятиям относится увеличение жесткости зданий путем разбивки их на отдельные отсеки. Крупнопанельные здания, наиболее чувствительные к неравномерным подъемам, следует разделять осадочными швами на отсеки длиной не более 30 м. Увеличение прочности достигается введением армированных поясов толщиной не менее 15 см, устраиваемых в нескольких уровнях по высоте. При использовании набухающих грунтов в качестве естественных оснований необходимо проектировать фундаменты с наибольшим возможным давлением по подошве. Поэтому следует отдавать предпочтение ленточным и столбчатым фундаментам, устраивая фундаменты в виде плит и перекрестных лент только в тех сооружениях, где это обусловлено их конструктивной схемой.

Заключение
Увеличение влажности набухающих грунтов приводит к подъему расположенных в них фундаментов и развитию отрицательного (негативного) трения в случае свайных фундаментов. Профессор Сорочан приводит примеры, когда подъем некоторых конструкций при набухании грунтов основания достигал 580 мм. Усадка грунта после высыхания вызывает осадку сооружений. В ряде случаев представляет опасность также и горизонтальное давление набухания на подземные элементы конструкций.
Так что строительство на набухающих грунтах – это серьезная и актуальная проблема. Недооценка их набухания явилась причиной повреждения многих промышленных и гражданских зданий и сооружений.
Одним из печально известных случаев – обрушение 5-этажного жилого дома в г. Караганда, Казахстан.
Многоквартирный жилой дом, возведенный за счет средств участников долевого строительства, был сдан в эксплуатацию в 2009 году.
1 апреля 2012г., в доме произошло обрушение строительных несущих конструкций, на стенах помещений образовались трещины, здание начало крениться. Из аварийного дома были переселены 138 человек.
6 апреля дом рухнул. По заключениям экспертных организаций основной причиной обрушения части существующего дома явилось отсутствие мероприятий по выполнению требований, исключающих проявление и предотвращение влияния набухающих свойств грунтов на устойчивость здания.

В результате, весь новый жилой комплекс «Бесоба» был снесен.

Несмотря на то, что процессы набухания существенно осложняют строительство и эксплуатацию зданий и сооружений, районы их распространения интенсивно осваиваются. Это объясняется дефицитом свободных территорий для строительства, темпы которого в последнее время показывают тенденции к росту.

устройство для возведения противопучинистой сваи

Изобретение относится к области строительства и может быть использовано для возведения свайных фундаментов в слабых и пучинистых грунтах. Особенно эффективно применение устройства при возведении набивных свай для легких деревянных каркасных зданий, передающих небольшие нагрузки на фундаменты и подверженных деформациям от сезонного промерзания пучинистых грунтов. Устройство содержит обсадную трубу, сердечник, выполненный в виде трубы, закрытый с верхней и нижней сторон пластинами, причем к нижней пластине прикреплены цепи. Цепи помещены в плотную оболочку, выполненную из отходных материалов (пластмассы, картона, фанеры и др.). В верхней и нижней пластинах выполнены отверстия, через которые проходит арматурный стержень, который проходит также через оболочку с цепями. В нижней части оболочки арматурный стержень закреплен шайбой, а в верхней части — гайкой. Между обсадной трубой и стенкой скважины размещен противопучинистый материал (битумная мастика, кремнийорганические соединения, полимерные пленки, гидроизол, гравийно-песчаная смесь). Предлагаемое устройство позволяет повысить несущую способность сваи и препятствует воздействию сил пучения грунтов на фундаменты зданий и сооружений. 1 ил.

Формула изобретения

Устройство для возведения противопучинистой набивной сваи, содержащее обсадную трубу, цепи и металлический сердечник, отличающееся тем, что сердечник выполнен в виде трубы, закрытый с верхней и нижней сторон пластинами, причем к нижней пластине прикреплены цепи, помещенные в плотную оболочку, а в верхней и нижней пластинах выполнены отверстия, через которые проходит арматурный стержень и проходящий также и через оболочку с цепями и закрепленный в верхней и нижней части, а между обсадной трубой и грунтом скважины размещен противопучинистый материал.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к строительству, а именно к возведению свайных фундаментов в условиях слабых и пучинистых грунтов. Известно устройство для возведения набивной сваи, содержащее обсадную трубу, башмак, фильтрующую пробку, установленную в полость обсадной трубы с возможностью осевого перемещения, осевой стержень, связанный одним концом с башмаком, другой конец стержня пропущен через выполненное в фильтрующей пробке осевое отверстие и подпружинен относительно нее, при этом на внутренней поверхности обсадной трубы выполнены диамеатрально расположенные ограничительные выступы и продольные направляющие, а фильтрующая пробка имеет подпружиненные фиксаторы и продольные пазы для направляющих (Авторское свидетельство СССР № 1224381, кл. Е02D 5/38, 5/42, опубл. 1986 г.).

Недостатком данного устройства является необходимость изготовления в заводских условиях теряемого наконечника для сваи, что приводит к дополнительным затратам, а также не предусмотрены противопучинистые элементы.

Наиболее близким по техническому решению к предлагаемому является устройство для возведения набивной сваи, содержащее обсадную трубу с цепями, закрепленными по периметру нижнего торца обсадной трубы, и во внутреннюю полость обсадной трубы вставлен остроконечный металлический сердечник (RU № 16001 U1, кл. Е02D 5/38, Е02D 5/42, опубл. 2000).

Недостатком этого устройства является отсутствие противопучинистых элементов при работе свай в сезонно промерзающих пучинистых грунтах, а также отсутствие уширения в нижнем конце сваи, что снижает ее несущую способность.

Техническим результатом изобретения будет являться повышение несущей способности сваи и возможность ее применения в условиях слабых и пучинистых грунтов.

Сущность изобретения состоит в том, что в устройстве для возведения набивной сваи сердечник выполнен в виде трубы, закрыт с верхней и нижней сторон пластинами, к нижней пластине прикреплены цепи, помещенные в плотную оболочку, а в верхней и нижней пластинах выполнены отверстия, через которые проходит арматурный стержень, проходящий также и через оболочку с цепями и закрепленный в верхней и нижней части, а между обсадной трубой и стенкой скважины размещен противопучинистый материал.

Использование сердечника в виде трубы с цепями, закрепленными к нижней пластине, позволяет получить набивную сваю с уширенной нижней частью, которая повышает ее несущую способность.

Благодаря большему диаметру оболочки, заполненной цепями по сравнению с диаметром обсадной трубы, между стенкой скважины и обсадной трубой появляется зазор, в который помещается противопучинистый материал, который препятствует воздействиям сил пучения грунтов при их сезонном промерзании. Армирующий стержень в бетоне тела сваи воспринимает растягивающее усилие при пучении грунта, если оно возникают.

При использовании сваи нет необходимости изготовлять в заводских условиях теряемый наконечник, так как цепи, формирующие уширение, можно использовать многократно, они достаются вместе с сердечником. В полости сваи остается только оболочка, выполненная из любых отходов (пластмассы, картона, фанеры и другие материалы), что снижает стоимость сваи.

Читайте также  Через какое время снимать опалубку с фундамента?

На фиг.1 изображено устройство в момент образования сваи, разрез.

Устройство содержит обсадную трубу 1, сердечник 2, выполненный в виде трубы, закрытый с верхней и нижней сторон пластинами 3 и 4, причем к нижней пластине 4 прикреплены цепи 5. Цепи 5 помещены в плотную оболочку 6, выполненную из отходных материалов (пластмассы, картона, фанеры и др.). В верхней 3 и нижней 4 пластинах выполнены отверстия 7, через которые проходит арматурный стержень 8, который проходит также через оболочку 6 с цепями 5. В нижней части оболочки 6 арматурный стержень 8 закреплен шайбой 9, а в верхней части — гайкой 10. Между обсадной трубой 1 и стенкой скважины 11 размещен противопучинистый материал 12 (битумная мастика, кремнийорганические соединения, полимерные пленки, гидроизол, гравийно-песчаная смесь).

Устройство работает следующим образом. В обсадную трубу 1 помещают сердечник 2 с цепями 5 в твердой оболочке 6 и пропускают арматурный стержень 8 через отверстие 7, который закреплен в нижней части шайбой 9, а в верхней — гайкой 10. Затем собранное устройство погружают в грунт известным способом (вибропогружение, свайным оборудованием и т.д.). За счет разницы диаметров оболочки 6 с цепями 5 и обсадной трубы 1 появляется зазор между стенкой скважины 11 и обсадной трубой 1, в который помещается противопучинистый материал 12. Затем освобождается гайка 10, достается сердечник 2 с цепями 5. В освободившуюся обсадную трубу 1 с оболочкой 6 и арматурным стержнем 8 подают бетонную смесь. По мере заполнения бетоном скважины постепенно поднимается обсадная труба 1.

Предлагаемое устройство позволяет повысить несущую способность сваи и препятствует воздействию сил пучения грунтов.

Такие сваи можно широко использовать при строительстве легких деревянных малоэтажных зданий и сооружений, которые передают небольшие нагрузки на фундамент и подвержены силам пучениям грунта.

Особенно это важно для грунтовых условий северных районов Европейской части России, подверженных сезонному промерзанию и оттаиванию.

Как защитить свайный фундамент от воздействия морозного пучения? Проверенные решения

Свайный фундамент получил широкое распространение в современном строительстве. Особенно такой тип фундамента востребован для возведения объектов инфраструктуры при разработке месторождений нефти и газа в сложных природно-климатических условиях Севера (насосные станции, разветвлённая система трубопроводов, емкости, жилые и общественные здания). В этих районах распространены пучинистые грунты, и строители часто сталкиваются с негативными факторами, такими как деформация и коррозия свайных фундаментов.

При замерзании влаги пучинистые грунты увеличиваются в объеме и «выдавливают» сваи вверх. Такой процесс называют морозным пучением грунта, а силы воздействия такого грунта на фундамент называют касательными силами морозного пучения. Образующиеся в результате этого процесса пустоты под сваями заполняются грунтом таким образом, что после оттаивания фундамент не занимает своего первоначального положения. Под воздействием сил пучения несущие конструкции могут деформироваться, создавая угрозу разрушения всему сооружению.

Чтобы свести к минимуму негативное воздействие этих процессов необходимо, чтобы силы, удерживающие сваи в более глубоких слоях, превосходили силы морозного выпучивания. Существует несколько способов, один из них направлен на снижение сил смерзания металлических свай с пучинистым грунтом. Такое решение заключается в окраске свай современными эпоксидными лакокрасочными материалами. Стоит отметить его технологичность и эффективность. Полученная гладкая поверхность значительно снижает силы смерзания свай с грунтом в слое сезонного промерзания-оттаивания.

Морозное пучение грунтов

Исследования, проведенные институтом «Фундаментпроект», показали, что касательные силы пучения для металлических свай, окрашенных эпоксидной грунт-эмалью ИЗОЛЭП-mastic, снижаются на 20 — 60 %. Что подтверждает эффективность такого метода защиты фундамента.

Применение современных эпоксидных толстослойных покрытий более технологично и экономически целесообразно, чем окраска кремнийорганическими и другими устаревшими типами материалов. Согласно действующим в России техническим нормам (ГОСТ 9.602-2016 «Защита строительных конструкций от коррозии и старения. Подземные сооружения») толщина покрытия, минимизирующего смерзания грунта и сваи, составляет 0,35 мм. Грунт-эмаль ИЗОЛЭП-mastic позволяет получить требуемую толщину за один слой, в отличие от устаревших материалов.

Преимущества использования ИЗОЛЭП-mastic:

Снижение трудоемкости работ на квадратный метр защищаемой поверхности

Возможность использования свай меньшей длины

Сокращение капитальных затрат на строительство объектов

Лакокрасочное покрытие ИЗОЛЭП-mastic защищает

от коррозии и снижает касательные силы морозного пучения грунтов

Дополнительные преимущества эпоксидных покрытий:

Высокая устойчивость к механическим воздействиям (показатель абразивостойкости 98,3 мг по Таберу);

Толерантность к подготовке поверхности (допускает подготовку в ручную) и нанесение непосредственно на строительной площадке при отрицательных температурах до -10 °С.

Сваи, защищенные ИЗОЛЭП-mastic, используются при возведении объектов Арктик СПГ 2. Также этот материал нанесен на сваи нефтепровода-отвода ВСТО-Комсомольский НПЗ, на месторождениях Газпромнефти (Тазовское, Песцовское, Ен-Яхинское).

Лакокрасочное покрытие ИЗОЛЭП-mastic защищает сваи

объектов проекта «Арктик СПГ 2» ПАО «НОВАТЭК»

Специалисты ВМП предоставят подробную информацию о защитных покрытиях для свай и других конструкций зданий и сооружений. Служба технологического сопровождения ВМП поможет подобрать покрытия, освоить технологию нанесения и выполнит инспектирование окрасочных работ.

Дирекция «НЕФТЕГАЗОВАЯ ОТРАСЛЬ»:

Служба технологического сопровождения ВМП:

Противопучинистые мероприятия для фундамента

устройство для возведения противопучинистой сваи

Классы МПК: E02D5/38 изготовляемые с использованием обсадных труб или иных оболочек
Автор(ы): Зекин Валерий Николаевич (RU) , Березнев Виктор Акимович (RU) , Соргутов Илья Валерьевич (RU)
Патентообладатель(и): Зекин Валерий Николаевич (RU),
Березнев Виктор Акимович (RU),
Соргутов Илья Валерьевич (RU)
Приоритеты:

Изобретение относится к области строительства и может быть использовано для возведения свайных фундаментов в слабых и пучинистых грунтах. Особенно эффективно применение устройства при возведении набивных свай для легких деревянных каркасных зданий, передающих небольшие нагрузки на фундаменты и подверженных деформациям от сезонного промерзания пучинистых грунтов. Устройство содержит обсадную трубу, сердечник, выполненный в виде трубы, закрытый с верхней и нижней сторон пластинами, причем к нижней пластине прикреплены цепи. Цепи помещены в плотную оболочку, выполненную из отходных материалов (пластмассы, картона, фанеры и др.). В верхней и нижней пластинах выполнены отверстия, через которые проходит арматурный стержень, который проходит также через оболочку с цепями. В нижней части оболочки арматурный стержень закреплен шайбой, а в верхней части – гайкой. Между обсадной трубой и стенкой скважины размещен противопучинистый материал (битумная мастика, кремнийорганические соединения, полимерные пленки, гидроизол, гравийно-песчаная смесь). Предлагаемое устройство позволяет повысить несущую способность сваи и препятствует воздействию сил пучения грунтов на фундаменты зданий и сооружений. 1 ил.

Рисунки к патенту РФ 2451779

Изобретение относится к строительству, а именно к возведению свайных фундаментов в условиях слабых и пучинистых грунтов. Известно устройство для возведения набивной сваи, содержащее обсадную трубу, башмак, фильтрующую пробку, установленную в полость обсадной трубы с возможностью осевого перемещения, осевой стержень, связанный одним концом с башмаком, другой конец стержня пропущен через выполненное в фильтрующей пробке осевое отверстие и подпружинен относительно нее, при этом на внутренней поверхности обсадной трубы выполнены диамеатрально расположенные ограничительные выступы и продольные направляющие, а фильтрующая пробка имеет подпружиненные фиксаторы и продольные пазы для направляющих (Авторское свидетельство СССР № 1224381, кл. Е02D 5/38, 5/42, опубл. 1986 г.).

Недостатком данного устройства является необходимость изготовления в заводских условиях теряемого наконечника для сваи, что приводит к дополнительным затратам, а также не предусмотрены противопучинистые элементы.

Наиболее близким по техническому решению к предлагаемому является устройство для возведения набивной сваи, содержащее обсадную трубу с цепями, закрепленными по периметру нижнего торца обсадной трубы, и во внутреннюю полость обсадной трубы вставлен остроконечный металлический сердечник (RU № 16001 U1, кл. Е02D 5/38, Е02D 5/42, опубл. 2000).

Недостатком этого устройства является отсутствие противопучинистых элементов при работе свай в сезонно промерзающих пучинистых грунтах, а также отсутствие уширения в нижнем конце сваи, что снижает ее несущую способность.

Техническим результатом изобретения будет являться повышение несущей способности сваи и возможность ее применения в условиях слабых и пучинистых грунтов.

Сущность изобретения состоит в том, что в устройстве для возведения набивной сваи сердечник выполнен в виде трубы, закрыт с верхней и нижней сторон пластинами, к нижней пластине прикреплены цепи, помещенные в плотную оболочку, а в верхней и нижней пластинах выполнены отверстия, через которые проходит арматурный стержень, проходящий также и через оболочку с цепями и закрепленный в верхней и нижней части, а между обсадной трубой и стенкой скважины размещен противопучинистый материал.

Использование сердечника в виде трубы с цепями, закрепленными к нижней пластине, позволяет получить набивную сваю с уширенной нижней частью, которая повышает ее несущую способность.

Благодаря большему диаметру оболочки, заполненной цепями по сравнению с диаметром обсадной трубы, между стенкой скважины и обсадной трубой появляется зазор, в который помещается противопучинистый материал, который препятствует воздействиям сил пучения грунтов при их сезонном промерзании. Армирующий стержень в бетоне тела сваи воспринимает растягивающее усилие при пучении грунта, если оно возникают.

При использовании сваи нет необходимости изготовлять в заводских условиях теряемый наконечник, так как цепи, формирующие уширение, можно использовать многократно, они достаются вместе с сердечником. В полости сваи остается только оболочка, выполненная из любых отходов (пластмассы, картона, фанеры и другие материалы), что снижает стоимость сваи.

На фиг.1 изображено устройство в момент образования сваи, разрез.

Устройство содержит обсадную трубу 1, сердечник 2, выполненный в виде трубы, закрытый с верхней и нижней сторон пластинами 3 и 4, причем к нижней пластине 4 прикреплены цепи 5. Цепи 5 помещены в плотную оболочку 6, выполненную из отходных материалов (пластмассы, картона, фанеры и др.). В верхней 3 и нижней 4 пластинах выполнены отверстия 7, через которые проходит арматурный стержень 8, который проходит также через оболочку 6 с цепями 5. В нижней части оболочки 6 арматурный стержень 8 закреплен шайбой 9, а в верхней части – гайкой 10. Между обсадной трубой 1 и стенкой скважины 11 размещен противопучинистый материал 12 (битумная мастика, кремнийорганические соединения, полимерные пленки, гидроизол, гравийно-песчаная смесь).

Устройство работает следующим образом. В обсадную трубу 1 помещают сердечник 2 с цепями 5 в твердой оболочке 6 и пропускают арматурный стержень 8 через отверстие 7, который закреплен в нижней части шайбой 9, а в верхней – гайкой 10. Затем собранное устройство погружают в грунт известным способом (вибропогружение, свайным оборудованием и т.д.). За счет разницы диаметров оболочки 6 с цепями 5 и обсадной трубы 1 появляется зазор между стенкой скважины 11 и обсадной трубой 1, в который помещается противопучинистый материал 12. Затем освобождается гайка 10, достается сердечник 2 с цепями 5. В освободившуюся обсадную трубу 1 с оболочкой 6 и арматурным стержнем 8 подают бетонную смесь. По мере заполнения бетоном скважины постепенно поднимается обсадная труба 1.

Предлагаемое устройство позволяет повысить несущую способность сваи и препятствует воздействию сил пучения грунтов.

Такие сваи можно широко использовать при строительстве легких деревянных малоэтажных зданий и сооружений, которые передают небольшие нагрузки на фундамент и подвержены силам пучениям грунта.

Особенно это важно для грунтовых условий северных районов Европейской части России, подверженных сезонному промерзанию и оттаиванию.

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

Устройство для возведения противопучинистой набивной сваи, содержащее обсадную трубу, цепи и металлический сердечник, отличающееся тем, что сердечник выполнен в виде трубы, закрытый с верхней и нижней сторон пластинами, причем к нижней пластине прикреплены цепи, помещенные в плотную оболочку, а в верхней и нижней пластинах выполнены отверстия, через которые проходит арматурный стержень и проходящий также и через оболочку с цепями и закрепленный в верхней и нижней части, а между обсадной трубой и грунтом скважины размещен противопучинистый материал.

Какая толщина плитного фундамента является оптимальной?

Основываясь на многолетнем опыте строительства загородных домов и анализе архитектурных проектов специалистами Фул Хаус предлагается следующие характеристики конструкции фундаментной плиты с ответом на вопрос: какая толщина плиты фундамента является оптимальной? Разберем краткими и наиболее значимыми тезисами весь процесс строительства фундаментной плиты с оптимальными конструктивными параметрами.

  1. С помощью экскаватора-погрузчика убирается верхний плодородный слой грунта до ровного плотного основания. Размер котлована должен быть на 1м больше основания дома с каждой стороны.
  2. На дно котлована укладывается геотекстиль с перехлестами полотен.
  3. Послойно утрамбовывается тяжелой вибротрамбовкой песок карьерный с проливкой водой. Толщина слоя определяется расчетами, но не менее 20см.
  4. Послойно утрамбовывается тяжелой вибротрамбовкой щебень фракции 20-40. Толщина слоя определяется расчетами, но не менее 20см.
  5. Устанавливается опалубка из обрезной доски хвойных пород 150х50 1-3 сорта. С внутренней стороны опалубки фиксируется полиэтиленовая пленка.
  6. В пределах опалубки укладываются плиты экструдированного пенополистирола. Швы проклеиваются клейкой лентой. Толщина утеплителя определяется расчетами, но не менее 50мм.
  7. Поверх плит утеплителя укладывается рулонная битумная гидроизоляция с наплавлением нахлестов горелкой. Наплавление необходимо производить аккуратно, чтобы не разрушить плиты утеплителя.
  8. Устройство арматурного каркаса фундаментной плиты производится на пластиковых фиксаторах арматуры в два яруса с ячейкой 200х200мм арматурными стержнями AIII диаметром d12 (определяется расчетом, но не менее d12) с использованием вязальной проволоки. Необходимое расстояние между нижним и верхним ярусами арматурного каркаса формируется с помощью гнутых элементов из арматуры AIII d8. При наличии линейных размеров фундамента более 11,7м перехлесты арматуры выполняются «вразбежку» и должны составлять не менее 480мм. Все существующие проходы инженерных труб усиливаются по периметру арматурой с формированием ячейки 100х100мм. Заблаговременно делаются выпуски под будущий ж/б ростверк. Толщина защитного слоя бетона должна быть не менее 30мм. Бетон рекомендуется использовать М300 B22,5. Бетонирование необходимо производить без перерывов между миксерами с использованием глубинного вибратора. Какой толщиной должен быть фундамент? Оптимальная толщина фундаментной плиты составляет 250мм, но не более 300мм.
  9. Устройство арматурного каркаса ростверка производится с формированием четырех продольных стержней арматуры и с ячейкой 200х200мм арматурными стержнями AIII диаметром d12 (определяется расчетом, но не менее d12) с использованием вязальной проволоки. Ростверк рекомендуется выполнять под всеми несущими стенами (наружными и внутренними). Толщина защитного слоя бетона должна быть не менее 30мм. Бетон рекомендуется использовать М300 B22,5. Бетонирование необходимо производить без перерывов между миксерами с использованием глубинного вибратора. Высота ж/б ростверка определяется расчетами, но не менее 300мм. Ширина ростверка определяется толщиной наружных несущих стен с учетом отделочных материалов.
  10. После демонтажа опалубки торцевая часть фундаментной плиты и ростверка закрывается обмазочной битумной гидроизоляцией не менее чем в два слоя.
  11. Поверх гидроизоляции производится монтаж экструдированного пенополистирола с помощью тарельчатых пластиковых дюбелей. Толщина утеплителя определяется расчетами, но не менее 50мм.
  12. На верхнюю часть ростверка (основание несущих стен) укладывается битумная отсечная гидроизоляция не менее чем в два слоя.
  13. Все пространство над фундаментной плитой между ростверками засыпается песком (термоизоляционная засыпка), поверх которого укладываются плиты экструдированного пенополистирола 50мм таким образом, чтобы утеплитель был выше границы «ростверк-несущая стена». Поверх утеплителя начинаем устройство пола, конструкция которого согласовывается с заказчиком (стандартный пол или система «теплый пол»).
  14. Далее проводим основные противопучинистые мероприятия по защите фундаментной плиты по периметру: устройство дренажной системы, монтаж ливневой канализации, строительство железобетонной утепленной отмостки.
  15. Уложить дренажные трубы с наружной стороны фундаментной плиты, чтобы верх труб был ниже фундамента. Перед укладкой необходимо правильно рассчитать уклон дренажной трубы и расположить дренажные колодцы (не менее трех). После укладки дренажные трубы засыпаться щебнем на толщину >150мм сбоку и сверху.
  16. Устроить ливневую канализацию, которая может быть двух основных видов: 1) линейный водоотвод; 2) точечный водоотвод. Точечный водоотвод устраивается до строительства ж/б отмостки, линейный водоотвод – после ее монтажа.
  17. Строительство железобетонной отмостки по периметру фундаментной плиты. На предварительно выровненную поверхность укладываются плиты экструдированного пенополистирола толщиной 50мм, поверх которых укладывается арматурная сетка. Замес и заливка бетонного раствора может производится вручную с формированием бетонного слоя толщиной 100мм. Обязательно создание уклона (около 2 0 ) и формирование деформационных швов (не менее, чем через каждые 2м). Ширина отмостки должна быть 1-1,5м.

Предложенная конструкция фундаментной плиты является надежной и долговечной – проверена временем при строительстве нескольких десятков коттеджей из газобетона и кирпича компанией Фул Хаус в двух регионах: Московская и Ленинградская области. При этом данная конструкция монолитной плиты, утепленная экструдированным пенополистиролом, максимально сохранит тепло внутри коттеджа, а проведенные противопучинистые мероприятия исключат возможность боко­вого промерзания грунта под фундаментом.

Методы укрепления фундаментов

Чтобы выбрать правильные методы укрепления фундаментов, нужно предварительно провести полное обследование бетона. Выбор способа усиления зависит от нескольких факторов.
Просадка фундамента часто происходит из-за движения грунтовых вод. Это может быть постоянным явлением, а может произойти один раз неожиданно (если, например, было наводнение, паводок, сель). Причиной этого могут быть просчеты при оборудовании дренажа или ошибки при геологических и гидрологических исследованиях участка. Также иногда происходят непредвиденные изменения в поведении грунтовых вод.
Движения грунта иногда происходят и по техногенным причинам: если рядом ведется строительство крупного объекта, или недалеко проходит железная (крупная автомобильная) дорога, из движения транспорта по которой возникает постоянная вибрация.
Некоторые виды грунтов теряют плотность под действием низких температур зимой, если они влажные постоянно. При этом каждый год из-за смены циклов замерзания и оттаивания несущая способность их снижается.
Перед началом работ по усилению фундамента требуется провести диагностику, выявить все трещины и прочие дефекты. Обследовать состояние грунта, определить гидрологический режим территории, характер движения грунтовых вод в разные сезоны года. Обязательно надо определить все параметры фундамента – размеры, глубину залегания, марку бетона.

Способы усиления ленточных фундаментов

Усиление – это мероприятия по увеличению несущей способности бетонной опоры путем установки дополнительных элементов, увеличения сечения ленты. Одним из способов является формирование бетонной рубашки – дополнительного усиливающего слоя.
Порядок работ:

  1. поверхность фундамента обнажить, весь грунт удалить из траншеи;
  2. снять гидроизоляцию, зачистить бетон;
  3. просверлить поперечные отверстия, в них вставить металлические стержни;
  4. сформировать каркас из арматуры, приварив его к вставленным в отверстия стержням;
  5. установить опалубку;
  6. залить бетон, выдержать положенное время;
  7. по окончании положенного срока снять опалубку, сделать гидроизоляцию.

Размеры рубашки зависят от степени и характера повреждений фундамента.

Укрепление свайных фундаментов

Одним из самых эффективных способов считается установка бетонной обоймы. Она формируется на всю видимую часть ствола и на подземную часть глубиной не менее 1 метра. Обойма – это полая ж/б-конструкция, формируемая вокруг сваи, толщиной стенок не менее 100 мм. Она увеличивает прочность основного фундамента, т.к. свая в бетонной обойме становится толще. Любые дефекты (трещины, сколы и т.д.) остаются внутри.
Есть другой вариант укрепления свайного фундамента, когда бетонный кожух выполняет функцию опалубки, внутрь которой закачивается бетон. Предварительно в теле сваи делаются отверстия, в которые вставляются металлические стержни и к ним приваривается армированный пояс (каркас) обоймы.

Какие способы укрепить железобетонные фундаменты

Усиление посредством увеличения площади опирания на грунт

Сначала проводится разметка основания с интервалом в 1-3 метра. Извлекается грунт сбоку и снизу фундамента. Под старую опору подводится армированная стяжка. По бокам делается бетонная рубашка, высота которой должна быть не менее 15 см выше уровня цоколя.
Для усиления при помощи инъекций делаются скважины под углом. Глубина скважин должна достигать твердого почвенного слоя. В них закачивается специальный раствор, проводится монтаж свайных столбов. Раствор, который закачивается под высоким давлением в землю, заполняет все пустоты, увеличивая прочность фундамента.

Усиление фундамента увеличением глубины его заложения

Здесь применяется технология бутовой кладки. Для этого требуется разгрузить фундамент. Если есть ослабленные участки стены – то установить рандбалки. Откапывают колодцы на проектную глубину, разбирают нижнюю слабую часть бетона, удаляют грунт. Подводят временные укрепления. При кладке нового фундамента делается перевязка швов.

Другие способы

Иногда для усиления столбчатого фундамента формируют ленточный. А для усиления ленточного делают плитный. Такие методы используют при очень серьезных деформациях основной части, когда любые другие способы его укрепления помочь не могут.
Некоторые способы усиления бетонной опоры здания предполагают использование специальной техники. Они применяются тогда, когда велика вероятность полной потери несущей способности.

Формирование внеконтурного или свайного фундамента

Старая часть бетона при этом остается внутри контура. Нагрузку от здания на новые опоры передают через разгрузочные упорные балки, которые проводят сквозь стены, ленту или ростверк старого фундамента.

Реконструкция подвала при помощи набивных свай в наращиваемой оболочке

В грунт вводятся стальные трубы методом ударно-канатного бурения или при помощи домкратов.

Введение буронабивных свай вокруг здания или внутри старого фундамента

Бурятся скважины, в них устанавливаются арматурные каркасы, закачивается бетон под давлением. Новая часть фундамента крепится к старой при помощи сквозных анкерных болтов.

Усиление грунтов основания

Усадка (просадка) здания часто происходит по причине недостаточной плотности грунта, на котором он установлен. В таких случаях требуется усиление грунтов. Существует несколько способов:

  • нагнетание специальных реагентов в грунт, чтобы изменить его структуру;
  • цементация – закачка под давлением цементного раствора;
  • обжиг – сжигание специальных горючих газов в шурфах и скважинах.

Если грунт представляет собой плохо проницаемые плывуны, то для усиления их используется специальная эмульсия.

Почему лучше обратиться к профессионалам

Любая работа по усилению фундамента требует качественной достоверной диагностики, подготовки, применения специальных технологий и техники. Все это может сделать только команда опытных инженеров, которые имеют соответствующее образование и опыт проведения таких работ.