Фундаменты под резервуары металлические

Основания и фундаменты СТО-СА-03-002-2009

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;
• снеговую нагрузку;
• 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:

Q_min 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

Монтаж оснований и фундаментов под различные резервуары

ООО “ЭРЗ” осуществляет весь комплекс работ по возведению вертикальных резервуаров. Первым этапом этого процесса является строительство фундамента резервуара. Этот этап является очень ответственным, поскольку допущенные ошибки или некачественное выполнение работ приведет к нарушению устойчивости и надежности все конструкции РВС.

При этом изготовление фундаментов под резервуары – мероприятие затратное, поэтому от решения о выборе их типа сильно будет зависеть смета всего строительства.

Поэтому при строительстве производственных объектов оптимальным для Заказчика способом организации возведения РВС будет заказ всего комплекса работ у одного профессионального подрядчика. ООО “ЭРЗ” располагает для этого необходимым опытом, инженерным составом и штатом специалистов, любящих и умеющих работать.

1. Геологоразведка перед проектированием оснований и фундаментов резервуаров

1.1. Геологические и гидрогеологические исследования:

При проектировании фундамента цилиндрического резервуара необходимо изучить геологическое строение площадки, отведенной под застройку, и гидрогеологические условия.

Глубина разведки грунтов, расположенных ниже подошвы фундамента, зависит от давления, передаваемого сооружением на основании, и принимается равной или более глубины активной зоны основания (сжимаемой толщи грунтов основания).

Разведка грунтов производится шурфованием и бурением.

Шурф (нем. Schurf) – это вертикальная либо наклонная горная выработка глубиной до 40 м, которая проходится с поверхности земли для разведки полезных ископаемых, вентиляции, водоотлива, транспортирования материалов, спуска и подъема людей и т.д. Площадь поперечного сечения шурфа от 0,8 до 4 м2. Форма поперечного сечения шурфа может быть круглой, прямоугольной или квадратной.

Бурение скважин – это процесс сооружения направленной горной выработки большой длины и малого диаметра. Начало скважины от поверхности земли называют устьем, дно – забоем.

Преимущества шурфования перед бурением заключаются в том, что образцы грунтов, взятые из шурфа, имеют ненарушенную структуру; по стенкам шурфа устанавливается род грунтов, мощность каждого пласта и их напластование, а на дне шурфа производится испытание сопротивления грунтов сжатию.

Объем и характер исследования грунтов зависят от монументальности сооружения, рода и напластования грунтов и уровня грунтовых вод.

При исследовании бурением в ответственных местах закладываются шурфы, и проверяется сопротивление грунтов основания сжатию пробными нагрузками.

Месторасположение и число шурфов или скважин в каждом отдельном случае назначаются в соответствии с очертанием и размерами сооружения в плане и степенью однородности грунтов.

Обычно шурфы или скважины закладываются вблизи периметра сооружения и наиболее ответственных его частей. В плане строительного участка шурфы или скважины должны образовать сетку со средними расстояниями в 25–30 м. Более детальная разведка производится в пределах сооружения.

По данным исследования составляются план и геологические разрезы участка с обозначением рода грунта, напластования и уровня грунтовых вод. На основании физико-механических характеристик устанавливаются расчетные сопротивления грунтов, целесообразность использования площадки под строительство и род фундаментов под резервуары.

Вообще, в процессе изысканий собираются следующие сведения о грунтах и грунтовых водах:

• литологические колонки;
• физико-механические характеристики грунтов (плотность грунтов ρ, удельное сцепление грунтов с, угол внутреннего трения φ, модуль деформации Е, коэффициент пористости е, показатель текучести IL и др.);
• расчетный уровень грунтовых вод.

Число геологических выработок (скважин) определяется площадью резервуара и должно быть не менее четырех (одна – в центре и три – в районе стенки, т. е. 0,9-1,2 радиуса резервуара).

В дополнение к скважинам допускается исследование грунтов методом статического зондирования.

При проведении инженерных изысканий следует предусматривать исследование грунтов на глубину активной зоны (ориентировочно 0,4-0,7 диаметра резервуара) в центральной части резервуара и не менее 0,7 активной зоны – в области стенки резервуара. При свайных фундаментах – на глубину активной зоны ниже подошвы условного фундамента (острия свай).

Для районов распространения многолетнемерзлых грунтов проводятся инженерно-геокриологических изыскания. Данные изыскания должны обеспечить получение сведений о составе, состоянии и свойствах мерзлых и оттаивающих грунтов, криогенных процессов и образованиях, включая прогнозы изменения инженерно-геокриологических условий проектируемых резервуаров с геологической средой.

1.2. Учет сейсмических воздействий на фундаменты резервуаров

Согласно ГОСТ 52910-2008 «…в районах с повышенной сейсмической активностью необходимо предусмотреть проведение геофизических исследований грунтов основания резервуаров».

По результатам исследований проводится расчет сейсмостойкости основания по первой группе предельных состояний при воздействии максимальных нагрузок в их особом сочетании на наиболее нагруженный участок естественного основания, устойчивость которого должна быть гарантирована под наружным краем кольцевого фундамента при амплитудных значениях сейсмических сил и нормативном значении коэффициента надежности, равном 1,2.

Данный расчет проводится в соответствии с требованиями раздела 10 «Особенности проектирования оснований сооружений, возводимых в сейсмических районах» СНиП 2.02.0 1- 83 «Основания зданий и сооружений».

2. Основания под резервуары:

Проектируемое сооружение следует рассматривать совместно с основанием, на котором оно покоится, так как под воздействием веса сооружения и других всевозможных эксплуатационных воздействий грунты основания испытывают дополнительное давление, деформируются (уплотняются, оседают) и в свою очередь оказывают воздействие на сооружение.

Основания под фундаменты бывают двух видов — естественные и искусственные.

2.1. Естественные основания

К естественным относятся основания, грунты которых находятся под подошвой фундамента в их природном залегании.

В качестве естественных оснований могут быть использованы лишь грунты, обладающие достаточным сопротивлением сжатию (прочностью и плотностью), при условии, что их деформации (осадки) под действием нагрузки, передаваемой от сооружения через подошву фундамента, не будут превышать предельных значений.

Чтобы строящееся сооружение обладало необходимой устойчивостью и прочностью, грунты естественных оснований должны обладать следующими основными свойствами:

• малой и равномерной сжимаемостью, то есть большой плотностью, обеспечивающей малую и равномерную осадку сооружения;
• нерастворяемостью грунтовыми, дождевыми и талыми водами.

В процессе эксплуатации резервуара по мере уплотнения грунтов его основания происходит осадка фундамента. При этом если напряжения по подошве фундамента резервуара превышают расчетные сопротивления, грунты основания обычно получают неравномерные уплотнения, а фундаменты в отдельных точках — различные по величине осадки. Эти осадки могут оказаться чрезмерно большими и спровоцировать либо потерю устойчивости над фундаментной части сооружения, либо наступление предельного состояния по прочности.

С целью выяснить степень влияния осадок на сооружение производится расчет оснований и фундаментов. Расчет основания резервуара заключается в вычислении давлений (напряжений) на грунты под подошвой фундамента и величин осадок грунтов основания, возможных при этих давлениях.

При получении недопустимых величин осадок принимают соответствующие меры с целью уменьшения напряжений и ограничению осадок до допускаемых пределов. Последнее может быть достигнуто уширением подошвы фундамента или переходом к искусственному основанию.

2.2. Естественные основания с подсыпкой

Часто для увеличения надежности конструкции и сохранении экономичности используют переходную конструкцию между естественными и искусственными основаниями: естественное основание с песчаной или грунтовой подушкой, выполняемой в виде подсыпки на основание.

Также применяют устройство бетонного кольца подстенку резервуара (См. рис.1.).

Рис.1. Типовые основания РВС: а) насыпь; б) насыпь в сочетании с песчаной подушкой; в) железобетонное кольцо под стенкой; 1 – щебеночная или песчаная насыпь; 2 – основание; 3 – песчаная подушка; 4 – слабый грунт; 5 – железобетонное кольцо; 6- стенка РВС; 7 – днище РВС

Подсыпка на основание выполняет следующие функции:

• распределить давление от металлоконструкций резервуара на основание;
• осуществить дренаж днища;
• обеспечить антикоррозийную защиту днища.

Для подсыпки используют следующие материалы:

• уплотненный крупный песок;
• щебень;
• гравий;
• гравийно-песчанную смесь.

Для обеспечения антикоррозийной защиты резервуара, особенно днища, по верху подсыпки укладывают гидрофобный слой с добавлением вяжущих на основе нефтепродуктов.

Как правило, применяется высота подсыпки 0,2 – 2,5 м. Эта величина зависит от результатов инженерно-геологических изысканий площадки строительства.

Поверхность подсыпки обычно устраивают так, чтобы она имела уклон от центра к периферии. Это обеспечивает компенсацию неравномерных осадок резервуара, а также облегчает приток хранимого продукта к откачивающим устройствам. На практике осадка днища резервуара может достигать 2 м, именно поэтому подъем центральной части днища может стать ключевым условием длительной работоспособности конструкции.

В случае если на площадке строительства на небольшую глубину (до 3 м) залегают слабые или пучинистые грунты (в районах с глубоким сезонным промерзанием грунтов), практикуется их замена с местным уплотнением песчаным или глинистым грунтом, часто привозным. При более обширном слое залегания слабых грунтов такой метод зачастую экономически неэффективен в силу возрастания текущих расходов на выравнивание резервуаров, установленных таким способом.

2.3. Искусственные основания

К искусственным основаниям относятся:

• искусственно упрочненные грунты основания (путем уплотнения, химического закрепления или забивки бетонных или песчаных свай);
• свайные основания и фундаменты глубокого заложения, передающие нагрузку от сооружения на более прочные грунты, залегающие на большей глубине от поверхности земли;
• прочее.

2.3.1. Виды искусственных оснований для разных видов слабых грунтов

Для просадочных грунтов предусматривают устранение просадочных свойств в пределах всей просадочной толщи или устройство свайных фундаментов, полностью прорезающих просадочную толщу.

Для набухающих грунтов, в случае если расчетные деформации основания превышают предельные, предусматривают проведение следующих мероприятий:

• полная или частичная замена слоя набухающего грунта не набухающим;
• применение компенсирующих песчаных подушек;
• устройство свайных фундаментов.

При проектировании оснований резервуаров, возводимых на водонасыщенных пылевато-глинистых, биогенных грунтах и илах, в случае если расчетные деформации основания превышают допустимые, должно предусматриваться проведение следующих мероприятий:

• устройство свайных фундаментов;
• для биогенных грунтов и илов – полная или частичная замена их песком, щебнем, гравием и т.д.;
• предпостроечное уплотнение грунтов временной пригрузкой основания (допустимо проведение уплотнения грунтов временной нагрузкой в период гидроиспытания резервуаров по специальной программе).

При проектировании оснований резервуаров, возводимых на подрабатываемых территориях, в случае если расчетные деформации основания превышают допустимые, должно предусматриваться проведение следующих мероприятий:

• устройство сплошной железобетонной плиты со швом скольжения между днищем резервуара и верхом плиты;
• применение гибких соединений (компенсационных систем) в узлах подключения трубопроводов;
• устройство приспособлений для выравнивания резервуаров.

При проектировании оснований резервуаров, возводимых на закарстованных территориях, предусматривают проведение следующих мероприятий, исключающих возможность образования карстовых деформаций:

• заполнение карстовых полостей;
• прорезка карстовых пород глубокими фундаментами;
• закрепление закарстованных пород и (или) вышележащих грунтов.

Размещение резервуаров в зонах активных карстовых процессов не допускается.

При применении свайных фундаментов концы свай заглубляют в малосжимаемые грунты и обеспечивают требования к предельным деформациям резервуаров. Свайное основание может быть как под всей площадью резервуара – «свайное поле», так и «кольцевым» – под стенкой резервуара.

Если применение данных мероприятий не исключает возможность превышения предельных деформаций основания или в случае нецелесообразности их применения, предусматривают специальные устройства (компенсаторы) в узлах подключения трубопроводов, обеспечивающие прочность и надежность узлов при осадках резервуаров, а также устройство для выравнивания резервуаров.

При строительстве в районах распространения многолетнемерзлых грунтов при использовании грунтов основания по первому принципу (с сохранением грунтов в мерзлом состоянии в период строительства и эксплуатации) предусматривают их защиту от воздействия положительных температур хранимого в резервуарах продукта. Это достигается устройством проветриваемого подполья («высокий ростверк») или применением теплоизоляционных материалов в сочетании с принудительным охлаждением грунтов – «термостабилизацией».

2.3.2. Методики укрепление грунта основания

При строительстве резервуаров на площадках, сложенных мощной толщей слабых грунтов, возникают значительные неравномерные осадки основания, что существенно влияет на дальнейшую эксплуатацию резервуаров. Поэтому при строительстве резервуаров на слабых грунтах применяют специальные подготовки основания.

Грунтовые подушки должны выполняться из послойно уплотненного при оптимальной влажности грунта, модуль деформации которого после уплотнения должен быть не менее 15 МПа, коэффициент уплотнения – не менее 0,90.

Уклон откоса грунтовой подушки следует выполнять не более 1:1,5. Ширина горизонтальной части поверхности подушки за пределами окрайки должна быть:

• 0,7 м. – для резервуаров объемом не более 1000 м3;
• 1,0 м. – для резервуаров объемом более 1000 м3;
• 1,0 м. – независимо от объема, для площадок строительства с расчетной сейсмичностью 7 и более баллов.

Поверхность подушки за пределами периметра резервуара (горизонтальная и наклонная части) должна быть защищена отмосткой.

Применяются разнообразные методы укрепления грунта основания (без его замены).

2.3.2.1.Метод предварительного наполнения резервуара.

В качестве одного из относительно часто применяемых методов уплотнения грунтов основания и улучшения их строительных свойств используется предварительное (иногда частичное) наполнение резервуара. Этот способ достаточно прост и дешев, так как полезная нагрузка резервуаров на основание значительно превышает нагрузку от веса строительных конструкций и может быть быстро приложена и снята.

При этом следует отметить, что применение такого метода при относительно малой стоимости сопряжено с определенными технологическими сложностями и занимает много времени, поэтому оно целесообразно при наличии существенного временного резерва.

2.3.2.2.Метод уплотнения основания глубинным водопонижением

Метод глубинного водопонижения как средство уплотнения основания может быть успешно применен на площадках, на которых имеются слои грунтов, обладающих достаточно высокой водоотдачей. Этот метод особенно эффективен при строительстве резервуаров в условиях сурового климата, поскольку откачку воды можно осуществлять круглый год из слоев грунтов, расположенных ниже границы сезонного промерзания.

В состав водопонизительной установки входят колодцы-скважины, один из которых, как правило, располагается в центре основания, остальные — по краю. Наибольшее понижение уровня подземных вод составило 8 м, откачка производилась до начала строительства и в период гидравлического испытания.

2.3.2.3.Метод уплотнения основания насыпью.

Основание резервуаров может быть уплотнено весом насыпи высотой в несколько метров. Далее нагрузка выдерживается несколько недель до начала монтажа резервуара.

Насыпь иногда выполняется переменной высоты в расчете на изменение толщины непрочного слоя грунты с тем, чтобы осадка поверхности была равномерной.

Метод уплотнения основания насыпью может дать положительный эффект, если создаваемый при этом пригруз в 1,5—2 раза превышает нагрузку от заполненного резервуара. Поэтому при подготовке оснований резервуаров больших размеров для этой цели потребуется использовать насыпи довольно значительной высоты (до 8—10 м), а период выдержки может составить несколько месяцев. При этом насыпь потребуется возводить на площади большей, чем площадь пятна застройки резервуара, с тем, чтобы основание под стенкой получило необходимое уплотнение. Таким образом, применение этого достаточно эффективного способа сопряжено с большим объемом земляных работ, что особенно затруднительно в районах с суровым климатом и продолжительным морозным периодом.

При развитии резервуаростроения часто методы уплотнения грунтов оснований резервуаров осуществляются в сочетании с вертикальным дренированием. Используются специальные механизмы и технологические приемы, позволяющие устраивать вертикальные дрены из картона и пластика, а также песчаные дрены-сваи в различных грунтовых условиях.

2.3.2.4.Метод уплотнения тяжелыми тромбовками

При подготовке оснований из просадочных грунтов часто применялся метод уплотнения тяжелыми трамбовками. При таком методе большой груз сбрасывается на площадку с высоты в несколько десятков метров. 40 м. Такой метод подготовки оснований рассматривает как конкурентоспособный при строительстве группы крупных резервуаров.

2.3.2.5.Методы химического и термического закрепления грунта

В опытном строительстве практиковалось закрепление грунтов оснований резервуаров инъекцированием в них химически активных веществ, в частности электрохимическое закрепление раствором хлористого кальция. Этот метод весьма дорог и его применение на площадках, сложенных слабыми грунтами на значительную глубину, по-видимому, малоперспективно.

Также применялся обжиг слабых пород грунта на значительную глубину (10 м. и более). Поскольку термообжиг связан с расходом большого количества топлива (80—100 кг мазута на 1 п. м скважины), то при нынешних ценах на углеводородное сырье такой метод закрепления оснований является чрезмерно дорогим и его применение также нерационально.

3. 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.

3.1. 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.

3.2. 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

3.4. Свайные фундаменты резервуаров в сейсмичных районах

Свайные фундаменты в сейсмических районах имеют такую же область применения, как и при отсутствии сейсмики. При их проектировании и расчете должны выполняться требования СП 50-102-3003 «Проектирование и устройство свайных фундаментов», в частности раздела 12 «Особенности и проектирования свайных фундаментов в сейсмических районах» и приложения Д «Расчет свай на совместное действие вертикальной и горизонтальной сил и момента».

Нижние концы свай следует опирать на скальные грунты, крупнообломочные грунты, плотные и средней плотности песчаные грунты, твердые, полутвердые и тугопластичные глинистые грунты. Опирание нижних концов свай в сейсмических районах на рыхлые водонасыщенные пески, глинистые грунты мягкопластичной, текучепластичной и текучей консистенции не допускается.

Опирание свай на наклонные пласты скальных и крупнообломочных по род допускается в том случае, если устойчивость при сейсмических воздействиях массива грунта, расположенного на указанных породах, обеспечивается не за счет свайного фундамента и если при этом исключается возможность проскальзывания нижних концов свай.

Допускается опирание свай на плотные и средней плотности водонасыщенные пески, при этом их несущая способность, как правило, должна определяться по результатам полевых испытаний свай на имитированные сейсмические воздействия. Величина заглубления в грунт свай в сейсмических районах должна быть не менее 4 м, за исключением случаев их опирания на скальные грунты.

Набивные сваи в сейсмических районах следует устраивать в маловлажных устойчивых связных грунтах при диаметре свай не менее 40 см и отношении их длины к диаметру не более 25, при этом необходимо вести строгий контроль качества изготовления свай.

Как исключение, допускается прорезание слоев водонасыщенньих грунтов с применением извлекаемых обсадных труб и глинистого раствора. В структурно-неустойчивых грунтах применять набивные сваи можно только с обсадными трубами, оставляемыми в грунте. Армирование набивных свай в сейсмических районах является обязательным, при этом процент армирования должен приниматься не менее 0,05.

Расчет свайных фундаментов под вертикальные резервуары на сейсмические воздействия производится по предельным состояниям первой группы и предусматривает:

• определение несущей способности свай по отношению к вертикальной нагрузке;
• проверку свай по сопротивлению материала на совместное действие расчетных усилий нормальной силы изгибающего момента и перерезывающей силы;
• проверку устойчивости свай по условию ограничения давления, передаваемого на грунт боковыми гранями сваи.

При проверке устойчивости грунта, окружающего сваю, расчетное значение угла внутреннего трения принимается уменьшенным на следующие величины:

• для сейсмичности 7 баллов на 2 градуса,
• для сейсмичности 8 баллов — 4 градуса,
• для сейсмичности 9 баллов — на 7 градусов.

Для фундаментов с высоким свайным ростверком расчетные значения сейсмических сил следует определять как для зданий или сооружений с гибкой нижней частью, увеличивая коэффициент динамичности в 1,5 раза в тех случаях, когда период собственных колебаний основного тона составляет 0,4 и более.

При соответствующем технико-экономическом обосновании возможно применение свайных фундаментов с промежуточной подушкой из сыпучих материалов — щебня, гравия, крупного песка. При этом практически исключается передача на сваю горизонтальных нагрузок от колеблющегося сооружения, поэтому расчет на горизонтальные сейсмические нагрузки не производится, а конструкция свай принимается такой же, как и для несейсмических районов.

Фундаментный блок, установленный на промежуточную подушку, рассчитывается как ростверк обычного свайного фундамента в соответствии с нормами проектирования бетонных и железобетонных конструкций. Для увеличения площади контакта рекомендуется устраивать на сваях железобетонные оголовки.

Свайные фундаменты с промежуточной подушкой, применяемые в сейсмических районах, должны также отвечать требованиям расчета по деформациям. Промежуточная подушка должна отсыпаться слоями не более 20 см с уплотнением до объемного веса не менее 1,9 тс/куб. м. Толщина промежуточной подушки над оголовками свай зависит от расчетной нагрузки и составляет 40—6О см.

Расчеты свайных фундаментов с учетом сейсмических воздействий в просадочных грунтах в случае возможности подъема уровня грунтовых вод должны производиться с использованием характеристик грунта в замоченном состоянии.

4. Приемка основания и фундамента

Принимаемое основание и фундамент под резервуары должны соответствовать требованиям рабочих чертежей проекта.

Предельные отклонения размеров и формы основания и фундаментов от проектных не должны превышать величин, указанных в таблице:

Источник