Анкерный фундамент
Владельцы патента RU 2447231:
Изобретение относится к области строительства площадных фундаментов и может быть использовано в промышленном и гражданском строительстве. Анкерный фундамент включает грунтовые пресс-тяги с утолщенными (вуты) опорными площадками по грунту, а также опорные площадки здания, анкеры в грунте. Опорные площадки по грунту стянуты пресс-тягами к анкерам со сплачиванием вутов в единую трехосно сжатую конструкцию, вдавленную в грунт, причем так, что это обжатие и вдавливание в грунт сохраняется при последующей в процессе строительства и эксплуатации частичной замене натяжения тяг давлением от опорных площадок здания и исключением части тяг из работы путем их демонтажа. Технический результат состоит в повышении несущей и эксплуатационной надежности, снижении материалоемкости. 10 ил.
Предлагаемое изобретение в виде анкерного фундамента относится к области строительства площадных фундаментов (допустимо устройство и отдельно стоящих) и может быть использовано в промышленном и гражданском строительстве.
Известны различные площадные фундаменты, применяемые в промышленном и гражданском строительстве [1, 2, 6] (см. фиг.3 с обычным армированием 17). Особенностью этих конструкций является использование пространственной работы фундамента как единого, цельного объекта под зданием, сооружением на грунтовом основании и в том числе с использованием постнапряжения армирования с различной степенью интенсивности. Недостатком таких конструкций является сложность формирования основания таких фундаментов и невозможность изменения свойств подстилающих грунтов в заданных параметрах.
Известны также технические мероприятия по изменению свойств подстилающих грунтов основания. Обращает на себя внимание использование армирования георешетками, габионами и уплотнением (фиг.6, 7) грунта. На фиг.5 — показана установка по конусной и фигурной вытрамбовке грунта [10].
Наиболее близким по своей сущности и достигаемому техническому результату является фундамент (фиг.4), который включает в себя опорные площадки 4, опорные части вертикальных несущих конструкций (колонн) 17, металлические тяги 3 с отличительной особенностью в том, что колонны 18 пропускаются сквозь опорные площадки на расчетную глубину и упираются в металлические тяги (пресс-тяги), которые поднимаются вверх и могут образовывать поверх фундаментной плиты металлическую несущую сеть [3, 5, 11, 12]. Имеются также регулируемые коуши 19.
Недостатком близкого по сути фундамента и упомянутых выше конструкций (аналогов) являются возможные значительные осадки отдельных участков системы «основание-фундамент», что может приводить к сверхнормативным неравномерным осадкам надфундаментного строения. Необходимо обязательное применение демпфера [4] неравномерных осадок здания, сооружения и при этом (для прототипов и вновь предлагаемого решения) на начальной стадии монтажа производить наблюдения за работой демпферов, причем с повышенным вниманием.
Цель предлагаемого изобретения — создание фундамента площадного типа с высокой несущей и эксплуатационной надежностью при минимуме расхода материалов. Допускается использование фундамента в виде автономных самостоятельных локальных конструкций.
Анкерный фундамент включает грунтовые пресс-тяги с утолщенными (вуты) опорными площадками по грунту 4, а также опорные площадки здания, анкеры в грунте 1. Отличается предложенная конструкция фундамента тем, что опорные площадки по грунту стянуты пресс-тягами к анкерам со сплачиванием вутов в единую трехосно сжатую конструкцию, вдавленную в грунт 10, причем так, что это обжатие и вдавливание в грунт сохраняется при последующей в процессе строительства и эксплуатации частичной замене натяжения тяг давлением от опорных площадок здания и исключением части тяг из работы путем их демонтажа.
Максимально использован известный факт, что вырывание завинченного в тело винта или анкера сопровождается отделением от него конусной поверхности. Такое же явление происходит и с грунтом — равносильное выемке из грунта конуса с высотой, равной заглублению этой анкера и диаметром основания, равным этому же заглублению или меньшему, приравненному шагу колонн. На практике для малоэтажных зданий значение этого заглубления может быть в диапазоне
5÷10 метров (при этом анкеры могут быть в виде винтовой поверхности фиг.8 [7, 8, 9] или, например, теряемых наконечников), средней этажности
10÷20 м, а повышенной этажности — 20÷40 м. Для высоток глубина заложения анкера может быть еще большей и с отклонением скважины от вертикали для увеличения сопротивления выдергиванию.
Внешне в общем случае (фиг.9, 10) площадной анкерный фундамент здания 14 в законченном виде похож на фундаментную плиту переменной толщины по ее площади на грунте 10. В нем также присутствуют основные элементы в виде армированной плиты 6, утолщений 4 (и 7) под колоннами 9 и даже постнапрягаемым армированием 11. Визуальное отличие (фиг.10) представляется незначительным в виде одной или нескольких тяг 3 (в виде пресс-тяг), теряемых анкеров 1 и обжатом грунте, в зоне трамбовки 12 и между нею и зоной интенсивного обжатия грунта 13. (Общая картина может быть дополнена законтурными вне здания пресс-тягами 15 и габионно-сетчатым 8 покрытием поверх дискретного материала 7, например, в виде щебня.)
Предлагаемый анкерный фундамент состоит (см. фиг.1, 2, 9, 10) из грунтового анкера 1, пресс-тяг 3 в скважине 2, опорных площадок 4 с утолщениями (вутами) по гео-, габионной, силовой сетке 8 на подсыпке из прочных дискретных материалов, элементов 7. Вся конструкция фундамента из различных элементов объединяется дополнительно набетонкой 6 и постнапрягаемым армированием 11. В таком виде может эксплуатироваться элемент фундамента как самостоятельная автономная конструкция, а может быть использован и как элемент объединенного площадного фундамента.
Монтаж конструкции анкерного фундамента начинается с устройства скважины 2 и анкера 1, к которому крепятся тяги 3 (некоторые временно). После укладки опорных площадок 4, например, в виде сборных железобетонных или металлических (из перфорированного металла) плит производится стягивание и обжатие опорных площадок с вутами (сплачивание) и вдавливание их в грунт (пресс-тяги). Обжатие и вдавливание сопровождается трехосной работой бетона в вутах (трехосное обжатие). Примечательно, что объемное обжатие производится и подстилающих грунтов основания, поскольку выпору грунта препятствует дискретный материал 7 в силовой, габионной и геосети.
Элементы фиг.1, 2 в определенной комбинации могут составлять конструкции различных конфигураций площадных фундаментов в плане. Иными словами, по некоей грунтовой площадке могут быть установлены (по шагу колонн) «шайбы», которые вдавливаются в грунт бóльшим усилием через посредство анкера и тяг (пресс-тяги). Усилие может составлять 1÷1,5 часть максимального значения эксплуатационной нагрузки. По сути, производится натурное испытание системы «основание-фундамент» нагрузками от здания до установки самого здания. Нагрузка с повышенными значениями позволяет выбрать все возможные деформации системы и в последующем закрепить образовавшуюся деформированную форму.
Последнее обстоятельство технического решения является отличительной особенностью предлагаемого изобретения.
В качестве анкеров могут использоваться винтовые элементы винтовых опор (свай) [7] (см. фиг.8) или иных конструкция винтовых свай [8, 9]. Иные решения.
Штанга с винтовым наконечником легко вкручивается в грунт и может выполнить роль обсадной трубы, которая используется и для размещения тяг (но в последующем удаляется). Следует отметить, что винтовые или иные анкеры как и сама анкерная система способны полностью противостоять воздействию морозного пучения грунтов.
Вуты, образующие «шайбу» из сегментов, могут быть выполнены в виде гибкой шайбы [13], а могут быть выполнены в виде утолщений опорной площадки в целом или составных площадок — секций. Площадки выполняются из железобетона, металла, сетчатой оболочки или оболочек. Сами сетчатые оболочки могут являться армированием гибкой опорной площадки в целом как некой гибкой шайбы.
Емкости, оболочки, сетки наполняются дискретным материалом (или могут быть уже наполнены и доставлены в снаряженном виде). Вдавливаемый демпфер (демпфер может вкручиваться в центрирующую штангу) напрягает конструкцию оболочки шайбы так, что в совокупности они все вместе на период монтажа представляют неразъемную, жесткую, недеформируемую конструкцию. После продолжения монтажа и дополнительного загружения через посредство опорного элемента конструкция фундамента еще больше становится жесткой и тем более неразъемной.
В случае с «гибкой шайбой» привлекательна малая материалоемкость за счет рационального использования местных, а также эффективного применения привозных материалов.
Предлагаемое техническое решение по окончанию представлено железобетонной конструкцией, в которой используется стальная арматура с усиленной антикоррозионной защитой, тросы или синтетические материалы с высоким модулем упругости.
В общем исходном случае конструкция предлагаемого фундамента (части площадного) дана на фиг.1, 2, 9, 10, где предлагаемое техническое решение представлено в виде:
1 — Грунтовый анкер;
3 — Вертикальная пресс-тяга;
4 — Опорная площадка (с утолщениями, вутами);
5 — Законтурная опорная площадка;
6 — Набетонка, объединяющий железобетонный монолит;
7 — Щебенистая (из прочных дискретных элементов) подсыпка;
8 — Геосетка, габионная сетка, силовая сеть;
9 — Вертикальная несущая конструкция здания (колонна);
10 — Подстилающие грунты основания;
11 — Постнапрягаемое армирование фундамента;
12 — Уплотненная трамбовкой зона грунта;
13 — Уплотненная интенсивным обжатием зона грунта;
14 — Здание, сооружение;
15 — Типовой комплект элементов анкерного фундамента вне грузовой площадки под зданием, сооружением (комплект по сути — аналог пресс-тяг).
Рассмотренное решение с «гибкой шайбой» можно принять как вариант решения анкерного фундамента, но не совсем полностью отвечающий его сути, а именно — обязательное удаление элементов, стягивающих «опорные площадки» (шайбы) и анкеры. Именно этот демонтаж позволяет минимизировать материалоемкость высокопрочных дорогостоящих элементов — канатов, тросов.
1. Тетиор А.Н. Проектирование и сооружение экономичных конструкций фундаментов. Киев, Будивельник, 1975, 200 с.
2. АС 715722 М. кл. E02D 27/01. Фундамент. О.В.Снежко №2598229/29-33. Заявление от 10.03.78, опубликовано 25.02.80.
3. Патент на полезную модель №51043. Кл. E02D 27/01. «Фундамент Виктории». Кармадонов С.В. №2004115467/03 ФИПС. Заявление от 24.05.2004, опубл. 27.01.2006, Бюл. №03.
4. Патент на изобретение №2370597. Кл. E02D 35/00. «Демпфер неравномерных осадок здания, сооружения». С.В.Кармадонов. Заявление от 24.12.2007, опубл. 20.10.2009, Бюл. №29.
5. Патент на изобретение №2310042. Кл. E02D 27/00. «Фундамент здания, сооружения». Кармадонов С.В. №2005131661/03 ФИПС. Заявление от 11.10.2005, опубл. 10.11.2007, Бюл. №031.
6. POST-TENSIONED FUNDATIONS», VSL International LTD, Bern, June 1988, Second printing: October 1990.
7. Винтовые опоры (сваи) серии «ВО-М». Центр специальных инженерных сооружений. http://www.zabor-zaborov.ru/vo-m.html
8. «Фундамент на винтовых сваях». http://www.termamarket.ru/svai#teh
9. «Naue GmbH Gallerry». http://go.mail.ru/frame.html?imgurl=http://www.mideast-constraction.com/cms/images/stories/spotproducts/naue/gallery/secugrid1.gif&pageurl=
10. «Технология и оборудование для уплотнения грунтов и устройства фундаментов». ИТЦ «Сибстрин-инновация», Новосибирск, http://old.sibstrin.ru/innovation/fundament.html.
11. Патент на изобретение №2363812. Кл. E02D 27/00. «Грунтовые пресс-тяги». Кармадонов С.В. Заявка №2008101224/03 ФИПС от 21.01.2008, опубл. 10.08.2009 Бюл. №22.
12. Заявка на изобретение 2009122394/03(030923) в ФИПС от 11.06.09, «Фундамент», Кармадонов С.В.
13. Заявка на изобретение 2009130231/ (042168) в ФИПС от 07.08.09, «Фундамент с гибкой шайбой», Кармадонов С.В.
Анкерный фундамент, включающий грунтовые пресс-тяги с утолщенными (вуты) опорными площадками по грунту, а также опорные площадки здания, анкеры в грунте, отличающийся тем, что опорные площадки по грунту стянуты пресс-тягами к анкерам со сплачиванием вутов в единую трехосно сжатую конструкцию, вдавленную в грунт, причем так, что это обжатие и вдавливание в грунт сохраняется при последующей в процессе строительства и эксплуатации частичной замене натяжения тяг давлением от опорных площадок здания и исключением части тяг из работы путем их демонтажа.
Источник
Анкер грунтовый: характеристики, описание и применение крепежа
Известно, что устойчивость сооружению придает фундамент. Однако приспособление такой массы и размеров значительно утяжеляет всю конструкцию, и приводит к многочисленным расходам. Грунтовые анкеры – специальные устройства, позволяющие решить эту проблему иным способом.
Что такое грунтовой анкер
По сути дела, грунтовой анкер заменяет собой фундамент. Он передает вырывающую нагрузку от сооружения, расположенного на поверхности к несущим слоям почвы.
Это позволяет сделать сооружение более легким без потери устойчивости и надежности. Особенно заметен этот эффект при строительстве подводных объектов.
Особенности установки грунтовых анкеров рассмотрены в этом видео:
Состав изделия
Параметры и строение этого вида крепежа довольно сильно отличаются от обычного.
- Принцип подобен: при погружении в грунт анкер раскрывается так, чтобы пластины превратились в удерживающие поверхности – своего рода якорь, который и будет фиксировать и сам крепеж, и какую-либо конструкцию.
- Другой вариант – формирование расширяющегося конуса при помощи цементного раствора.
Но учитывая вес и размеры этой конструкции, понятно, что строение грунтового анкера имеет особенности. Состоит крепеж из следующих частей:
- оголовок – опорная плита с крепежом: гайкой, шайбой, конусом. Они передают нагрузку от тяги к оголовку;
- тяга – передает нагрузку от оголовка к заделке;
- заделка – приспособление, передающее нагрузку от тяги в грунт;
- манжетная труба – оснащена выпускными отверстиями, закрытыми резиновыми клапанами. Может комплектоваться пакером – уплотняющим устройством, которое препятствует выводу раствора. Эта модель используется при инъекцировании;
- инъекционная трубка – приспособление для подачи раствора;
- инъектор – позволяет осуществить поэтапное иньекцирование. Для этого раствор подается через последовательное перекрывание отверстий в манжетной трубе;
- обойма – затвердевший строительный раствор в пространстве между стеной скважины и корпусом;
- замок – обеспечивает передачу нагрузки на заделку;
- упорная труба – требуется для передачи нагрузки от замка к камню заделки;
- изолирующая оболочка – труба из пластика, предупреждающая схватывание тяги с затвердевшим раствором;
- пята – располагается на конце тяги и передает сжимающую нагрузку на заделку;
- разделитель – конструкция, позволяющая фиксировать положение тяги.
Конструкция анкера определяется его назначением. 3 первых элемента являются обязательными. Остальные могут наличествовать или отсутствовать.
Винтовой анкер грунтовый
Выбор и обустройство
Если по отношению к другому виду крепежа говорят о расчетах числа и мощности для удержания конструкции, то по отношению к грунтовым анкерам это звучит как проектирование. Выбор и обустройство крепления определяется массой факторов:
- класс, назначение, параметры и условия эксплуатации возводимого сооружения;
- конструкция фундаментов или опор всех окружающих строений – существующих и предполагаемых;
- строение грунта на участке, для чего проводятся инженерно-геологические изыскании;
- характеристики грунта: состав, оценка пучения и взбухания почвы, сезонных колебаний грунтовых вод, состав вод и так далее;
- несущая способность самого грунтовочного анкера;
- прочность его элементов – по конструкции и по материалу.
Преимущества и недостатки
Грунтовые анкеры – весьма специфическое устройство, незаменимое в свое области, но не имеющее столь широкого распространения как, например, обычный клиновой анкер. В своей сфере крепеж обладает неоспоримыми достоинствами:
- чрезвычайно высокая несущая способность. Изделия используются при сооружении объектов любой массы и высоты;
- отсутствует необходимость в бетонировании оснований, поскольку анкера и так удерживают конструкцию;
- отсутствие необходимости в рытье котлованов. В ряде случаев не требуется даже бурение. Тем самым сохраняется естественный грунт и значительно уменьшаются затраты: сооружение фундамента составляет не менее 30% стоимости;
- монтаж грунтовых анкеров занимает куда меньше времени, чем заливка бетона или установка свай;
- сразу после установки изделие можно использовать: статического испытания достаточно;
- стоимость объекта снижается: и за счет отсутствия фундамента, и за счет облегчения всего сооружения.
К недостаткам относится некоторая избирательность в грунте. Так же как и его бытовые аналоги, анкер «предпочитает» крепление в плотных тяжелых материалах. Присадочные, набухающие грунты, или сильно сжимаемые наподобие ила, торфа, текучих глин исключаются.
Разновидности
Классификация крепежа довольно сложна, поскольку видов их существует немало. Связано это с большим разнообразием грунтов и характеристик строений, фиксацию которых анкер должен обеспечивать.
Установка грунтовых анкеров
По длительности эксплуатации
По длительности эксплуатации выделяют:
- временные грунтовые анкеры – эксплуатируются в течение 2 лет;
- постоянные – должны сохранять свои качества на протяжении всего срока эксплуатации объекта. Обязательно имеет более высокую антикоррозийную защиту.
По направлению тяги
По направлению тяги выделяют:
- вертикальные – устройство устанавливают вертикально;
- наклонные – монтируют под углом.
По методу образования скважин
По методу образования скважин различают такие виды:
Источник