ФУНДАМЕНТЫ НОВОГО ПОКОЛЕНИЯ

Если строительство каждого объекта начинается с фундамента, то целесообразно обратиться к фундаментам нового поколения – российскому изобретению, авторство которого закреплено за новой научной школой в городе Красноярске.

Методика их применения и усовершенствования разрабатывалась на кафедре «Строительная механика и управление конструкциями» строительного факультета Института градостроительства, управления и региональной экономики при Сибирском федеральном университете.

Эта уникальная кафедра, не имеющая аналогов в мире, создана Наумом Петровичем Абовским, заслуженным деятелем науки и техники Российской Федерации, заслуженным изобретателем РФ, почетным членом Российской Академии архитектуры и строительных наук, доктором технических наук, профессором.

Он является также создателем Красноярской научной школы, главное направление которой – инновационная деятельность в строительной индустрии. Поэтому все продукты и технологии - нового поколения. До сих пор они границ Украины не пересекали.

Трудности при фундаментостроении — явление частое. Особенно когда речь идет о сейсмически опасных зонах и сложных грунтовых условиях.

Традиционные способы строительства фундамента приводят к увеличению стоимости каждого объекта, трудозатрат, сроков строительства, не всегда обеспечивают надежность эксплуатации реализованных проектов.

Сейчас, в период «коттеджного бума», нередко стоимость фундамента сопоставима со стоимостью верхнего строения. Фундаменты нового поколения, разработанные научной школой, оказались пригодными к применению в проектировании малоэтажных зданий на всей обширной территории России.

Новый термин
Новинку обозначают термином «фундаментные пространственные платформы». Главная их особенность – наземное базирование. Они не требуют ни свай, ни глубокого заглубления в грунты, что исключает из процесса строительства земляные работы. А когда строить нужно на вечномерзлых, слабых, просадочных, пучинистых грунтах, в подтапливаемых районах – это особенно важно.

Пространственные фундаментные платформы - это пространственные многосвязные, достаточно легкие конструкции, обладающие большой пространственной жесткостью и оказывающие малое давление на основание. Они состоят из двух плит (верхней и нижней), объединенных металлическими элементами.

По сравнению с обычными железобетонными плитными фундаментами их удельный вес в железобетоне в 4-5 раз меньше, а изгибная жесткость (благодаря рациональному формообразованию) в 50-100 раз больше.

Повышенная пространственная жесткость платформ делает их малочувствительными к неравномерным просадкам грунтов, а облегченный вес и большая площадь опирания позволяют применять их для строительства на слабых грунтах. Данное изобретение облегчает процесс и делает более безопасным каждое строительство.

Пространственные фундаментные платформы экономичны в изготовлении, требуют намного меньше металла. Еще одно бесспорное преимущество - они удобны для транспортировки и производства работ. Во время эксплуатации этот вид фундамента максимально облегчает проведение планово-предупредительных ремонтов при аварийных ситуациях, вплоть до самых сильных землетрясений.

Инновацией в строительстве с применением данного вида фундамента является то, что для каждого проекта и разных условий из всех существующих пространственных фундаментных платформ можно выбрать оптимальный вариант.

Для сейсмической устойчивости, например, целесообразно конструктивно соединять фундаментные платформы с верхним строением в цельную многосвязную замкнутую систему (коробчатого или иного типа), которая обладает повышенной живучестью, и разрушение одного элемента не приводит к глобальным обрушениям.

В сейсмических районах и на слабых грунтах целесообразно применять пространственные фундаментные платформы со скользящим слоем с низким коэффициентом трения. Как правило, он находится между ними и основанием. Такой слой обеспечивает безопасность, потому что позволяет «проскальзывать» сейсмическим волнам под фундаментом, что существенно уменьшает величину горизонтальных сейсмических воздействий на все строение.

Для устранения или уменьшения сейсмического воздействия на боковую часть фундамента, который является препятствием на пути волны, можно располагать пространственные фундаментные платформы на поверхности без заглубления, а в случае заглубления – использовать специальные устройства, снижающие это боковое давление: создавать пустоты по боковому контуру фундамента, использовать демпфирующие засыпки, наклонные стенки и др.

Демпфирующие свойства дают возможность применять этот вид фундамента и при колебательных возмущениях грунта природного или техногенного характера. Особенно в случаях, когда длина волны возбуждающего воздействия меньше их размеров в плане.

Подбор жесткостных параметров и возможность перераспределения и изменения масс (в том числе - путем засыпки межфундаментных пазух платформ) служат регулирующими параметрами. Это направление в использовании данного изобретения считается очень перспективным.

Экономичность
На практике пространственные фундаментные платформы уже продемонстрировали способность обеспечивать высокий экономический эффект. Их бесспорные плюсы:
- всесезонность;
- снижение стоимости квадратного метра площади здания на 10-12%;
- экономия на невысокой стоимости «неудобных» земель под реализацию проектов;
- сокращение объемов и уменьшение стоимости инженерно-геологических изысканий;
- упрощение производства строительных работ: сокращение сроков строительства (до 30%), так как исключается применение землеройной техники и осуществление дорогостоящих земельных работ в большом объеме;
- экономия материалов (бетона и железобетона – 25%).
Экономический эффект обеспечивается также за счет совмещения конструктивных и эксплуатационных функций: несущей конструкции пола, снижения теплопотерь на 15-20% в случае утепления пространственных фундаментных платформ путем засыпки пазух. Существует ряд запатентованных изобретений.

Фундаментные изобретения
Монолитная пространственная фундаментная платформа (патент № 45410) представляет собой фундаментную конструкцию, содержащую тонкие железобетонные фундаментные плиты сплошного поперечного сечения, которые расположены на ее основании.

Ее особенность в том, что она выполнена из двух тонких железобетонных фундаментных плит, расположенных одна над другой, при этом тонкие плиты монолитно скреплены между собой перекрестными железобетонными балками, пространство между которыми заполняется утеплителем (керамзит или любой другой).

Пластичную подвижность такому фундаменту, позволяющему реагировать на подвижки грунта, просадки и волны землетрясения, придает скользящий слой, находящийся между монолитной пространственной фундаментной плитой и основанием.

Пространственная фундаментная платформа под здания и сооружения для строительства на слабых просадочных, пучинистых грунтах и в сейсмических зонах (патент № 64650) – еще одно изобретение.

Это тонкие железобетонные фундаментные плиты сплошного сечения, расположенные одна над другой и скрепленные между собой перекрестными железобетонными балками, пространство между ними с утеплителем. Верхнее строение пространственной фундаментной платформы этого вида жестко соединено, и образует замкнутое здание.

Особенность всей конструкции: пространственная фундаментная платформа по периметру жестко присоединена к заглубленным в грунт железобетонным панелям типа «стена в грунте». При этом с наружной стороны вокруг этих панелей сделан воздушный зазор или вместо него выполняется засыпка из мягкого грунта. В этом виде фундаментов нового поколения между противоположными стенами в грунте есть натяжное устройство.

Изобретение, запатентованное под № 69094, - пространственные железобетонные фундаментные платформы в сборном и сборно-монолитном вариантах, предназначенные под малоэтажное строительство в сложных грунтовых условиях и условиях повышенной сейсмики.

Первый вид такого фундамента (сборный и сборно-монолитный варианты) представляет собой две плиты со скользящим слоем, объединенные балками. При этом нижняя плита устанавливается без заглубления на наружной поверхности грунта и в том, и в другом случае.

В сборном варианте строительный элемент для нижних железобетонных плит с перекрестной системой ребер, уложенных на выровненное основание со скользящим слоем, имеет вдоль ребра выступы, а строительный элемент для верхних железобетонных плит с перекрестной системой ребер - соответствующие углубления, которые входят друг в друга.

Кроме того, есть шпоночные выступы в ребрах нижних железобетонных плит с выпусками арматуры, а в верхних железобетонных плитах — соответствующие отверстия, в которые они входят.

При этом верхние и нижние железобетонные плиты с перекрестной системой ребер имеют скошенные углы плит с выпусками арматуры, которые соединяются между собой с последующим замоноличиванием.
В ребрах плит нижних строительных элементов предусмотрены отверстия для соединения высокопрочными болтами смежных нижних плит строительных элементов между собой.

Пространство между ребрами верхней и нижней железобетонных плит заполняется утеплителем, все стыки замоноличиваются, выпуски арматуры и закладные детали свариваются.

Под № 38789 запатентована сборная пространственная железобетонная фундаментная платформа для строительства многоэтажных зданий в особых грунтовых условиях и условиях повышенной сейсмичности.

Это изобретение тоже представляет собой две объединенные плиты. Нижняя — с устройством скользящего слоя по основанию. Она устанавливается без заглублений на наружной поверхности грунта. Между этими двумя плитами фундамента находится вентилируемое во всех направлениях продуваемое подполье.

Данный вид фундамента конструктивно отличается тем, что плиты верхнего и нижнего пояса соединены между собой железобетонными фермами. Они могут быть раскосными или безраскосными. Так же, как и балки, имеющие шпоночные выступы и входящие в углубления верхних и нижних плит. Швы между плитами или фермами и шпоночными соединениями замоноличиваются, а закладные детали и выпуски арматуры свариваются.

Между фермами или балками в поперечном направлении находятся крестовые связи.

Расположение ферм или балок согласовывается с топологией нагрузки от верхнего строения и может быть ориентировано параллельно длинной или короткой стороне в плане прямоугольного здания, а при сложном сочетании выбирается комбинированное расположение.

При сложной конструкции здания возможны комбинации расположения ферм или балок. Так, при круглом очертании здания фермы могут располагаться радиально. Сами плиты фундамента в таком варианте могут быть сегментной или трапециевидной формы.

Шаг ферм принимается равным или большим относительно высоты платформы. В случае установки каркасных зданий в плитах предусмотрены отверстия для стаканов, в которые устанавливаются колонны.
Пространственная фундаментная платформа (патент № 2206665) предназначена для строительства на вечномерзлых, слабых, просадочных, пучинистых грунтах и в зонах с повышенной сейсмикой под различные сооружения.

Такая фундаментная платформа включает объединенные между собой металлическими элементами две плиты. Инновация заключается в том, что верхняя плита ребрами вниз и нижняя плита ребрами вверх связаны между собой металлическим пространственным шпренгелем со стойками и раскосами с образованием единой пространственной конструкции для установки на верхней плите, как на общей фундаментной платформе, одного или нескольких резервуаров вместе с обслуживающими их трубопроводами и оборудованием.

Размеры площади опирания такой пространственной фундаментной платформы выбираются большими, чем размеры площади опирания надфундаментного строения, верхние и нижние плиты совместно с металлическим пространственным шпренгелем образуют вентилируемое во всех направлениях продуваемое подполье, предотвращающее теплообмен между подогреваемым наполнителем резервуара и грунтом.

На ее изготовление расходуется мало металла, она обладает повышенной жесткостью, удобна в эксплуатации, прекрасно подходит для транспортировки и осуществления работ, проведения планово-предупредительных ремонтов в случае аварийных ситуаций, использования в сейсмических районах, на слабых и просадочных грунтах.

Для таких же «суровых» условий строительства предназначено изобретение, запатентованное под № 55388, – пространственная железобетонная фундаментная платформа для малоэтажных зданий. Она изготавливается в сборном и монолитном вариантах, и представляет собой две плиты, объединенные балками.

Нижняя (со скользящим слоем) устанавливается без заглубления на поверхности грунта.
Особенность ее конструкции состоит в том, что в сборном варианте соединительные балки в виде перекрестной системы ребер монолитно присоединены к нижней плите и имеют шпоночные выступы с выпусками арматуры.

А в верхней плите предусмотрены соответствующие отверстия для них. Пространство между ребрами заполнено утеплителем, закладные детали между отдельными сборными плитами свариваются, шпоночные соединения и швы между плитами замоноличиваются.

В сборном и монолитном вариантах она имеет одну и ту же отличительную особенность: на выровненное основание нижней забетонированной гладкой плиты, имеющей выпуски арматуры для ребер, устанавливаются сформованные блоки утеплителя, защищенные от попадания влаги внутрь блоков.

При этом боковые грани этих блоков служат опалубкой для бетонирования ребер, а верхняя поверхность этих блоков является основанием для установки арматуры верхней плиты и бетонирования ребер совместно с верхней плитой.

Хорошо себя зарекомендовали в эксплуатации не только фундаменты нового поколения, предназначенные для строительства зданий, но и те, которые используют в промышленном строительстве. В частности, фундаменты, запатентованные под № 50553, которые устанавливают под агрегаты с динамической нагрузкой на слабых и вечномерзлых грунтах.

Такая пространственная фундаментная платформа включает плитные элементы сплошного расположения и отличается тем, что ее конструкция формообразована из объединенных между собой верхних и нижних железобетонных тонких ребристых плит, соединенных системой перекрестных железобетонных балок двутавровых профилей.

Это могут быть фермы или металлические пространственные шпренгели, которые образуют вентилируемое подполье с возможностью засыпки его уплотненным грунтом для увеличения присоединенной массы к фундаменту. В процессе строительства фундаментная платформа устанавливается на выровненное основание без заглубления в грунт.

Сборная пространственная фундаментная платформа:
1 – нижняя железобетонная ребристая плита;
2 – верхняя железобетонная ребристая плита;
3 – утеплитель;
4 – ребра жесткости;
5 – шпонки;
6 – отверстия под шпонки;
7 – выпуски арматуры в углах;
8 - сварка закладных деталей;
9 - скользящий слой.

Ирина МАРУШКИНА (журнал "Будмайстер")