10. Основания и фундаменты
10.1. Основные положения
10.1.1. Проектирование основания и фундаментов под резервуар должно выполняться специализированной проектной организацией с учетом положений ГОСТ Р 52910-2008, СНиП 2.02.01-83*, СНиП 2.02.03-85; СНиП 2.02.04-88; СНиП II-7-87 и дополнительных требований настоящего Стандарта.
10.1.2. Материалы инженерно-геологических и гидрологических изысканий площадки строительства должны содержать следующие сведения о грунтах и грунтовых водах:
— литологические колонки под пятно резервуара, количество, глубина и расположение которых должны обеспечить построение достоверных разрезов вдоль контурной окружности основания и по ее диаметрам;
— физико-механические характеристики грунтов, представленных в литологических колонках (удельный вес γ, угол внутреннего трения φ, сцепление С, модуль деформации Е, коэффициент пористости ε);
— расчетный уровень грунтовых вод с прогнозом гидрологического режима на ближайшие 20 лет для резервуаров объемом до 10000 м 3 и на 50 лет для резервуаров объемом более 10000 м 3 .
Кроме того, если сжимаемая толща представлена слабыми грунтами (модуль деформации менее 10 МПа), то для каждой грунтовой разности должны быть приведены значения коэффициента фильтрации.
Для величин физико-механических характеристик грунтов должны приводиться однозначные расчетные значения.
При проектировании фундаментов резервуаров в сложных инженерно-геологических условиях инженерные изыскания должны выполняться специализированными организациями и содержать данные для выбора типа оснований и фундаментов с учетом возможного изменения (в процессе строительства и эксплуатации) инженерно-геологических и гидрологических условий площадки строительства.
10.1.3. Расчет основания по деформациям предусматривает определение расчетных значений величин, характеризующих абсолютные и относительные перемещения фундаментных конструкций и элементов стальной оболочки резервуара с целью их ограничения, обеспечивающего нормальную эксплуатацию резервуара и его долговечность.
10.1.4. Расчет осадок основания резервуара следует выполнять, как правило, с использованием расчетной схемы основания в виде линейно-деформируемой среды: полупространства с условным ограничением глубины сжимаемой толщи или слоя конечной толщины.
В случае, если расчетные значения деформаций основания превышают предельные значения, следует выполнить расчет осадок с учетом совместной работы оболочки резервуара и основания, рассматривая расчетную схему основания, характеризуемую коэффициентами жесткости, в качестве которых принимаются отношения давления на основание к его расчетным осадкам в различных точках поверхности согласно рекомендациям СНиП 2.01.09.
Расчет системы «резервуар-основание» может быть выполнен также с использованием существующих вычислительных комплексов по определению осадок фундаментов с учетом взаимодействия основания и оболочки резервуара.
10.1.5. Проектная высота расположения днища резервуара определяется технологическим заданием, однако, эта высота должна превышать максимальный уровень окружающей спланированной поверхности земли минимум на 0.5 м, а после достижения основанием расчетных осадок высота днища над уровнем окружающей земли должна быть не менее 0,15 м.
10.1.6. В проекте КМ должно быть представлено задание для проектирования основания и фундаментов под резервуар, включающее расчетные реактивные усилия (нагрузки), передаваемые от корпуса резервуара на его фундамент, а также величины допустимых деформаций основания.
10.2. Расчет нагрузок на основание и фундамент резервуара
10.2.1. Реактивные усилия, передаваемые с корпуса на основание и фундамент резервуара, определяются в зависимости от конструктивных, технологических, климатических, сейсмических нагрузок и их сочетаний, приведенных в таблице П.4.6 Приложения П.4.
10.2.2. В состав нагрузок, передаваемых по контуру стенки резервуара на его фундамент, входят нагрузки двух типов.
Нагрузки первого типа, обеспечивающие осесимметричное распределение усилий по контуру стенки, включают:
— вес резервуара с учетом оборудования и теплоизоляции, за вычетом центральной части днища;
— избыточное давление и разрежение в газовом пространстве резервуара.
Нагрузка второго типа возникает от ветрового воздействия на корпус резервуара и создает кососимметричное распределение усилий по контуру стенки.
Ветровая нагрузка вызывает появление опрокидывающего момента, вычисляемого относительно точки, расположенной на оси симметрии опорного контура стенки с подветренной стороны резервуара. Нагрузки первого типа создают момент, препятствующий опрокидыванию резервуара.
10.2.3. Перечень необходимых расчетов включает:
— определение нагрузок на центральную часть днища в условиях эксплуатации, гидро- пневмоиспытаний и при сейсмическом воздействии;
— расчет максимальных и минимальных нагрузок по контуру стенки в условиях эксплуатации и при сейсмическом воздействии;
— проверку на отрыв окраек днища от фундамента при действии внутреннего избыточного давления на пустой резервуар;
— проверку на опрокидывание пустого резервуара путем сравнения опрокидывающего момента и момента от удерживающих сил;
— проверку резервуара с продуктом на опрокидывание в условиях землетрясения;
— расчет анкеров, если происходит отрыв окраек днища от фундамента при действии внутреннего давления на пустой резервуар;
— расчет анкеров, если устойчивость пустого резервуара от опрокидывания не обеспечена;
— расчет анкеров, если устойчивость резервуара с продуктом от опрокидывания при землетрясении не обеспечена.
Расчет нагрузок на основание и фундамент резервуара при землетрясении приведен в п. 9.6.6.
10.2.4. Опрокидывающий момент, действующий на резервуар в результате ветрового воздействия, вычисляется по формуле:
10.2.5. Расчетная погонная нагрузка по контуру стенки характеризуется максимальным и минимальным значениями, соответствующими диаметрально противоположным участкам фундамента (рис. 10.1). Максимальная и минимальная нагрузки определяются соответственно, как сумма и разность максимальных нагрузок первого и второго типа (с учетом знаков). Расчетная нагрузка по контуру стенки в основании резервуара определяется по формулам:
Рис. 10.1. Нагрузки на фундамент, передаваемые по контуру стенки резервуара
10.2.6. Расчетная вертикальная нагрузка на фундамент резервуара, соответствующая 1-му расчетному сочетанию нагрузок (таблица П. 4.6 Приложения П.4), составляет:
10.2.7. Если теплоизоляция, или вакуум, или снеговая нагрузка отсутствуют, формула 10.2.6 должна быть приведена в соответствие с полученным сочетанием нагрузок.
10.2.8. Коэффициент fs назначается согласно указаниям п. 9.2.3.1.7.
10.2.9. Нагрузки на центральную часть днища определяются исходя из величины внутреннего избыточного давления, максимального проектного уровня налива и плотности продукта (эксплуатация) или воды (гидро- пневмоиспытания). Эту нагрузку следует определять по формулам:
pf = γn[0,001g(ρH + ρstbc) + 1,2p],
Pfg = γn[0,001g(ρgH0g + ρstbc) + 1,25p].
10.2.10. Требования по установке анкеров
10.2.10.1. Анкеровка корпуса резервуара требуется если:
— происходит отрыв окраек днища от фундамента при действии внутреннего избыточного давления;
— момент от сил, вызванных ветровым воздействием, превышает момент от вертикальных удерживающих сил, действующих на пустой резервуар.
10.2.10.2. В случаях, указанных в п. 10.2.10.1, стенка резервуара прикрепляется к фундаменту анкерными устройствами, шаг установки и размеры которых определяются расчетом.
10.2.10.3. Требуется установка анкеров, если выполняются следующие неравенства, соответствующие условиям п. 10.2.10.1:
Qmin 3 и не менее 1,0 для резервуаров объемом свыше 3000 м 3 . Толщина железобетонного кольца принимается не менее 0,3 м. При строительстве резервуаров в сейсмических районах наличие кольцевого железобетонного фундамента является обязательным. Ширина кольца должна быть не менее 1.5 м, а толщина не менее 0,4 м.
Рис. 10.4. Сплошная железобетонная плита
10.3.4. Фундамент в виде сплошной железобетонной плиты рекомендуется для резервуаров диаметром не более 15 м на немерзлых грунтах, для всех резервуаров на мерзлых грунтах, а также для всех резервуаров при хранении в них этилированных бензинов, реактивного топлива или иных ядовитых продуктов. Для обнаружения возможных протечек продукта железобетонная плита должна иметь уклон не менее 1 % от центра к периметру, а также радиально расположенные дренажные канавки.
Источник
Фундаменты под резервуары
Фундамент — это часть сооружения, передающая нагрузку от веса сооружения на грунты основания и распределяющая эту нагрузку на такую площадь основания, при которой давления по подошве не превышают расчетных. По форме в плане фундаменты бывают сплошные в виде плит под всем сооружением, ленточные—только под стены сооружения и столбчатые в виде отдельных опор. Выбор того или иного вида фундамента под вертикальные резервуары зависит от сопротивления грунта, могущего служить основанием, сжатию, пучинистостью грунта при сезонных промерзаниях, глубины его залегания, очертания сооружения в плане, а также от величины нагрузки и схемы передачи ее на грунты основания.
При устройстве фундамента резервуара должно быть предусмотрено проведение мероприятий по отводу грунтовых вод и атмосферных осадков из-под днища резервуара.
Все работы по устройству фундамента резервуара проводятся до начала его монтажа. Проектную отмостку основания (фундамента), фундамент под шахтную лестницу и опоры под подводящие трубопроводы рекомендуется выполнять после монтажа металлоконструкций резервуара.
В современной строительной практике используется большое количество типов фундаментов под резервуары. Выбор наиболее рационального типа зависит от объема резервуара и конкретных инженерно геологических условий. При этом характерным является стремление использовать фундаменты на естественном основании как наиболее дешевые с полным или частичным отказом от свай под днищем резервуара.
Кольцевые фундаменты
В сочетании с подсыпкой на основание часто практикуетcя фундамент под стенку. Так, в соответствии с ГОСТ 52910-2008 «…в качестве фундамента резервуара может быть использована грунтовая подушка (с железобетонным кольцом под стенкой и без него)… Для резервуаров объемом 2000 м3 и более под стенкой резервуара устанавливают железобетонное фундаментное кольцо шириной не менее 0,8 м для резервуаров объемом не более 3000 м3 и не менее 1,0 м – для резервуаров объемом более 3000 м3. Толщина кольца принимается не менее 0,3 м.». (см. рис. 1. -в)
Рис.2: Фундаменты РВС: а), в) гравийные; б) в форме железобетонного кольца; г) в виде подпорной стенки; 1 – подсыпка из гравия; 2 – стенка РВС; 3 – днище РВС; 4 – уплотненный песок; 5 – песчаная засыпка; 6 – грунт основания; 7 – железобетонное кольцо; 8 – асфальт; 9 – подсыпка; 10 – выравнивающий слой; 11 – дренажное отверстие; 12 – ПВХ-пленка; 13 – ж/б плита
При этом, исходя из практического опыта, такая конструкция фундамента обеспечивает устойчивость только прифундаментного слоя (подсыпки), практически не увеличивая жесткости узла сопряжения днища со стенкой. Также данная конструкция не влияет на неравномерность осадки основания резервуара.
В определенных условиях эффективен фундамент в виде кольцевой стенки, которая, прорезая слабые верхние слои грунта основания, может передать нагрузку на подстилающие плотные слои.
Также по требованию ГОСТ для площадок строительства с расчетной сейсмичностью 7 баллов и более фундаментное кольцо устраивают для всех резервуаров, независимо от объема, шириной не менее 1,5 м, а толщину кольца принимают не менее 0,4 м.
Фундаментное кольцо рассчитывают на основное, а для площадок строительства с сейсмичностью 7 баллов и более – также на особое сочетание нагрузок.
Существует практика совместно с подсыпками использовать кольцевые фундаменты из гравия или щебня, железобетонные кольцевые фундаменты, расположенные непосредственно под стенкой, а также фундаменты в виде железобетонной подпорной стенки, находящейся за пределами резервуара (рис 2).
При устройстве кольца в виде подпорной стенки подсыпка выполняется из песчанно-гравийной смеси или гравия.
Железобетонные фундаменты выполняют из монолитного железобетона, а поперечному сечению придают прямоугольную форму.
Также практикуется конструкция фундамента резервуара на естественном основании со щебеночным кольцом под стенкой. Такой фундамент эффективен при ожидаемой осадке не более 15 см. Его особенность состоит в том, что непосредственно под стенкой используется не песок, а щебень для создания щебеночной или гравийной насыпи высотой не менее 60 см, шириной по верху 1-2 м. (См. рис 3.).
Рис.3. Подушка из щебня под стенкой РВС. 1 – дренажные трубки; 2 – кольцевая подушка; 3 – асфальт; 4 – гидроизоляция; 5 – стенка; 6 – подсыпка из щебня; 7 – песок; 8 – песчаная подушка
Щебень укладывают слоями по 20 см и тщательно трамбуют. Непосредственно под днищем по всей его плоскости устраивают щебеночный слой (6) толщиной не менее 10 см и дополнительно закладывают дренажные трубки диаметром около 9 см.
Для широких резервуаров применяют следующие конструкции: под днищем устанавливают песчаный фундамент-подсыпку, а под стенкой – либо железобетонный, либо щебеночный кольцевой фундамент (в зависимости от грунтовых условий) (См. рис.4.).
Подсыпку под стенку с внешней стороны фундамента устанавливают с пологим откосом 1:5, который в нижней части поддерживается подпорной стенкой.
Насыпь оборудуют дренажными трубками и защищают асфальтовым покрытием.
Между днищем и железобетонной поверхностью железобетонного кольцевого фундамента имеется амортизационный асфальтовый слой толщиной не менее 20 см.
Для больших резервуаров с целью повышения безопасности постоянно разрабатываются дополнительные меры укрепления фундамента. Некоторые из них показаны на рис. 4.
Рис 4.: Фундаменты больших РВС: а) кольцевые; б), в) плитные; 1 – резервуар; 2 – кольцевые фундаменты; 3 – цементно-песчаный слой; 4 – подушка; 5 – железобетонная плита; 6 – кольцевая стенка
Песчано-гравийную подушку покрывают смесью песка, щебня, асфальтовой эмульсии и цемента, затем уплотняют укатыванием. Получившаяся поверхность, в результате, снимает часть нагрузки с подушки и передает ее на железобетонное кольцо.
Также устраивают фундаменты в виде железобетонных плит. В этих случаях резервуар опираются на железобетонную плиту, установленную либо на поверхности основания, либо ниже планировочной отметки. Железобетонная стенка по периметру плиты заглубляется ниже ее подошвы и служит для снижения бокового перемещения грунта.
Свайные фундаменты
3.2.1. Традиционный подход к устройству свайных фундаментов
Такой тип фундамента достаточно часто применяется на площадках, сложенных слабыми грунтами (См. рис.5.). Опыт строительства других промышленных и гражданских объектов показывает, что при помощи свай во многих случаях удается добиться допустимого уровня осадки сооружения.
Рис. 5: Свайный фундамент РВС: 1 – резервуар; 2 – плита ростверка; 3 – слабая морская глина; 4 – плотная глина
Однако опыт устройства свайных фундаментов в резервуаростроении показывает, что не всегда удается добиться желаемого результата. При этом данный тип фундамента весьма затратен и, по уровню капиталовложений, приближается к стоимости самих металлоконструкций.
Неоднократно зафиксированы случаи, когда при гидроиспытаниях смонтированного на свайном фундаменте резервуара осадка его основания превышала проектную и составляла до половины величины осадки, предусмотренной на весь срок службы резервуара.
Неэффективность применения свайных фундаментов в резервуаростроении может быть объяснена тем обстоятельством, что при больших размерах фундаментов в плане сваи, длина которых составляет обычно 0,25 диаметра резервуара и менее, оказываются в зоне действия наибольших вертикальных напряжений в основании резервуара. Поэтому некоторое уменьшение напряжений за счет увеличения глубины заложения условного фундамента мало сказывается на осадке такого фундамента.
Применение свайных фундаментов может оказаться даже опасным в тех случаях, когда на больших глубинах в основании резервуаров находятся слои более сжимаемых грунтов. Обнаружить такие слои
не всегда возможно из-за технических трудностей, связанных с бурением и отбором образцов грунта с больших глубин.
Обычно специалисты полагают, что свайный фундамент с монолитным ростверком представляет собой довольно жесткую конструкцию. Данные, полученные в результате наблюдения за осадками резервуаров на свайных фундаментах, убедительно опровергают такую точку зрения.
3.2.2. Фундаменты с забивкой свай под всем днищем и железобетонным ростверком
Многолетней практикой строительства резервуаров на слабых водонасыщенных грунтах выработано несколько эффективных мероприятий по подготовке будущих оснований к строительству. Основная цель этих мероприятий – уплотнение слабых грунтов до начала строительства с целью улучшения их физико-механических характеристик.
Для этих целей используются призматические забивные сваи различной длины и сечения в сочетании с ростверками и плитами. При этом сваи, как правило, забиваются под всем днищем в виде сплошного свайного поля с расстоянием между сваями 1 м.
Фундаменты с забивкой свай под всем днищем и промежуточной подушкой
Также применяются фундаменты, в которых вместо железобетонного покрытия служит слой щебня или гранулированного материала, положенный поверх свай.
3.2.3 Кольцевой свайный фундамент
Также эффективным решением для устройства фундамента резервуаров на площадках со слабыми грунтами является кольцевой свайный фундамент. На рис. 8 показан его узел и общий вид.
Кольцевой монолитный железобетонный фундамент, воспринимающий нагрузку от стенки резервуара и передает эту нагрузку на плотные малосжимаемые грунты через:
- щебеночную подушку,
- бетонную подготовку,
- монолитный железобетонный ростверк,
- жестко заделанные в нем сваи расположенные в два ряда
Такой конструкцией достигается уменьшение неравномерности осадки основания под стенкой резервуара.
3.2.4. Кольцевой свайный фундамент со смещением:
Как усовершенствованный вариант кольцевого свайного фундамента применяется смещенный фундамент под резервуары.
Часто одним из решений проблемы осадок резервуара является смещение монолитного железобетонного кольца и кольцевого свайного фундамент относительно стенки резервуара. Величины, на которые осуществляется смещение определяются в зависимости от локальных характеристик грунтового основания, нагрузок от конструкции и количества рядов свай в ростверке
В результате такого решения могут быть существенно снижены неравномерности осадок по периметру емкости и всего сооружения в целом в период его эксплуатации.
Работа по возведению такого фундамента осуществляется следующим образом: производится планировка грунтового основания, затем забиваются сваи до проектной отметки, расположение которых определятся в зависимости от локальных характеристик грунтового основания, нагрузок от конструкции и количества рядов свай в ростверке. По оголовкам свай устраивается монолитный железобетонный кольцевой ростверк, производится отсыпка щебеночной подушки, поверх которой бетонируется монолитное железобетонное кольцо. Выполняются планировка и отсыпка песчаной подушки под днище емкости, после чего осуществляется монтаж металлических конструкций резервуара.
3.3. Конструкции фундаментов для строительства резервуаров в сложных геологических условиях:
3.3.1. Железобетонный усиленный ленточный фундамент
При большой толще слабых грунтов для предотвращения значительных неравномерных осадок естественных оснований целесообразно увеличивать жесткость кольцевого фундамента. С этой целью может быть использован массивный ленточный железобетонный фундамент под стенку резервуара, который обеспечивает достаточную жесткость конструкций по окружности.
Высота фундамента под резервуары определяется из условия заглубления подошвы ниже границы сезонного промерзания грунта. Для уменьшения высоты фундамента целесообразно над ним устраивать промежуточную щебеночную подушку, обеспечивающую передачу нагрузки от резервуара на фундамент. Так как нагрузка на такой фундамент мала, то площадь его поперечного сечения может быть сравнительно небольшой. По сторонам фундамент обсыпают непучинистым материалом.
При развитии больших неравномерных осадок по контуру такой фундамент дает возможность выровнять край резервуара. С этой целью под просевшей частью резервуара в щебеночной подушке выполняют приямок и устанавливают подъемное устройство (например, домкрат), опирающийся на железобетонный фундамент. После подъема края резервуара на необходимую отметку подъемное устройство снимают и приямок засыпают.
Использование сборных железобетонных элементов позволяет снизить объем мокрых процессов при производстве работ и значительно повысить производительность труда на работах нулевого цикла.
3.3.2. Железобетонное кольцо по внешнему контуру стенки
При заполнении резервуаров больших объемов в месте примыкания стенок к днищу возникает узловой момент, достигающий значительной величины и влияющий на напряженно – деформированное состояние днища и основания под ним. Для уменьшения крутящего момента и увеличения жесткости узла «стенка—днище» предложено применять железобетонное кольцо, устроенное по внешнему контуру стенки резервуара совместно с металлическими ребрами жесткости в виде раскосов(См. рис.6). Число раскосов определяется конструктивно или расчетом в зависимости от объема резервуара.
Рис. 6: Усиление узла примыкания стенки к днищу: 1 – песчаная подсыпка; 2 – раскосы; 3 – железобетонное кольцо; 4 – стенка РВС; 5 – днище РВС; 6 – основание
Источник