Основания и фундаменты под резервуары
Фундаментом называется часть сооружения, передающая нагрузку от веса сооружения на основание.
Основанием называется толща грунта, находящаяся ниже подошвы фундамента и воспринимающая давление, передаваемое фундаментом.
Грунты, находящиеся в условиях их природного залегания, являются естественными основаниями сооружений, а грунты, предварительно уплотненные или укрепленные другими способами, искусственными основаниями.
Фундаменты под резервуары являются наиболее ответственной частью всего сооружения, т.к. принимают на себя гидростатическое давление нефтепродукта в резервуаре. Неправильно спроектированный фундамент может быть причиной неравномерной осадки резервуара, вследствие чего в корпусе и днище появляются трещины, а в некоторых случаях происходит полное его разрушение. Нормальные фундаменты строят из крупнозернистых материалов (песка, гальки, гравия, щебня и других), которые передают давление на большую площадь и дают небольшую равномерную осадку. Они выгодно отличаются от монолитных фундаментов тем, что благодаря отсутствию связанности между отдельными частями крупнозернистых материалов обладают эластичностью и перераспределяют усилия, передающиеся грунту при неравномерной осадке, локализуя тем самым её вредное влияние на резервуар. Поэтому такие фундаменты не заменимы, когда резервуар строится на насыпных грунтах, насыщенных водой. Нормальный фундамент под резервуары (рис. 5.10. а) состоит из грунтовой подсыпки, подушки из крупнозернистых материалов и гидроизолирующего слоя. Грунтовая подсыпка производится сразу после срезки и удаления растительного слоя толщиной 15¸30 см. Для грунтовой подсыпки лучше использовать щебенистые, гравийные и песчаные грунты. Допускаются глинистые и суглинистые грунты влажностью не более 15%. На макропористых грунтах для подсыпки лучше использовать суглинистые грунты естественной влажности (без дренирующих примесей). Подсыпку желательно выполнять из однородных грунтов горизонтальными слоями толщиной 15¸20 см с тщательным послойным уплот 
нением. Толщина слоя подсыпки 0,5¸2,0 м.
Подушку фундамента устраивают толщиной 20¸25 см из зернистых материалов. Максимальный поперечник частиц не должен превышать 10% от толщины подушки. Радиус подушки на 0,7 м больше радиуса резервуара. Поскольку наибольший напор грунтовых вод наблюдается под центром днища резервуара, верхнюю полость подушки целесообразно делать с уклоном от центра основания. Высота конуса в центре 0,015 R. Конус также разгружает днище от термических напряжений и позволяет полнее удалять из резервуара подтоварную воду. Подушка укладывается с откосами 1:1,5, поверх неё из крупнозернистых материалов устраивают гидроизолирующий слой толщиной 80¸100 мм (на макропористых грунтах толщина слоя должна быть увеличена в 2¸2,5 раза). Гидроизолирующий слой предохраняет металл днища от коррозии под действием грунтовых вод, а макропористые осадочные грунты от увлажнения в случае утечки воды через днище резервуара. Гидроизолирующий слой изготовляют путем тщательного перемешивания супесчаного грунта (90% объёма смеси) с вяжущим веществом (10%) – жидкие битумы, каменноугольные дёгти, полугудроны и мазуты. Супесчаный грунт должен быть влажностью не более 3% и иметь следующий гранулометрический состав: 60¸85% по объёму песка размером песчинок 0,1¸2 мм, 15¸40% песчаных пылевидных и глинистых частиц размером менее 0,1 мм. Гидроизолирующий слой следует укладывать без подогрева, равномерно по всей поверхности подушки с уклоном от центра к краям при последующем уплотнении дорожными катками.
Готовый фундамент должен иметь вокруг резервуара бровку шириной 0,7 м и откосы с уклоном 1:1,5 и 1:2, замощенные булыжником или бетонными плитами. Для отвода вод вокруг основания устраивается кювет с уклоном i = 0,005 к приёмнику ливневой канализации. Для резервуаров объёмом 10000 м 3 и более при проектировании фундамента необходимо предусматривать бетонное кольцо шириною 1 м и высотой 0,2 м (рис. 5.10).
В районах со слабыми переувлажненными грунтами могут быть применены проектно-технические решения по устройству оснований на слабых грунтах, основанных на:
— использование предварительного уплотнения грунтов;
— заменен слабых грунтов песчано-гравийной смесью на всю глубину их залегания, иногда достигающую 3,5¸4 м;
— применение свайных оснований, забиваемых по площади равномерно в шахматном порядке на глубину 12¸15 м с шагом 1¸1,5 м;
— использование уплотнения грунтов методом виброфлотации;
— искусственном закреплении местных грунтов одним из способов технической мелиорации.
Предлагаемые проектные решения должны быть приняты по результатам технического и экономического обоснований.
Таким образом, при выборе площадок для размещения резервуаров в процессе строительства и реконструкции резервуарных парков необходимо учитывать:
— качество и состояние грунтов, залегающих в основании площадки;
— климатические и сейсмические условия района;
— режим течения грунтовых вод, их химический состав, а также допустимые нагрузки на грунты и тип основания, который необходимо установить для каждого случая после тщательного анализа.
Окончательно основание и фундамент под резервуар выбираются на основании технико-экономических показателей, включая мероприятия по водоотводу, прокладке коммуникаций, планировки площадки вокруг резервуара.
При сооружении резервуаров на вечномерзлых грунтах следует предусматривать защиту вечномерзлого грунта от оттаивания в теплое время года.
Источник
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