Невзоров фундаменты сезоннопромерзающих грунтов

фундамент

Изобретение относится к строительству и может быть использовано при устройстве фундаментов малоэтажных зданий на сезоннопромерзающих грунтах. Фундамент включает ленточный ростверк с отверстиями, пропущенные через отверстия винтовые сваи и стаканы, вмещающие головы свай. Стаканы имеют резьбовое соединение с гильзами, закрепленными на стенках отверстий. Штанги свай снабжены упорными гайками, размещенными внутри стаканов. Технический результат состоит в обеспечении допустимых перемещений фундамента при промерзании пучинистого грунта под его подошвой и оптимального распределения нагрузки между ростверком и сваями, снижении материалоемкости. 1 ил.

Формула изобретения

Фундамент, включающий ленточный ростверк с отверстиями, пропущенные через отверстия винтовые сваи и стаканы, вмещающие головы свай, отличающийся тем, что стаканы имеют резьбовое соединение с гильзами, закрепленными на стенках отверстий, а штанги свай снабжены упорными гайками, размещенными внутри стаканов.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к строительству и может быть использовано при устройстве фундаментов малоэтажных зданий на сезоннопромерзающих грунтах.

Известен плитно-свайный фундамент, включающий железобетонную плиту-ростверк со сквозными отверстиями, в которых расположены головы свай (Патент РФ № 85500, МПК 02D 27/12, 2009 г. — аналог). Сваи заводятся в ростверк на глубину 0,1-0,15 толщины плиты ростверка. При достижении перемещения плиты-ростверка под действием нагрузки от здания на 20-80% от предельно допустимой осадки, когда достигается оптимальное распределение нагрузки между плитой-ростверком и сваями, отверстия и зазоры между головами свай и плитой замоноличиваются.

Данной конструкции свойственны высокая трудоемкость производства работ по замоноличиванию отверстий в плите-ростверке во время возведения здания, а необходимость обеспечения достаточной прочности стыка плиты со свай ведет к повышению материалоемкости плиты.

Известен также способ строительства свайно-плитных фундаментов, включающий погружение свай, размещение на них элементов в виде перевернутых стаканов, объединение голов свай ростверком (Патент РФ № 2300604, МПК E02D 27/34, 2007 г. — прототип). Для обеспечения возможности ограниченного перемещения ростверка относительно свай в зазор между головами свай и стаканами помещаются вкладыши из пенополистирола.

Недостатком данного решения является отсутствие возможности регулировки осадки плиты в процессе загружения фундамента, а также сложность определения нужной высоты вкладыша при проектировании здания.

Задача изобретения состоит в снижении стоимости и материалоемкости фундамента за счет оптимального распределения нагрузки между ростверком и сваями, а также в обеспечении допустимых перемещений фундамента при промерзании пучинистого грунта под его подошвой.

Это достигается тем, что в фундаменте, включающем ленточный ростверк с отверстиями, винтовые сваи, пропущенные через отверстия, и стаканы, вмещающие головы свай, стаканы имеют резьбовое соединение с гильзами, закрепленными на стенках отверстий, а штанги свай снабжены упорными гайками, размещенными внутри стаканов.

Конструкция фундамента иллюстрируется чертежом, представленным на фиг.1.

Фундамент содержит ленточный ростверк 1, например, в виде системы перекрестных лент, и винтовые сваи, включающие штанги 2 и лопасти 3. Сваи располагаются, как правило, в местах пересечения лент ростверков. Штанги 2 пропущены через отверстия в ростверках. На стенках отверстий закреплены гильзы 4. Сверху на гильзах размещены стаканы 5. Для обеспечения возможности регулирования перемещения ростверка относительно свай стаканы имеют резьбовое соединение с гильзами, а внутри стаканов размещены упорные гайки 6, закрепленные на штангах 2.

Работает устройство следующим образом.

После погружения винтовых свай устанавливается опалубка, монтируются арматурные каркасы с гильзами 4, надетыми на штанги свай 2, и бетонируется ростверк 1. После набора бетоном заданной прочности приступают к строительству здания. Вся нагрузка от наземных конструкций передается на ростверк, временно выполняющий роль фундамента мелкого заложения. Грунт в основании ростверка деформируется, вызывая его осадку. По мере достижения заданной величины осадки на штанги последовательно накручиваются упорные гайки 6, а на гильзах 4 закрепляются стаканы 5. Гайки устанавливаются с таким расчетом, чтобы между ними и торцами гильз оставался зазор, равный предельной величине подъема фундамента при морозном пучении, а стаканы закрепляются вплотную к упорным гайкам. Перемещение ростверка относительно свай прекращается и возрастающая нагрузка от наземных конструкций начинает передаваться на сваи.

Последовательная установка упорных гаек и стаканов позволяет осуществить выравнивание осадки фундамента и распределить нагрузку между сваями и опирающимся на грунт ростверком в заданном соотношении. Более того, при строительстве или эксплуатации здания с целью снижения нагрузки на винтовые сваи можно осуществить повторное равномерное перемещение ростверка относительно свай на заданную величину путем поворота стаканов на нужное число оборотов.

Если в ходе эксплуатации здания будет наблюдаться промерзание пучинистого грунта под ростверком, его подъем будет происходить до момента касания верхних торцов гильз и упорных гаек, то есть до достижения предельно допустимого подъема фундамента. При дальнейшем промерзании грунта винтовая свая начинает играть роль анкера.

Обеспечение возможности ограниченного подъема ростверка позволяет существенно снизить давление, создаваемое пучинистым грунтом на ростверк, а значит уменьшить его размеры и армирование, а также сократить длину винтовой сваи или диаметр ее лопасти.

Результаты исследований различных авторов показывают, что силы пучения достигают максимального значения при нулевых перемещениях штампа или фундамента на поверхности (Абжалимов Р.Ш. Лабораторные исследования морозного пучения // Основания, фундаменты и механика грунтов. — 1982. — № 5. — с.20-22; Penner E., Ueda Т. The dependence of frost heaving on load application — preliminary results // Int. symp. on frost action in soils. V.1. — Lulea, Sweden, 1977, p.92-101; 3. Konrad J.M. Frost heave mechanics: Ph.D. Thesis, Edmonton Alberta. — 1980. — 472 p.). Допущение даже незначительного их подъема позволяет существенно снизить силы пучения. В предлагаемой конструкции допускается ограниченное перемещение ростверка, существенно снижающее воздействие пучинистого грунта на ростверк и винтовую сваю.

Благодаря возможности регулировки осадки фундамента в процессе его загружения обеспечивается возможность оптимального распределения нагрузки, передаваемой на грунт через подошву ростверка и воспринимаемой сваями. Винтовые сваи при промерзании пучинистого грунта под подошвой ростверка играют роль анкеров, при этом возможность ограниченного подъема ростверка приводит к существенному снижению сил, обусловленных пучением. Тем самым снижается стоимость и материалоемкость фундамента.

Источник

Преподавательский состав

Невзоров Александр Леонидович

Ученая степень д.т.н.

профессор кафедры инженерной геологии, оснований и фундаментов,
Высшая инженерная школа

Направления подготовки и (или) специальности по диплому

• промышленное и гражданское строительство

Общий стаж работы 44

Основные публикации

1. Невзоров А.Л. Фундаменты на сезоннопромерзающих грунтах. М. АСВ. 2000 г.
2. Korshunov A., Churkin S., Nevzorov A. Numerical simulation of laboratory freezing tests of frost-susceptible soils.- Numerical methods in geotechnical engineering: Proceedings of the 8th European conference. Delft, The Netherlands, 18-20 June 2014. CRC Press/ Balkema. — p.977-982.
3. Nevzorov A.L., Nikitin A.V., Zaruchevnyh A.V. Underpinning of foundations of historical buildings in Arkhangelsk/ 4th Asian Regional Conference, Proc. of special session on geo-eng. for conservation of cultural heritage and historical sites, May 26, 2011, Hong Kong, China, p.81-84.
4. Nevzorov A.L., Korshunov A.A. Results of geotechnical monitoring for the erection and operation of the tailing dam at the diamond deposit named after M.V.Lomonosov/ Proc. of the 15th European conf. on soil mechanics and geotechnical eng. part 2, Athens, Greece, 12-14 Sept., 2011, p.1177-1184.
5. Korshunov A., Nevzorov A., Koptyaev V. and Doroshenko S. Corrections of dam’s stability calculations on the construction and operation stages on basis of geomonitoring results. The 5th International Geotechnical Symposium. 22-24 May, 2013. University of Incheon, Republic of Korea. p. 154-159.
6. Nevzorov A., Nikitin A., Korshunov A., Veshnyakov V. Estimation of bearing capacity of piles while reconstructing buildings/ Testing and design methods for deep foundations. Proceedings of 9th International conference. Kanazava, Japan, 18-20 September, 2012. p.847-852.
7. Veshnjakov V., Nevzorov A. Dissemination of the ground vibration induced pile driving/ Testing and design methods for deep foundations. Proceedings of 9th International conference. Kanazava, Japan, 18-20 September, 2012. p.417-421.
8. Справочник геотехника. Основания, фундаменты, подземные сооружения. Под ред. В.А.Ильичева и Р.А.Мангушева. Москва: Изд-во АСВ, 2014 г.:
   — п.9.2. А.Л.Невзоров. Торф и заторфованные грунты, с.402-418;
   — гл.10. А.Л.Невзоров. Сезоннопромерзающие и многолетнемерзлые грунты, с.435-467.

Повышение квалификации

1. «Навыки оказания первой помощи». 16 ч., 2018 г.
2. «Инженерно-геологические изыскания, осуществляемые на технически сложных, особо опасных и уникальных объектах капитального строительства, оказывающие влияние на безопасность указанных объектов». 108 ч., 2019 г.
3. «Инклюзивное образование студентов с инвалидностью и ограниченными возможностями здоровья». 16 ч., 2019 г.
4. «Информационные коммуникационные технологии в образовании». 72 ч., 2019 г.
5. «Использование электронной информационно-образовательной среды, электронно-библиотечной системы и информационно-коммуникационных технологий в образовательном процессе университета». 36 ч., 2019 г.
6. «Проектирование зданий и сооружений. Обследование строительных конструкций зданий и сооружений». 72 ч., 2019 г.

Преподаваемые дисциплины

• Геология
• Инженерная геология
• Международные стандарты геотехнического проектирования
• Механика грунтов
• Основания и фундаменты

Стаж работы по специальности 41

Сфера научных интересов

• Геотехника

Тема диссертации, год и место защиты

«Обеспечение устойчивого функционирования системы «основание-фундамент» в сложных инженерно-геологических условиях», 2004 г., СПГПУ, Санкт-Петербург.

Ученое звание (при наличии) профессор

Членство в иных общественных, научных и государственных организациях, экспертных советах или группах, профессиональных сообществах и комиссиях

• Член Международного общества по механике грунтов и геотехническому строительству (ISSMGE)
• Член Российского общества по механике грунтов, геотехнике и фундаментостроению

Источник

Исследование сезоннопромерзающих грунтов

Исследование сезоннопромерзающих грунтов

Описание

На кафедре инженерной геологии, оснований и фундаментов исследование сезоннопромерзающих грунтов выполняется по следующим направлениям:

1. Сконструирован, изготовлен и успешно эксплуатируется комплекс принципиально новых приборов для исследования процесса пучения. Приборы позволяют испытывать грунты при различных значениях внешней нагрузки, скорости перемещения фронта промерзания, измерять усадку грунта в талой зоне, а также моделировать различное расстояние до уровня грунтовых вод. Управление экспериментом и регистрация результатов выполняются автоматически. Конструкция приборов защищена несколькими патентами:

• Невзоров А.Л., Коршунов А.А. Прибор для определения деформаций и сил морозного пучения грунта. Патент на изобретение № 2473080. Опубл.20.01.2013. Бюлл.№ 2.
• Невзоров А.Л., Коршунов А.А. Прибор для измерения деформаций морозного пучения грунта. Патент на изобретение № 2474650. Опубл. 10.02.2013, Бюлл. № 4.
• Невзоров А.Л., Коршунов А.А.. Чуркин С.В. Прибор для определения деформаций морозного пучения грунта. Патент РФ 2556681. Опубл.10.07.2015. Бюлл. № 19.
• Невзоров А.Л., Чуркин С.В., Коршунов А.А. Прибор для определения деформаций морозного пучения грунта. Патент РФ 156395. Опубл.10.11.2015. Бюлл. № 31.

Результаты развития лабораторной базы представлялись на конференциях, по ним публиковались статьи:

• Невзоров А.Л., Коршунов А.А., Чуркин С.В. Прибор для определения деформаций и сил морозного пучения грунта. Геотехника. Теория и практика. Общероссийская конференция молодых ученых, научных работников и специалистов: межвузовский тематический сборник тру-дов; СПбГАСУ.- СПб., 2013.- с.183-185.
• Невзоров А.Л., Болдырев Г.Г., Скопинцев Д.Г. Определение де-формаций морозного пучения грунтов в лабораторных условиях. Геотехника. 2014. № 3. с.26-31.

2. Успешно развивается новое направление в лабораторных исследованиях пучинистых грунтов — численное моделирование хода промерзания образцов. Это позволяет повысить достоверность получаемых результатов за счет обеспечения заданных параметров испытаний и выявления степени влияния на результаты различных факторов, а также оптимизировать число испытуемых образцов. Для численного моделирования используется специализированный модуль TEMP вычислительного комплекса GeoStudio (Канада).

По результатам исследований в данном направлении имеются следующие публикации:

• Коршунов А.А., Невзоров А.Л. Экспериментальные исследования и численное моделирование процессов промерзания-оттаивания дисперсных грунтов. Промышленное и гражданское строительство. № 10, 2012, с.26-30.
• Korshunov A., Churkin S., Nevzorov A. Numerical simulation of laboratory freezing tests of frost-susceptible soils.- Numerical methods in geotechnical engineering: Proceedings of the 8th European conference. Delft, The Netherlands, 18-20 June 2014. CRC Press/ Balkema. — p.977-982.
• Коршунов А.А.. Невзоров А.Л. Численное моделирование процессов промерзания дисперсных грунтов в автоматизированной лабораторной установке. Сб. трудов международной научно-техн. конференции «Современные геотехнологии в строительстве и их научно-техническое сопровождение», ч.1, СПб ГАСУ, 2014.- с.390-397.

3. Сконструированы, изготовлены и успешно эксплуатируются новые устройства и приспособления для мониторинга за процессом пучения в полевых условиях. Принципиальная новизна указанных устройств подтверждена патентом:

• Невзоров А.Л., Коршунов А.А., Чуркин С.В. Устройство для измерения деформаций грунта при сезонном промерзании-оттаивании. Патент РФ 2548749. Опубл. 20.04.2015. Бюлл. № 11.

Результаты развития экспериментальной базы и опыт эксплуатации представлялись на конференциях:

• Невзоров А.Л., Коршунов А.А., Чуркин С.В. Автоматизированная система мониторинга на сезоннопромерзающих грунтах. Сб. трудов международной научно-техн. конференции «Современные геотехнологии в строительстве и их научно-техническое сопровождение», ч.2, СПб: СПб ГАСУ, 2014.- с.180-184
• Korshunov A.A., Churkin S.V., Nevzorov A.L. In situ measurements of frost penetration and frost heave by automatic monitoring system. The 15th Asian Regional conference on soil mechanics and geotechnical engineering. 2015/ TC305-09.

4. В 2011 году проф. А.Л.Невзоровым предложена принципиально новая система классификации пучинистых грунтов, в основе которой лежит скорость пучения грунта, а не относительные деформации пучения [А.Л.Невзоров. Классификационные показатели пучинистых грунтов/ Материалы четвертой конференции геокриологов России. МГУ, 2011, т.1, с.102-108]. Классификационные границы здесь определяются, исходя из потенциальной опасности деформаций пучения для проектируемых сооружений. За прошедшие годы это направление получило существенное развитие. На различных типах грунтов исследованы зависимости скорости пучения от скорости промораживания грунта, внешней нагрузки, особенностей подпитки грунта водой и др. Полученные результаты прошли апробацию на конференциях и представлены в научных изданиях:

• Невзоров АЛ., Коршунов А.А., Чуркин С.В. Методы оценки степени пучинистости грунтов с использованием современных приборов. Инженерные изыскания, 2013, № 5, с.52-56.
• A.Korshunov , S.Churkin and A.Nevzorov. Assessment of frost susceptibility of soils in laboratory testing. — Доклад представлен на конференцию: «3rd ICTG International Conference on Transportation Geotechnics» в Португалии, сентябрь 2016 г.

5. Полученные результаты лабораторных и полевых исследований, а также экспериментальные зависимости, находят применение на практике — при обследовании и восстановлении зданий, получивших деформации при промерзании грунтов в конструкциях автомобильных дорог и основаниях зданий:

• Невзоров А.Л., Чуркин С.В. Деформации здания на свайном фундаменте под действием сил морозного пучения. Вестник Пермского научно-исследовательского политехнического университета (ПНИПУ). Строительство и архитектура. № 1, 2015. с.79-90.
• Churkin S.V., Nikitin A.V., Aksenov S.E., Zaruchevnih A.V., Nevzorov A.L. Deformation of building on pile foundation due to frost heave. The 15th Asian Regional conference on soil mechanics and geotechnical engineering. 2015/ Kaz-13.

Предложено несколько новых решений по устройству фундаментов зданий на пучинистых грунтах:

• Невзоров А.Л. Фундамент. Патент РФ 2547196. Опубл. 10.04.2015. Бюлл. № 10.
• Невзоров А.Л., Чуркин С.В. Фундамент на пучинистых грунтах. Патент РФ 2550169. Опубл. 10.05.2015. Бюлл. № 13.

С целью распространения опыта устройства фундаментов и, в частности, в сложных природно-климатических условиях, коллективом ученых из разных городов России, представляющих несколько научных школ, была издана книга «Справочник геотехника. Основания, фундаменты подземные сооружения»/ Под редакцией В.А.Ильичева и Р.А.Мангушева, Москва, Издательство АСВ, 2014. 728с. В указанном издании глава 10 «Сезоннопромерзающие и многолетнемерзлые грунты» (с.435-467) написана А.Л.Невзоровым.

Результаты исследований за последние 5 лет (2011-2015 г.г.) представлялись на конференциях различного уровня: Четвертая конференция геокриологов России, МГУ, 2011; 14й Азиатской региональной геотехнической конференции, Гонконг, 2011; 15й Европейской конференции по механике грунтов и геотехнике, Афины, Греция, 2011; VI съезде общества почвоведов, Петрозаводск, 2012; Пятом международном геотехническом симпозиуме, Инчхон, Корея, 2013; Первой международной конференции по реологии и моделированию материалов, Мишкольц, Венгрия, 2013; Международной конференции «Геотехника Беларуси», Минск, 2013; Конференции по свайным фундаментам, Таллин, 2013; Восьмой Европейской конференции по численному моделированию в геотехнике, Дельфт, Нидерланды, 2014; Международной конференции по строительству, Баку, 2014; 15й Азиатской региональной конференции по механике грунтов и геотехнике, Фукуока, Япония, 2015. По результатам исследований сделано более 40 публикаций, получено 12 патентов на изобретения.

The key research achievements on the problem of frost heaving of soils are the following:

1. Designed, constructed and successfully operated innovative laboratory system for studying of frost-susceptible soils. Systems allow testing of soils with different values of the overburden pressure, the rate of the freezing front, measure the shrinkage of soil in the melting zone, as well as to simulate different distance to the groundwater level. Management and registration of the results of the experiment are performed automatically. The design of the instrument is protected by several patents:

• Nevzorov A., Korshunov A. Device for determinination of deformations and forces of frost heave of soils. Patent № 2473080. Issued.20.01.2013. Bull. № 2
• Nevzorov A., Korshunov A. Device for determinination of deformations of frost heave of soil. Patent № 2474650. Issued 10.02.2013, Bull. № 4.
• Nevzorov A., Korshunov A., Churkin S. Device for determination of frost heave deformations in soils. Patent № 2556681. Issued.10.07.2015. Bull. № 19 (перевод)
• Nevzorov A., Korshunov A., Churkin S. Device for determination of frost heave deformations in soils. Patent № 156395. Issued.10.11.2015.

Results of laboratory facilities presented at the conference, it was published in following articles:

• Nevzorov A., Korshunov A., Churkin S. Apparatus for determination of frost heave deformations and forces. Geotechnics. Theory and practice. Proceedings of Russian conference researchers and specialists; SPbGASU.- Saint-Peterburg, 2013.-183-185p..
• Nevzorov A.L., Boldyrev G.G., Skopintsev D.G. Determination of frost heave deformations in laboratory. Geotechnics. 2014 p26-31.

2. A new direction in the laboratory testing of frost-susceptible soils is realized — Numerical simulation of process of sample freezing. This improves the reliability of the results obtained by providing a set test parameters and to identify the degree of influence upon various factors, as well as to optimize the number of test samples. For the numerical simulation using a specific software TEMP/W GeoStudio (Canada).

According to the results of research in this area includes the following publications:

• Korshunov A, Nevzorov A Experimental studies and numerical modeling of freezing and thawing dispersed soils. Industrial and civil Engineering. Number 10, 2012, p.26-30. (Impact Factor RISC −0.165)
• Korshunov A., Churkin S., Nevzorov A. Numerical simulation of laboratory freezing tests of frost-susceptible soils.- Numerical methods in geotechnical engineering: Proceedings of the 8th European conference. Delft, The Netherlands, 18-20 June 2014. CRC Press/ Balkema. — p.977-982.
• Korshunov A., Nevzorov A. Numerical simulation of freezing/thawing of clay soil in laboratory automated system. Proceedings of International conference «Modern technology in geotechnical engineering»; SPbGASU.- Saint-Peterburg, 2014.-390-397p

3. New devices and systems for monitoring the process of frost heave in-situ were designed, constructed and successfully operated. The principal novelty of these devices is confirmed by the following patents:

Nevzorov A., Korshunov A., Churkin S. Device for determination of soil deformations during freezing-thawing. Patent № 2548749. Is-sued.20.04.2015. Bull. № 11

Results of applying new systems were presented on conferences:

• Nevzorov A., Korshunov A., Churkin S. Automated system for monitoring of frozen soils Proceedings of International conference «Modern technology in geotechnical engineering»; SPbGASU.- Saint-Peterburg, 2014.-180-184p
• Korshunov A.A., Churkin S.V., Nevzorov A.L. In situ measurements of frost penetration and frost heave by automatic monitoring system. The 15th Asian Regional conference on soil mechanics and geotechnical engineering. 2015/ TC305-09.

4. In 2011, prof. A.L.Nevzorov proposed a principally new system classification of frost-susceptibility of soils, which is based on the rate of frost heave, but not the relative deformation of frost heave [Nevzorov A Classification parameters of frost-susceptible soils. Proceedings of the fourth conference. geocryologists Russia, Moscow State University, 7-9 June 2011, Vol.1, Moscow University Book, 2011, p.102-108.]. Classification is determined via potential danger of frost heave deformations for the designed structures. Over the years, this trend was a significant development. On different types of soils studied relationships rate of frost heave vs rate of frost front, overburden pressure, water table and others. The results have been presented in following publications:

• Nevzorov A., Korshunov A., Churkin S. Methods for assessment of frost-susceptibility of soils by using up-to-date research equipment.- Engineering Survey2013, No5. — p.52-56.

Some results will be presented in article Aleksei A. Korshunov , Sergey V. Churkin and Alexander L. Nevzorov «Assessment of frost susceptibility of soils in laboratory testing», on 3rd ICTG International Conference on Transportation Geotechnics (September, 2016, Portugal).

5. The results of laboratory and field studies, as well as experimental dependences are used in practice — during the examination and restoration of buildings that have received deformation during the freezing of soils in the construction of roads and foundations of buildings:

• Nevzorov A., Churkin S. Pile foundation deformations caused by frost heave. Vestnik of Perm National Research Polytechnic University. Vol. Civil Engineering and Arhitecture, No1, 2015 p79-90.
• Churkin S.V., Nikitin A.V., Aksenov S.E., Zaruchevnih A.V., Nevzorov A.L. Deformation of building on pile foundation due to frost heave. The 15th Asian Regional conference on soil mechanics and geotechnical engineering. 2015/ Kaz-13.

Some solutions for design foundation on frost-susceptible soil were proposed:

• Nevzorov A. Foundation. Patent № 2547196. Issued.10.04.2015. Bull. № 10
• Nevzorov A., Churkin S. Foundation on frost-susceptible soils. Patent № 2550169. Issued.10.05.2015. Bull. № 13.

Источник