Утепление ростверка свайного фундамента: необходимость, варианты, инструкция по отделке, материалы

Утепление свайного фундамента снаружи пенополистиролом, ростверка и пола

Много преимуществ в строительстве зданий дает свайный фундамент, однако он требует тщательного выбора утепления, особенно с поднятым ростверком, чтобы соответствовать нормам и снизить к минимуму теплопотери. Распространение получило утепление свайного фундамента снаружи пенополистиролом, взамен традиционному использованию насыпи керамзита или почвы по периметру здания.

Содержание

1. Технология утепления пенополистиролом
2. Ростверк
3. Пол

Технология утепления пенополистиролом

Свайные фундаменты разделяют на:

• Высокие, когда ростверк выше уровня почвы.
• Повышенные, когда нет промежутка между уровнем почвы и стенами.
• Заниженными, когда оголовки свай уходят глубже уровня почвы и часть фундамента закрывается ею.

В зависимости от конструкции выбирается соответствующий способ утепления. При этом разнится даже выбор утепляемой поверхности.

Если дело касается высокого свайного фундамента, когда ростверк существенно поднят над поверхностью почвы, то утеплять можно:

• По периметру, закрывая промежуток между нижним краем стен и почвой. Под зданием появляется дополнительное изолированное пространство, которое можно использовать как дополнительное помещение или нишу.
• Снизу ростверка по всей площади опорной конструкции.
• Пол утепляется внутри здания.

Утепление пола часто делают не как обособленный вариант, а как дополнение к внешней теплоизоляции, чтобы повысить эффективность общей защиты и распределить равномерно зону переходных температур.

Если промежутка между фундаментом и почвой нет, то остается только вариант с внешним утеплением по периметру и внутренним по всей площади здания.

Для утепления заглубленных фундаментов актуальны те же способы, что и в случае утепления ленточных фундаментов Пеноплексом. Различий в этом случае нет, за исключением обособленного учета уровня промерзания грунта для различных климатических зон.

В обязательном порядке все свайные фундаменты обустраиваются дренажной системой. Если ее нет, то перед утеплением обязательно монтируется, иначе в закрытом пространстве цокольного пространства будет накапливаться вода, от которой будет сложно избавиться даже активной вентиляцией.

Порядок утепления по периметру здания:

1. Поверх основы утепления выполняют гидроизоляцию. Для завышенных конструкций нужна гидроизоляция всей внешней поверхности по площади с отпуском по каркасу или стенке, выложенной вдоль стен. Под зданием формируется основная защита для материала фундамента. Обязательно предусматривается вентиляция, для отвода влаги.
2. В промежутке между почвой и ростверком формируется каркас из металлического профиля деревянного бруса или кирпичная стенка в качестве цокольного пояса здания.
3. Далее закрепляются листы пенополистирола. Для этого в равной степени используется клей для пенопласта и дюбели грибки. Все стыки запениваются для герметизации пояса утепления. Чтобы достичь должного уровня защиты слой пенопласта должен превышать 10 см, и его желательно укладывать в два слоя для надежного перекрытия всех стыков.
4. По верхней кромке утепления закрепляется отлив. Козырек из оцинкованной стали будет эффективно отводить дождевую воду в сторону от утеплителя и цокольного сайдинга на отмостку.
5. Поверх утеплитель штукатурится с армированием металлической сеткой. Желательно выбрать специальную сетку для защиты от грызунов.
6. В последнюю очередь создается подушка из песка или глины в зависимости от варианта дренажной системы и формируется отлив, монтируется внешняя отделка цокольного пояса. Это может быть облицовка кирпичом, диким камнем, плиткой, декоративной штукатуркой.

Ростверк

С сильно завышенным ростверком, когда утепление по периметру отнимает много материала или не актуально по другим причинам, лучше всего выполнить внешнее утепление всей нижней поверхности фундамента.

Закрепляется паропроницаемая мембрана для отвода лишней жидкости. Пенополистирол крепится в один-два слоя по всему ростверку. Закреплять его можно дюбелем грибком по углам каждого листа.

Вся поверхность подшивается деревом или профнастилом. Только предварительно слой утепления в этом случае должен формироваться по обрешетке из деревянных брусьев или металлического профиля. Профнастил крепится с небольшим уклоном для предотвращения накопления влаги на верхней его поверхности.

Обшивка ростверка гидроизолируется, как и сваи. Для этого можно использовать рулонные материалы на битумной основе, обмазку или альтернативные варианты с полимерными составами на водной основе.

Пол

Как уже отмечалось пол в здании, построенном на свайном фундаменте, желательно утеплить изнутри.

Если основа дома формируется балками, то утеплитель закладывается между ними и подшивается с обеих сторон. Снизу это может быть листовой материал, например листы влагостойкого МДФ. Сверху формируется слой чернового пола. Гидроизоляцию лучше предусмотреть по нижней границе ростверка, а также непосредственно под черновым полом. Ниши между лагами обязательно снабжаются вентиляцией для отвода лишней жидкости.

Если на сваи определяют железобетонные плиты, то утеплять их желательно как снаружи, так и изнутри, не допуская, чтобы положение точки росы приходилось на слой внутреннего утеплителя.

Пенополистирол укладывается равномерно поверх чернового слоя и гидроизоляции и фиксируется однократно в центре листа. Далее заливается стяжка с армированием металлической сеткой или тонкой арматурой. После этого укладывается теплый пол и напольное покрытие.

Оптимальный вариант утепления свайного фундамента подбирается обособленно в каждом конкретном случае. Учитываются климатические условия, материалы, из которых формируется ростверк, требуемое значение теплосопротивления и т.д. Так что самостоятельному выбору лучше предпочесть мнение профессионалов.

Утепление свайного фундамента своими руками

В ряде случаев свайные фундаменты имеют преимущество перед столбчатыми, ленточными и плитными. Особенно актуально это при значительной глубине промерзания грунтов, в условиях заболоченной местности, в зонах с высоким слоем рыхлых почв, а также при больших уклонах и перепадах высот строительных площадок. Экономия за счет выбора свайной технологии может достигать 50% и более. Однако, застройщикам необходимо планировать дополнительный бюджет на утепление свайного фундамента. О задачах, решаемых термоизоляцией и способах ее устройства рассказывается в этой статье.

Содержание

• 1 Проблемы не утепленных свайных фундаментов
• 2 Утепление фундамента, выполненного по свайной схеме с железобетонным ростверком
• 3 Утепление свайного фундамента с деревянным балочным перекрытием
• 4 Выбор финишной отделки утепленного цоколя
• 5 Заключение

Проблемы не утепленных свайных фундаментов

Для малоэтажного строительства наиболее подходят железобетонные сваи сплошного сечения, стальные винтовые и буронабивные бетонные. Независимо от конструкции свай, способа их установки и технологии монтажа ростверка этот тип фундамента имеет ряд недостатков.

Минусы свайного фундамента:

Не утеплёны свайный фундамент в холодный период года может привести к большим проблемам

• Холодное подполье. Повышенные потери тепла через пол в зимний период.
• Если ростверк выполнен из железобетона, то создается мощный аккумулятор холода. При перебоях в отоплении восстанавливать нормальный микроклимат в таком помещении приходится очень долго (до нескольких дней).
• Опасность промерзания инженерных коммуникаций, проложенных под полом.
• Выталкивание свай, попавших в зону промерзания. Сваи являются проводником холода. Если не предусмотреть противоморозные меры, металлические и бетонные опоры могут стать причиной локального пучения.
• Неравномерная усадка под весом дома при попадании отдельных свай в зоны пониженной плотности грунта.
• С эстетической точки зрения обычный свайный фундамент является сугубо утилитарным конструкторским решением, который требует декорирования.
• Пустота под домом, продуваемая ветрами, довольно быстро замусоривается и периодически требует времени для наведения порядка под домом.

Почему выталкиваются отдельные сваи, приводя к ситуации нарушения плоскости ростверка? Одна из распространенных причин заключается в неравномерном увлажнении грунта: по периметру и углам он сильнее, чем в центре. Это, в свою очередь, приводит к неравномерной глубине промерзания. Кроме того, удельное расширение при пучении тоже зависит от процента влажности.

4 из 7 перечисленных в списке проблем непосредственно связаны с воздействием холода и решаются с помощью грамотного устройства термоизоляции.

Утепление фундамента, выполненного по свайной схеме с железобетонным ростверком

То или иное решение по термоизоляции принимается в зависимости от высоты цоколя. Небольшие высоты делают целесообразным обустройство полов по грунту. В этом случае принцип утепления тот же, что и в схеме уфф.

Схема утепления свайного фундамента

Ростверк, как и МЗЛФ, воспринимает нагрузку только от стен. Плита пола отливается поверх слоя из полистирольных плит. Плиты выкладываются на утрамбованную песчаную подушку. Под подушкой располагается основной слой засыпки, состоящий из противокапиллярного щебня.

Наружное утепление по периметру состоит из вертикальной облицовки цоколя и утепленной подмостки. Каких-то оригинальных инженерных решений, свойственных исключительно домам на свайном фундаменте, здесь нет. Все делается по принципу ликвидации мостов холода. Не должно быть зазоров и разрывов между изоляционными слоями стены, цоколя и подмостки. При этом соединения внахлест предпочтительней контактов встык.

Утепление свайного фундамента

Для облицовки цоколя утеплителем и финишной отделкой необходимо сформировать обрешетку. С этой целью выполняется обвязка свай. Обвязка может состоять из металлопроката и деревянного погонажа. Представление о том, что данная мера является дополнительным фактором повышения жесткости свайного фундамента, лишено реальных оснований. Иногда вместо облицовки ЭППС по обрешетке выполняют кладку в полкирпича. Но упирать ее снизу стараются не в отмостку, а в швеллер, который приваривается к нижней части свай.

Вариант с высоким цоколем отличается тем, что плита перекрытия опирается не на грунт, а на ростверк. В этом случае приемлемо выполнение как наружной, так и внутренней изоляции плиты. В любом случае имеет смысл исключить мост холода от перекрытия на сваи через ростверк. Для этого используется терморазрыв в горизонтальной плоскости. Выполнять его можно путем монтажа ЭППС между ростверком и поясом дополнительных фундаментных блоков, на которые уже непосредственно опирается перекрытие.

Утепление свайного фундамента с деревянным балочным перекрытием

Проектируя дом на фундаменте из металлических винтовых свай, в большинстве случаев стараются минимизировать нагрузку на грунт. Для этого используют балочное перекрытие из специального деревянного бруса. Как утеплить фундамент на винтовых сваях, если в основании пола применяются деревянные конструкции? Во-первых, для термоизоляции перекрытия используется конструкционный «ячеистый» рельеф, образуемый балками и лагами. Во-вторых, с целью уменьшения воздействия конденсата на балки утепление цоколя выполняют по иной схеме, нежели при использовании бетонных перекрытий.

Устройство пола на свайном фундамете

Заподлицо с низом балок вдоль них крепится брус с примерным сечением 50×50. Этот погонаж является опорой для «чернового пола» — досок, на которые выкладывается листовая гидроизоляция и первый слой утепления. Чаще всего используется минеральная вата. Поверх балок перпендикулярно им крепятся лаги. Между лагами выкладывается второй слой термоизоляции.

При обустройстве горизонтального утепления цоколя стараются сохранить вентилируемый зазор между облицовкой и подмосткой. Делается это для того, чтобы увеличить срок службы деревянных балочных перекрытий.

Да, эта мера снижает энергоэффективность дома, но альтернативой ей является только применение продыхов. Допускается держать продыхи закрытыми на время морозов. Листовая гидроизоляция, расположенная между обрешеткой и горизонтальным утеплением, выходит ниже облицовки и загибается таким образом, чтобы направлять стоки осадков на отмостку.

Выбор финишной отделки утепленного цоколя

С технологической точки зрения допустимо использовать все виды облицовок и финишных покрытий. Это могут быть и штукатурка, и декоративный клинкер, и вагонки различных видов. Некоторые коллекции ЭППС выпускаются уже с нанесенным финишным покрытием, что снижает затраты и ускоряет проведение работ.

Утепление свайного фундамента декоративными плитами ЭППС

Если говорить об эстетической стороне, то используя имитацию каких либо материалов, следует думать о естественности. К примеру, стоит ли использовать клинкерный кирпич в качестве облицовки цоколя дома из деревянного бруса?

Если обратиться к традиции, то во времена массового деревянного домостроения гораздо чаще использовалось основание из камня. Сегодня гораздо логичней использовать при строительстве коттеджей из бруса на винтовом фундаменте специальные плиты из ЭППС, имитирующие каменную кладку.

Заключение

Как достичь максимального энергосбережения и надежности постройки, утеплить свайный фундамент, да еще и добиться максимально возможного ресурса дома? Для этого следует, прежде всего, выполнять полное проектирование дома и фундамента перед строительством, а не «решать проблемы по мере их возникновения». Используя любое типовое конструктивное решение термоизоляции, руководствуйтесь двумя основными принципами: ликвидации мостов холода и обеспечения приемлемых условий эксплуатации конкретных применяемых материалов.

Альтернативные фундаментные решения повышают надежность Нью-Джерси

Каждый день Atlantic City Electric Co. выполняет работу в рамках стратегических усилий по модернизации и укреплению местной энергосистемы. Эти усилия включают в себя десятки целевых проектов по установке более прочных опор линий электропередач и современного оборудования. Эти обновления позволили снизить частоту и продолжительность простоев, повысив надежность для клиентов. Но всегда есть возможности для улучшения.

Поскольку коммунальное предприятие продолжает сталкиваться с последствиями суровых погодных условий, оно определило важные инфраструктурные проекты, чтобы помочь жителям Южного Джерси стать более устойчивыми к воздействию штормов и ураганов. Одним из недавних примеров является проект обеспечения надежности от Мидл-Тауншип до Вайлдвудс, в рамках которого были реконструированы 4 мили (6,4 км) существующих линий электропередачи между Мидл-Тауншип и Вайлдвудс, чтобы укрепить местную энергетическую инфраструктуру от экстремальных погодных условий и повысить надежность для более чем 24 000 клиентов. Эти обновления создали современную энергосистему, которая теперь стала более прочной и устойчивой, что привело к меньшему количеству отключений, связанных с ураганами, и большей надежности.

Из-за сложных условий как наземного, так и подземного участка в этом проекте, Atlantic City Electric привлекла Aldridge Electric Inc. для разработки фундамента для четырех подвесных и тупиковых конструкций, пересекающих Grassy Sound. Две конструкции были недоступны обычными средствами и требовали амфибийного оборудования и альтернативных решений фундамента. Олдридж отвечал за решение «под ключ», включая проектирование, закупку и строительство фундамента. Этот проект не обошлось без проблем с точки зрения строительства, и команда считает, что изобретательность, инновации и сотрудничество сделали проект успешным.

Сложные участки

При строительном решении необходимо было учитывать существенно различающиеся условия участка по обе стороны от канала Grassy Sound. Две постройки находились на полуострове в жилом районе с очень узкими улицами, что затрудняло доступ к участку. Кроме того, рабочая зона площадки была ограничена из-за близости дома, существующих линий электропередач и водного пути.

Новые сооружения также располагались на боковом откосе, покрытом каменной наброской, спускающемся к воде. Требовалась подготовка, чтобы стандартная строительная техника с резиновыми шинами и гусеничная техника могли передвигаться по площадке. Шпунтовые сваи были установлены полукругом вокруг низкой стороны склона, а затем засыпаны заполнителем, чтобы обеспечить ровную и устойчивую рабочую платформу. Сваи были спроектированы для вертикальной установки, что помогло ограничить общую площадь воздействия шпунтовых свай.

Две дополнительные конструкции, расположенные по ту сторону канала Травянистый звук, были недоступны для транспортных средств и требовали новаторского подхода. Десантное оборудование и рабочие катера использовались для доступа к этим местам по водным путям и установки фундаментов в очень чувствительной зоне окружающей среды. Переход от стандартного доступа к доступу по воде был расчетливым процессом, который потребовал нескольких корректировок. Было важно определить место рядом с водой, которое могло бы служить плацдармом и стартовой площадкой для спуска оборудования в воду.

Здесь те же самые экскаваторы, которые использовались на других сооружениях, были переведены на амфибийные гусеницы, которые могли плавать в открытой воде и пересекать болотистую местность типа заболоченной местности. Рабочие катера толкали амфибийное оборудование по открытой воде к месту строительства, откуда они затем могли вернуться на сушу. Таким же образом для перевозки материала использовались сани-амфибии.

Приверженность технике безопасности

Работа на воде или рядом с ней связана с дополнительным набором опасностей и средств контроля для обеспечения безопасности работников. Меры по обеспечению безопасности в этой ситуации включали разработку и реализацию плана действий в чрезвычайных ситуациях для конкретного проекта, который включал подробное обучение водным путям и наличие специализированного оборудования для обеспечения безопасности.
План действий в чрезвычайных ситуациях Олдриджа был разработан при содействии местных аварийно-спасательных служб и Береговой охраны США. Ключевые принятые меры включали закрытие водного пути для движения общественных судов и присутствие водолазов для экстренного реагирования на случай опрокидывания или опрокидывания. Кроме того, операторы амфибийного оборудования, находившиеся в кабине оборудования во время транспортировки по воде, должны были иметь действующий сертификат подводного плавания. Средства безопасности включали в себя спасательные круги, индивидуальные спасательные средства и баллоны с запасным воздухом, расположенные внутри кабин амфибийной техники.

Поддержание работы в соответствии со строгими экологическими требованиями, связанными с этими чувствительными зонами, также имело первостепенное значение. В воде по периметру рабочих зон была установлена ​​завеса от мути для контроля эрозии и наносов. Шпунтовые сваи у сооружений, расположенных на суше, также помогли в этом, обеспечив стабильную зону, которая не имела постоянного стока в воду. На острове у структур Grassy Sound оборудование было заправлено и на ночь поставлено в зоны локализации разливов, чтобы предотвратить воздействие утечек нефти и других аварийных выбросов на экосистему. Наконец, дополнительным преимуществом использования амфибийного оборудования было ограниченное давление на грунт, которое оно оказывает. При этом маты не требовались для доступа или ограничения нарушений грунта
(то есть рутирование).

Проект глубокого фундамента

Чтобы упростить строительство фундамента, Олдридж привлек компанию Magnum Piering для проектирования и производства материалов для фундамента. Олдридж и Magnum работали вместе, чтобы спроектировать основу для ограничений площадки и возможностей оборудования, используемого при установке. Двумя примерами этого были ограничение монтажного оборудования в зависимости от размера экскаватора, который можно было разместить на амфибийных гусеницах, и использование стали для соединения свай с конструкцией, чтобы избежать транспортировки бетона через канал.

Окончательное инженерно-техническое решение, использованное для поддержки конструкций трансмиссии, состояло из стальных приподнятых ростверков на круговой схеме винтовых свай высокой несущей способности. Винтовые сваи состоят из центрального стального вала с несколькими винтовыми несущими элементами. Сваи ввинчиваются в землю, как большой земляной винт. Они наносят минимальный ущерб окружающей среде и не оставляют отходов после бурения. Количество и размер спиральных элементов регулируются в зависимости от предполагаемых нагрузок и местных условий грунта и грунта. Центральный стальной вал рассчитан на комбинированные осевые, боковые и опрокидывающие нагрузки.

Круговое расположение близко расположенных винтовых свай использовалось в проекте от Миддл Тауншип до Вайлдвудс для поддержки больших монопольных конструкций с более высокими опрокидывающими нагрузками. Радиальное расположение стальных балок с центральной ступицей, часто называемое стальным ростверком, соединяло сваи вместе и обеспечивало расположение болтов для крепления конструкции. Стальные ростверки устранили потребность в бетоне и времени на отверждение. Башенные конструкции были установлены на ростверки сразу после монтажа.

Винтовые сваи обладают многими преимуществами по сравнению с другими типами фундаментов. Их можно устанавливать практически на любой глубине, добавляя удлинители к ведущей секции один за другим до тех пор, пока не будет достигнут несущий слой. Длину винтовых секций свай можно отрегулировать в соответствии с вылетом монтажного оборудования для повышения экономии или укоротить для работы под воздушными линиями, ограничивая или исключая перебои в подаче электроэнергии во время строительства фундамента. Гусеничное оборудование, используемое для установки винтовых свай, как правило, легче и мобильнее, чем традиционные сваебойные установки и кессоны, что снижает затраты на мобилизацию и увеличивает производительность.

Основным преимуществом винтовых свай является то, что крутящий момент при установке можно соотнести с грузоподъемностью сваи. Измерение крутящего момента при установке винтовой сваи служит важной проверкой качества. Использование соотношений крутящего момента с грузоподъемностью особенно важно в районах с ограниченной геотехнической информацией или изменяющимися грунтовыми условиями.

Испытания и соответствие требованиям

В рамках этого проекта, а также многих проектов фундаментов глубокого заложения было проведено испытание на статическую нагрузку ASTM D1143 для проверки конструкции и подтверждения несущей способности сваи. Силовая рама, состоящая из основной реактивной балки и двух поперечных балок, была построена над первым местом конструкции и закреплена с помощью четырех рабочих свай. Жертвенная тестовая свая была установлена ​​в центре куста эксплуатационных свай. Нагрузка применялась с помощью стандартного гидроцилиндра. Смещение головы сваи измерялось с помощью индикаторов часового типа и оптического датчика.

Из-за высокой достоверности размеров винтовых свай и дополнительной гарантии корреляции крутящего момента при установке, испытание под нагрузкой было проведено вместе с установкой производственной сваи, чтобы снизить затраты на мобилизацию и ускорить проект. Испытание под нагрузкой подтвердило, что осевая нагрузка и прогибы близки к прогнозируемому поведению сваи, использованному в качестве основы для расчета.

Все секции винтовых свай, элементы ростверка и крепежные элементы были оцинкованы методом горячего погружения в соответствии с ASTM A123/A153 для защиты от коррозии. Цинковое цинкование защищает нижележащую сталь двумя способами:

• Проявляет пассивность — процесс, при котором на оцинкованных поверхностях образуется изолирующая белая пленка, значительно снижающая электропроводность и подавляющая электрохимический процесс коррозии.
• Он жертвует собой, чтобы защитить основную сталь из-за своего положения в гальванической серии.

Чтобы гарантировать долговечность фундамента, были выполнены инженерные расчеты для оценки скорости истощения цинка и стали. Все надземные и подземные компоненты фундамента были утолщены, чтобы учесть ожидаемые потери от коррозии в течение расчетного срока службы конструкции. Конструктивные расчеты также были выполнены с использованием этих уменьшенных сечений, чтобы обеспечить адекватные коэффициенты безопасности в конце расчетного срока службы.

Компоненты ростверка и спиральных свай были изготовлены на заводе Magnum Piering американскими рабочими из американской стали в соответствии с программой качества, сертифицированной по стандарту ISO9001, и доставлены на строительную площадку готовыми к сборке. Куски соединялись между собой и скреплялись болтами, а затем весь ростверк натягивался на сваи единым блоком. Соединительные стержни, крепящие ростверк к сваям, крепились тяжелыми шестигранными гайками, затянутыми с определенным прижимным усилием. Затем контргайка была затянута поверх основной шестигранной гайки.

Уникальная конструкция Magnum допускала отклонение положения сваи до 2,5 дюймов (63,5 мм) в любом направлении и смещение сваи на 2 градуса, что упрощало монтаж. Перед необходимой доставкой на место специалисты отдела качества Magnum собрали весь ростверк, чтобы обеспечить форму, посадку и функциональность. Схемы расположения болтов были тщательно согласованы с чертежами производителя опор ЛЭП.

Миссия выполнена

Успех проекта «От Мидл Тауншип до Вайлдвудс» можно объяснить изобретательностью команды и инновациями, направленными на борьбу с уникальными характеристиками местности. Без использования амфибийного оборудования и винтового фундамента этот проект был бы невозможен.
Внимание к безопасности, защите окружающей среды и общему качеству сделало этот сложный проект выдающимся. Оптимизация проектных решений и полная интеграция команды проекта позволили эффективно решать проблемы в уникальном стечении обстоятельств.

Джон ДеКлементе, PMP, имеет почти 35-летний опыт управления проектами, в настоящее время работает старшим менеджером проектов в Atlantic City Electric в течение последних четырех лет. Он отвечает за создание основных программ обеспечения надежности и регулирования. До работы в Atlantic City Electric ДеКлементе 30 лет работал в ABB Group и Bechtel Construction. Имеет степень MBA и сертификат Института управления проектами.

Люк Обукович — ведущий оценщик в Aldridge Electric. Выпускник Университета Иллинойса, он использует свой опыт в области гражданского строительства
, чтобы участвовать в торгах, планировать и управлять проектами и программами в области электрической инфраструктуры в США. Обукович имеет более чем 12-летний опыт работы в качестве руководителя проекта и оценщика, поддерживающего проекты бурения фундамента для Aldridge.

Ховард Перко, доктор философии, PE, технический директор Magnum Piering, американской производственной компании со штаб-квартирой в Цинциннати,
Огайо, которая специализируется на винтовых сваях и фундаментах для сооружений электропередач. Доктор Перко имеет 30-летний опыт работы инженером-геоконструктором и является автором учебника «Винтовые сваи: практическое руководство по проектированию и установке». Доктор Перко является адъюнкт-профессором Университета штата Колорадо и доверенным лицом комитета по передаче электроэнергии Института глубинных фундаментов (DFI).

Для получения дополнительной информации

Aldridge Electric Inc. | www.aldridgegroup.com
Пирсинг Магнума | www.magnumpiering.com

Сборный сборный ростверковый фундамент и способ его изготовления

Изобретение относится к сборному сборному ростверковому фундаменту для поддержки сооружения и к способам изготовления такого сборного сборного ростверкового фундамента из цементной смеси.

Обычно ростверковые фундаменты используются для поддержки различных конструкций, например линий электропередач, которые обычно предназначены для передачи и распределения тяжелых сосредоточенных нагрузок на грунты с низкой несущей способностью. Эти фундаменты ростверка противостоят подъемным и осевым силам, возникающим из-за собственного веса башни и боковых и продольных нагрузок от проводов передачи в нормальных условиях и / или в условиях оборванного провода. Помимо таких сил, фундамент воспринимает также ветровые и гололедные нагрузки на корпус башни, изоляторы и проводники.

Ростверковые фундаменты предшествующего уровня техники состоят из одного или нескольких слоев оцинкованных стальных балок, перпендикулярных друг другу и собранных на месте.

В настоящее время в отрасли электропередачи все чаще возникают проблемы с коррозией элементов из оцинкованной стали, как правило, вблизи уровня земли и под землей. Тот факт, что фундамент ростверка находится под землей и труднодоступен для осмотра при техническом обслуживании, увеличивает риск внезапных отказов башни, что может привести к отключению электроэнергии. По этим причинам существующий фундамент из стальных ростверков является менее надежным решением для отрасли линий электропередач.

Кроме того, оцинкованный стальной материал, используемый в фундаментах ростверков, имеет сроки поставки от шести месяцев и более. Важно отметить, что в некоторых юрисдикциях окно строительства линий электропередачи составляет всего четыре месяца. По этой причине заказ материалов с длительными сроками поставки не позволяет инженерам согласовать проект с реальными требованиями к грунту, которые можно получить только в течение строительного сезона.

В соответствии с одним аспектом настоящего изобретения предложен унифицированный сборный ростверковый фундамент для поддержки конструкции, содержащий: множество анкерных элементов, образующих сетку для опирания на подстилающую поверхность; основание, соединенное с сеткой, причем основание содержит по меньшей мере первое основание и второе основание, разнесенные друг от друга, и по меньшей мере один соединительный элемент между по меньшей мере первым основанием и вторым основанием и соединен с ними; и балка-колонна, выступающая вверх от основания.

В соответствии с описанным здесь аспектом монолитного ростверкового фундамента балка-колонна выступает вверх от основания под углом менее 90° над горизонталью.

В соответствии с другим аспектом описываемого здесь монолитного ростверкового фундамента, по меньшей мере, один соединительный элемент и балка-колонна образуют перевернутое Т-образное поперечное сечение, соединенное между по меньшей мере первым основанием и вторым основанием.

В соответствии с еще одним аспектом описанного здесь монолитного ростверкового фундамента множество анкерных элементов представляют собой бетонные балки в сетке, выровненные в продольном направлении и поперек, по меньшей мере, первого основания и второго основания.

В соответствии с еще одним аспектом описываемого здесь монолитного ростверкового фундамента множество бетонных балок представляют собой двутавровые балки.

В соответствии с еще одним аспектом описанного здесь унифицированного сборного каркасного фундамента, множество бетонных балок представляют собой цементные композиции, армированные волокнами, со сверхвысокими характеристиками.

В соответствии с еще одним аспектом описываемого здесь монолитного ростверкового фундамента, по крайней мере, первое основание и второе основание являются высокоэффективными сульфатостойкими бетонными основаниями.

В соответствии с еще одним аспектом описанного здесь унифицированного сборного ростверкового фундамента, в котором соединительный элемент и балка-колонна представляют собой высокоэффективный сульфатостойкий бетонный элемент.

В соответствии с еще одним аспектом описанного здесь унифицированного сборного ростверкового фундамента балка-колонна дополнительно содержит телескопическую систему, расположенную в верхней части балки-колонны, соединяемую с опорной конструкцией.

В соответствии с другим аспектом настоящего изобретения предлагается монолитный ростверковый фундамент по п.9.0115 10 , отличающийся тем, что телескопическая система содержит пластину, заделанную в верхнюю часть балки-колонны с центральным отверстием, и регулируемую стальную секцию, входящую в центральное отверстие и соединенную с пластиной, при этом регулируемая стальная секция включает в себя верхнюю соединение стальной пластины, соединяемое с опорной конструкцией.

В соответствии с еще одним аспектом настоящего изобретения предложен способ изготовления монолитного ростверкового фундамента, включающий: обеспечение множества анкерных элементов; укладку множества анкерных элементов в виде сетки; соединение арматурного каркаса поперечно поперек и с каждым анкерным элементом решетчатой ​​формации; и соединение арматурного каркаса с балкой-колонной, содержащей поддерживающий арматурный стержень, посредством соединения между арматурным каркасом и поддерживающим арматурным стержнем; формирование формы или форм вокруг арматурного каркаса и соединения опорной арматуры; заливка цементной смеси в форму или формы; и позволяя цементной смеси затвердеть.

В соответствии с еще одним аспектом описанного здесь способа балка-колонна прикрепляется к соединительному элементу, содержащему соединение опорной арматуры.

В соответствии с одним вариантом осуществления описанного здесь способа, соединение арматурного каркаса с каждым анкерным элементом из множества анкерных элементов осуществляется с помощью стержневого хомута, прикрепленного к каждой балке.

В соответствии с другим вариантом описанного здесь способа балка-колонна, соединенная с ростверковым фундаментом, расположена под углом менее 90° над горизонталью.

В соответствии с еще одним вариантом осуществления описанного здесь способа соединение арматурного каркаса и поддерживающего арматурного стержня осуществляется посредством переплетения арматурного каркаса и поддерживающего арматурного стержня.

В соответствии с еще одним вариантом осуществления описанного здесь способа цементная смесь, заливаемая в форму или формы, представляет собой высокоэффективный сульфатостойкий бетон.

В соответствии с другим вариантом осуществления описанного здесь метода колонна балки и соединительный элемент представляют собой предварительно напряженную балку.

Некоторые преимущества унитарного железобетонного ростверка в соответствии с настоящей заявкой включают:

• • Отличная долговечность
    • Коррозионная стойкость
    • Непроводящий (электрически)
    • Устойчивость к морозу/оттаиванию
    40 Ожидаемый срок службы 40 S 9014 9014 100 лет
  • Конструктивное проектирование и местное производство
    • Способность выдерживать большие подъемные и сжимающие нагрузки. 100-летний дизайн мероприятия загружает
    • Гибкость настройки конструкции в соответствии с реальными требованиями к почве.
    • Местное производство сборных железобетонных изделий точно в срок с мощностью, соответствующей возможностям установки на месте.
  • Преимущества технологичности.
    • Сборка на месте не требуется
    • Скорость строительства
    • Простота обратной засыпки и уплотнения по сравнению с системой стальных ферм
    • Гибкость в регулировке высоты
    • Гибкость в горизонтальной регулировке
    • Возможность регулировки для различных типов почвы
  • Преимущества безопасности.
    • Одноточечный и/или четырехточечный подъемник, обеспечивающий горизонтальную установку без присутствия людей в вырытой яме.
  • Преимущества в области устойчивого развития
    • Экономичность: снижение первоначальных затрат и стоимости жизненного цикла
    • Чрезвычайная долговечность без необходимости технического обслуживания, обеспечивающая улучшенную оценку жизненного цикла1 Экология: использование микрокремнезема в качестве продукта вторичной переработки
    • Экология: региональная близость к источникам готовой продукции
    • Социально-экономическая: создание государственных рабочих мест для новых производственных предприятий

чертежи, иллюстрирующие конкретные варианты осуществления настоящего изобретения, на которых:

РИС. 1 показан изометрический вид монолитного ростверкового фундамента согласно варианту осуществления настоящего изобретения;

РИС. 2 показан другой вид в изометрии блочного сборного ростверкового фундамента, показанного на фиг. 1 включая систему гибкости, соединяемую с опорной конструкцией;

РИС. 2 a представляет собой схематическое изображение линии электропередачи, включая подземное размещение ростверка фундамента по настоящему изобретению;

РИС. 3 — схематический вид ростверка фундамента по фиг. 1 в котловане при устройстве ростверкового фундамента по фиг. 1;

РИС. 4 показан вид в плане основания и размещения четырех унифицированных сборных ростверковых фундаментов, показанных на фиг. 1 для поддержки четырехопорной опоры ВЛ типа RC22A-2;

РИС. 5 — изометрия размещения арматурной каркасной конструкции подошвы на анкерной сетке ростверкового фундамента по одному из вариантов; и

РИС. 6 показан изометрический вид фундамента ростверка, включая внутренний вид элементов арматурного каркаса согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения.

Ссылаясь на чертежи и, в частности, на фиг. 1, унифицированный сборный ростверковый фундамент 10 по настоящему изобретению включает сетку 30 , основание 40 , соединенное с сеткой 30 , и балку-колонну 60 , выступающую вверх от основания 160 .

Под термином «унифицированный», как он используется здесь, понимается ростверковый фундамент 10 по настоящей заявке, унифицированный как законченный узел, который полностью собран и не нуждается в сборке на строительной площадке.

Под термином «сборный железобетон», как он используется в настоящем документе, понимается ростверковый фундамент, изготавливаемый путем заливки бетона в многоразовую форму или «форму», которая затем отверждается в контролируемой среде, транспортируется на строительную площадку и поднимается на место.

Под термином «балка-колонна», используемым здесь, понимается по меньшей мере одна колонна 60 , выступающая вверх из основания 40 , которая сопротивляется толчкам в направлении своей собственной длины. В предпочтительном варианте только одна балка-колонна 60 крепится к соединительной поперечине 50 , и вместе они образуют (перевернутую) Т-образную балку-колонну. В предпочтительном варианте колонна балки 60 подвергается предварительному напряжению перед креплением к фундаменту. В особенно предпочтительном варианте осуществления как колонна балки 60 , так и соединительный элемент 50 подвергаются предварительному напряжению перед креплением к опорам.

Термин «цементная смесь» означает смесь вяжущих материалов и гидравлического цемента. В предпочтительном варианте вяжущей смесью является бетон.

Все еще ссылаясь на РИС. 1 показано множество анкерных элементов, которые в предпочтительном варианте представляют собой бетонные балки , 32, , образующие сетку , 30, для опирания на подстилающую поверхность. Сетка 30 может содержать любое подходящее количество лучей 32 . Как показано на фиг. 1, сетка 30 содержит восемь лучей 32 , равномерно расположенных и параллельных друг другу. Однако следует понимать, что между 4 и 12 лучами 32 , чтобы балки 32 не обязательно располагались на равном расстоянии или были точно параллельны друг другу. Однако предпочтительно, чтобы балки были хотя бы частично выровнены, чтобы образовать сетку 30 и таким образом равномерно распределить вес конструкции. Балки обычно имеют одинаковую длину 36 , которая обычно составляет от 3 до 5 м (предпочтительно 3,25 м), и высоту 37 от 0,2 м до 0,4 м, предпочтительно 0,3 м.

Как показано на РИС. 1, балки 32 имеют I-образную форму. Однако следует понимать, что возможна и другая форма пучка, например, S-образная, C-образная или L-образная и т.п. По меньшей мере в другом варианте реализации балки , 32, состоят из цементной композиции, армированной волокнами, со сверхвысокими характеристиками. Балки 32 предварительно напряжены и изготовлены в соответствии с запатентованной компанией Lafarge UHPC под торговой маркой DUCTAL™. Такие композиты раскрыты в патенте США No. №№ 6 478 867; 6 881 256; и 6,723,162, которые специально включены сюда в качестве ссылки.

Основание 40 содержит по крайней мере первую опору 42 и вторую опору 44 , расположенные на расстоянии друг от друга, и по крайней мере одну соединительную поперечину 50 , расположенную между первой опорой 42 и соединенную с ней. и второй фундамент 44 (или первая и вторая поперечные балки). Как показано на фиг. 1, по крайней мере, первая опора , 42, и вторая опора , 44, в основном параллельны друг другу и расположены по существу поперечно, а в предпочтительном варианте осуществления перпендикулярно множеству балок 9.0115 32 сетки 30 . Фундаменты установлены на сетке 30 и соединены с балками 32 таким образом, что вес переносится вниз на сетку. Длина фундаментов 38 в основном соответствует ширине сетки 30 и обычно равна длине балки (от 3 до 5 м). Фундаменты обычно имеют высоту 41 , которая составляет от 0,3 до 0,6 м, предпочтительно 0,525 м, и ширину 43 (РИС. 2) от 0,2 до 0,4 м, предпочтительно 0,25 м. Высота 41 и ширина 43 могут варьироваться по длине фундаментов 42 и 44 . Понятно, что возможно любое подходящее расположение на расстоянии друг от друга по меньшей мере первого основания 42 и второго основания 44 на сетке 30 .

В альтернативном варианте может быть одна опора, имеющая одинаковую длину и контактирующая со всеми балками 32 сетки 30 , но большей ширины, примерно равной расстоянию между двумя фундаментами 42 и 44 . Основание с одинарным основанием этого типа может иметь площадь основания, подобную той, что создается первой опорой , 42, и второй опорой , 44, , показанными на фиг. 1. Такая конструкция с одинарной опорой менее предпочтительна и увеличивает вес основания 40 .

Как минимум первый фундамент 42 и второй фундамент 44 физически соединены с множеством балок 32 решетки 30 с помощью любых подходящих соединительных средств, которые могут быть использованы для целей фундамента ростверка 10 . По меньшей мере в одном варианте осуществления (не показан), по меньшей мере, первая опора 42 и вторая опора 44 соединены с двутавровыми балками 32 решетки 30 с помощью нержавеющих стальных штифтовых соединений. По меньшей мере в другом варианте осуществления по меньшей мере первое основание 42 и второе основание 44 состоят из предварительно напряженного бетона с высокими эксплуатационными характеристиками, устойчивого к сульфатам (HPC).

Основание 40 может содержать одну или несколько распорок, расположенных между первой опорой 42 и второй опорой 44 и соединенных с ней для большей поддержки. Одна или несколько скоб могут быть изготовлены из любого подходящего материала, например из бетона и т.п. Распорки могут быть соединены по крайней мере с первой опорой 42 и второй опорой 9.0115 44 любыми подходящими соединительными средствами, которые могут быть использованы для целей фундамента ростверка 10 . Альтернативно, одна или более раскосов могут быть выполнены за одно целое с по меньшей мере первой опорой 42 и второй опорой 44 . Как показано на фиг. 1, основание 40 может содержать первую бетонную скобу 46 и вторую бетонную скобу 48 , расположенную между и соединенную с по меньшей мере первой опорой 42 и второй опорой 9.0115 44 . В предпочтительном варианте (не показан) фундаменты 42 и 44 могут включать 2 или более подъемных петли, в особо предпочтительном варианте на ростверк фундамента 10 приходится четыре петли, причем подъемные петли выполнены из стали, каждая петля, отходящая вверх от оснований и расположенная рядом с дополнительными скобами 46 и 48 .

Все еще ссылаясь на РИС. 1, по крайней мере, одна бетонная поперечина 50 можно комбинировать с балкой-колонной 60 для получения Т-образной балки-колонны 52 , расположенной в перевернутом положении. Т-образная балка 52 поперечины 50 имеет противоположные концы 54 , 56 , каждый из которых соединен по меньшей мере с первой опорой 42 и второй опорой 44 . Однако следует понимать, что другие формы поперечины 50 / балки-колонны 60 , отличные от Т-образной балки-колонны 52 также возможно. Длина поперечины 53 (фиг. 2) представляет собой расстояние между первой опорой 42 и второй опорой 44 и составляет от 1 до 2 м, предпочтительно 1,3 м. Поперечина имеет высоту поперечного сечения 51 (выровненную по длине 57 балки-колонны) в диапазоне от 0,4 до 0,5 м, причем особенно предпочтительно 0,425 м.

Соединительная поперечина 50 может быть дугой, выпуклой или вогнутой, или перевернутой V. Также подразумевается, что соединение между (перевернутой) Т-образной балкой-колонной 52 и, по крайней мере, первый фундамент 42 и второй фундамент 44 могут быть любыми подходящими соединительными средствами, которые могут быть использованы для целей фундамента ростверка 10 . По крайней мере, в одном варианте осуществления, по крайней мере, один соединительный элемент 50 состоит из высокопрочного предварительно напряженного бетона, стойкого к сульфатам (HPC).

Хотя балка-колонна 60 может иметь вертикальную ориентацию (под углом 90° 58 к горизонтали), в предпочтительном варианте балка-колонна 60 имеет угол 58 от горизонтали менее 90° и более 45°; более предпочтительно более 60° и наиболее предпочтительно более 70°. В особенно предпочтительном варианте угол 58 составляет 75° или 79° от горизонтальной плоскости.

Как минимум в одном варианте балка-колонна 60 крепится по крайней мере к одному бетонному элементу 50 , однако балка-колонна 60 может альтернативно крепиться к основанию 40 , по крайней мере, на первом основании 42 и на втором основании 44 , или в комбинации, по крайней мере, на первом основании 42 и на втором основании 44 и, по крайней мере, на одной бетонной поперечине 50 . Как показано на фиг. 1, по крайней мере, одна бетонная поперечина 50 и балка-колонна 60 выполнены как единое целое. Термин «интегрально сформированный», используемый здесь, понимается как относящийся к балке-колонне 60 , выполненный из армированного бетоном материала, общего по меньшей мере с одним бетонным элементом 50 , и соединение не имеет механических соединений. Термин «цельно сформированный» в равной степени относится к фундаменту ростверка в сборе 10 .

Верх балки-колонны 60 соединяется с опорной конструкцией, например, с одной из опор опоры ЛЭП. Колонна 60 может содержать телескопическую систему 80 , включающую соединительную пластину 9 балки-колонны.0115 82 встроенный в балку-колонну 60 . В предпочтительном варианте осуществления соединительная пластина 82 представляет собой стальную пластину, определяющую центральное отверстие, которое соединено сваркой или иным образом встроено в верхнюю часть колонны 60 . Обычно цилиндрическая и необязательно полая охватываемая стальная секция 86 помещается в центральное отверстие соединительной пластины 82 , регулируется по высоте и затем приваривается к соединительной пластине 82 . Колонка 9Таким образом, номер 0115 60 определяет полую часть в верхней части колонны 60 , в которую входит охватываемая часть 86 . Обращаясь к фиг. 2, в другом варианте соединительная пластина 82 включает в себя полый охватывающий стальной профиль 84 , выступающий в продольном направлении вверх из пластины 82 балки-колонны 60 , при этом регулируемый, как правило, цилиндрический полый охватываемый стальной профиль 86 входит внутрь полая женская стальная секция 84 , и оснащен конструкцией, соединяющей стальную плиту 88 , к которой балка-колонна 60 ростверка фундамента 10 соединяется с опорной конструкцией. Телескопическая система 80 имеет то преимущество, что обеспечивает вертикальную и горизонтальную гибкость для регулировки соединения между опорной конструкцией и унифицированным сборным ростверковым фундаментом 10 .

Вертикальная гибкость достигается за счет регулировки круглого полого стального профиля 86 внутри полой внутренней стальной секции 84 . После регулировки по вертикали круглый полый стальной профиль 86 приваривается внутри полого стального профиля 84 . Ясно, что положения секций 84 , 86 можно поменять местами так, чтобы полая охватывающая секция была соединена с конструкцией.

Горизонтальная гибкость достигается за счет зазора ±25 мм в любом направлении. Таким образом, часть опорной конструкции может быть соединена с соединением 9 из стальной пластины.0115 88 . Понятно, что соединение может быть выполнено посредством любого подходящего соединения, такого как, например, приваривание части к конструкции, которая должна поддерживаться, к соединению 88 из стальной пластины.

Обратимся теперь к фиг. 2 a , на котором проиллюстрировано схематическое изображение опоры электропередачи, поддерживаемой унифицированным сборным ростверковым фундаментом по настоящему изобретению. Следует отметить, что фундамент ростверка расположен под углом, чтобы наилучшим образом поддерживать нижнюю конструкцию опоры ЛЭП, и что фундамент ростверка установлен ниже отметки 2.

Обращаясь к РИС. 3, на которой показана установка ростверкового фундамента в котловане 7 на выровненной поверхности 9 , так что котлован примерно соответствует высоте 59 ростверкового фундамента 10 . Котлован под ростверковый фундамент 10 может быть с наклонными стенками 7 или прямыми стенками 8 или их комбинацией. Важной особенностью котлована является то, что грунт, на который садится ростверк фундамента, уплотняется и выравнивается. Также необходимо отметить, что ростверковый фундамент 10 , описанный здесь, не требует установки в приямке с бетонными стенами, как того требуют стальные конструкции, используемые в настоящее время.

In use, four unitized precast grillage foundations of the present application for supporting a four legged overhead line tower type RC22A-2 with the following foundation reaction:

		TRANSVERSE
	VERTICAL	СДВИГ	ПРОДОЛЬНЫЙ
LOAD TYPE	(kN)	(kN)	SHEAR (kN)
Compression	672	105. 7	103.8
uplift	536.9	87	80

Устойчивость к поперечному и продольному сдвигу такая же, как и у обычного стального ростверка с одностоечным W-образным профилем.

Четыре фундамента ростверка могут быть расположены таким образом, что каждая из четырех опор опор опоры ВЛ опирается на них. Как показано на фиг. 4 четыре фундамента 10 ростверка в соответствии с настоящим описанием расположены каждый в соответствующем углу воображаемого квадрата, причем каждый угол соответствует положению каждой опоры опоры ВЛ. ИНЖИР. 4 также показано, что длина балки 36 и ширина сетки 38 могут иметь одинаковую длину, однако длина балки 36 и длина сетки 38 могут иметь разные значения. Обычно длина луча составляет 20 футов, а длина сетки — 20 футов. Понятно, что необходимое количество фундаментов ростверка 10 , а также их конфигурация могут варьироваться в зависимости от конфигурации поддерживаемой конструкции. Расстояние 34 между противоположными ростверковыми фундаментами 10 примерно в три раза больше их длины или от 12 до 20 м, предпочтительно 15 м.

Обращаясь к РИС. 5, иллюстрирующий способ изготовления фундамента ростверка 10 . Прежде всего, предусмотрено множество соответствующих анкерных элементов, которые в предпочтительном варианте представляют собой балки. Анкерные элементы укладываются на ровную поверхность в виде сетки. В предпочтительном варианте анкерные элементы расположены параллельно друг другу. В другом варианте анкерные элементы укладываются на одинаковом расстоянии друг от друга.

Затем арматурный каркас или конструкция из арматурных стержней размещается поперек и соединяется с каждым из анкерных элементов решетчатой ​​формации. Различные соединительные средства, в том числе стремена 64 , включающие установочный выступ 65 , крепятся к балкам. Поперечная балка и балка-колонна выступают наружу от поперечины через основание 62 усиливающей конструкции. Основание усиливающей конструкции 62 и удлинение поперечины усиливающей конструкции 67 могут быть переплетены, сварены или переплетены и сварены таким образом, чтобы обеспечить надежное размещение поперечины и балки-колонны. Хотя это и не указано, в конструкцию, соединяющую основание 9 армирующей конструкции, также могут быть включены различные установочные выступы.0115 62 и удлинитель поперечины усиливающей конструкции 67 .

Таким образом, основание ростверкового фундамента соединяется через арматурную конструкцию основания 62 и поддерживающее арматурное удлинение 67 , отходящее от поперечины. С балкой-колонной 60 в правильной стабильной ориентации с углом или без угла 58 от горизонтали. Форма или формы формируются вокруг фундамента арматурного каркаса арматурного каркаса. Затем цементная смесь/бетон заливается в формы, образующие конструкцию ростверка. Сформированный метраж не подвергается предварительному напряжению.