Фундаменты резервуаров на естественном основании

В обычных инженерно-геологических условиях естественные основания пол фундаменты стальных вертикальных цилиндрических резервуаров широко используются в отечественной и зарубежной практике как наиболее экономичные при относительно благоприятных грунтовых условиях. Часто они используются в сочетании с песчаными или грунтовыми подушками и выполняются в виде подсыпки на основание (рис. 16).

Подсыпка на основание призвана обеспечить распределение давления от резервуара на основание, дренирование днища и его антикоррозионную защиту. Подсыпки устраиваются из уплотненного крупного песка, щебня, гравия или гравийно-песчаной смеси. По верху подсыпки укладывают гидрофобный слой с добавкой водоотталкивающих вяжущих на основе нефти или ее продуктов. Высота подсыпки зависит в основном от инженерно-геологических условий площадки строительства и может изменяться от 0,2 до 2,5 м.

Рисунок 16 – Типовые основания резервуаров:

а) – насыпь; 6)– насыпь в сочетании с песчаной подушкой; в) – железобетонное кольцо под стенкой; / – щебеночная или песчаная насыпь; 2– основание; 3– песчаная подушка;

4– слабый грунт, 5 – железобетонное кольцо; 6– стенка; 7 – днище

Поверхность подсыпки обычно имеет уклон от центра к периферии. Основное назначение уклона состоит в компенсации неравномерных осадок в пределах площади резервуара и обеспечении свободного притока хранимого продукта к откачивающим устройствам.

Отмечен случаи (Р.Е. Хант, 1967), когда осадка центра днища резервуара в процессе эксплуатации достигла почти 2 м, однако заранее выполненный подъем центральной части днища обеспечил нормальную работу резервуара в течение длительного периода.

Когда на поверхности на небольшую глубину залегают фунты с низкими прочностными и деформационными свойствами или требуется замена пучинистых грунтов для обеспечения нормальной эксплуатации резервуаров в районах с глубоким сезонным промерзанием фунтов, производится замена слабого слоя местным уплотненным (привозным) песчаным или глинистым фунтом.

Этот метод эффективен при неглубоком залегании слабых грунтов (до 3,0 м) при наличии местных или привозных песчаных грунтов. При большой толщине слабых грунтов (более 5–6 м) этот метод является неэкономичным. Отечественный и зарубежный опыт эксплуатации показывает, что резервуары, возведенные на таких основаниях, часто имеют большие неравномерные осадки, которые превышают величины, регламентируемые нормами, и требуют дополнительных расходов для их выравнивания.

Для повышения жесткости узла сопряжения стенки и днища, а также для выравнивания местных неравномерных осадок под стенкой резервуара устраиваются ленточные фундаменты.

Фундаменты под стенку, рекомендованные в типовых проектах, представляют собой тонкую монолитную или сборно-монолитную кольцевую плиту шириной 1 м и толщиной не более 20 см. Такая конструкция фундамента обеспечивает устойчивость только при фундаментного слоя (подсыпки), практически не увеличивая жесткости узла сопряжения днища со стенкой, и не влияет на неравномерность осадки основания резервуара.

В определенных условиях рационален фундамент в виде кольцевой стенки, который, прорезая слабые и сезонномерзлые грунты, может обеспечить передачу нагрузки на подстилающие плотные слои грунта.

В Польше при возможном развитии значительных осадок оснований совместно с подсыпками используются кольцевые фундаменты из гравия или из щебня, железобетонные кольцевые фундаменты, расположенные непосредственно под стенкой, и фундаменты в виде железобетонной подпорной стенки, находящейся за пределами резервуара (рис .17).

Такой фундамент эффективен при ожидаемой осадке более 15 см. Конструктивная особенность фундамента состоит в том, что непосредственно под стенкой вместо песка используют щебень для создания кольца.

В последнем случае подсыпка выполняется из песчано-гравийной смеси или гравия. Железобетонные фундаменты выполняют из монолитного железобетона, а поперечному сечению придают прямоугольную форму. Польским стандартом установлены допуски на точность изготовления кольцевых фундаментов: наибольшее отклонение от проектного уровня +6 мм, наибольшая разность отметок точек поверхности фундамента, удаленных на 10 м длины кольца, ±3мм.

Рисунок 17 – Фундаменты под резервуары, применяемые в Польше:

а)и в)–гравийные; б)– в виде железобетонного кольца; г)– в виде подпорной стенки; 1 – подсыпка из гравия; 2– стенка; 3– днище; 4 – уплотненный песок; 5– песчаная засыпка; б – грунт основания; 7 – железобетонное кольцо; 8– асфальт; 9– подсыпка; 10–выравнивающий слой; // –дренажное отверстие; 12 – полнвинилхлоридная пленка;

13– железобетонная плита

В США под резервуары диаметром 30 м и более разработан и приме­няется фундамент на естественном основания со щебеночным кольцом под стенкой (рис. 18).

Такой фундамент эффективен при ожидаемой осадке более 15 см. Конструктивная особенность фундамента состоит в том, что непосредственно под стенкой вместо песка используют щебень для создания кольцевой щебеночной или равниной насыпки высотой не менее 60 см, шириной по верху 1–2 м. Щебень укладывают слоями по 20 см и тщательно трамбуют. Непосредственно под днищем по всей его площади устраивают щебеночный слой толщиной не менее 10 см и дополнительно закладывают дренажные трубки диаметром около 9 см.

Рисунок 18 – Кольцевая полушка из щебня пол стенкой резервуара (США):

1 – дренажные трубки; 2– кольцевая подушка; 3– асфальт; 4– гидроизоляция; 5– стенка; 6– подсыпка из щебня; 7– песок; 8– песчаная подушка

В Японии устройство фундаментов регламентировано «Предварительным проектом по строительству фундаментов для нефтяных резервуаров». Разработаны проекты для резервуаров вместимостью более 1000 м³ с высотой стенки более 10 м. Под днищем устраивают песчаный фундамент-подсыпку, а под стенкой, в зависимости от грунтовых условий, – кольцевой фундамент двух типов: железобетонный или щебеночный (рис. 19).

Подсыпку с внешней стороны фундамента под стенку устраивают с пологим откосом 1:5, который в нижней части поддерживается невысокой подпорной стенкой. Насыпь оборудуют дренажными трубками и защи­щают асфальтовым покрытием. Между днищем и опорной поверхностью железобетонного кольцевого фундамента имеется амортизационный асфальтовый слой толщиной не менее 20 см.

Серьезная авария резервуара японской корпорации «Мицубиси» послужила поводом к выработке целой серии технических мероприятий, в том числе к созданию новых типов фундаментов на естественном основании.

Некоторые схемы конструкций запатентованных в Японии фундаментов показаны на рис. 20.

Рисунок 19 – Кольцевые фундаменты пол стенку резервуара (Япония):

а)– железобетонный; б)– щебеночный

Рисунок 20 – Фундаменты под резервуары большой вместимости (Япония):

а)– кольцевые; б) и в)– плитные; – резервуар; 2– кольцевые фундаменты;

3– цементно-песчаный слой; 4– подушка; 5 – железобетонная плита;

6– кольцевая стенка

Песчано-гравийную подушку покрывают материалом, являющимся смесью песка, щебня, асфальтовой эмульсии и цемента, и уплотняют укатыванием. Таким образом, нагрузка от резервуара перелается не только на подушку, но и на железобетонное кольцо. На рис. 20, 21 неприведены схемы фундаментов в виде сборных железобетонных плит. В этих случаях конструкции резервуара опираются на железобетонные плиты, установленные либо на поверхности основания, либо ниже планировочной отметки. Железобетонная стенка по периметру плиты заглубляется ниже ее подошвы и служит для уменьшения бокового перемещения грунта.

В России успешно были применены сплошные фундаментные плиты под резервуары вместимостью до 5 тыс.м³. Основание площадки было сложено слабыми ленточными глинами с модулем деформации 0,5–1 МПа. И хотя осадки резервуаров на плитах толщиной 0,5 м достигли 0.5 м, они были равномерными, что позволило нормально эксплуатировать резервуары. Вместе с тем сплошные фундаментные плиты, являясь весьма массивными и материалоёмкими, часто не обеспечивают допустимой осадки и в практике строительства используются редко.

Во Франции, в порядке эксперимента, для площадок со слабыми грунтами разработан и использован железобетонный фундамент, имеющий в алане форму трех- или четырехветвевой спирали, сходящейся в центре. Такой фундамент дополнен наложенными металлическими балками, а пространство между балками и ветвями спирали заполнялось песком. Таким образом, эта конструкция совместно с материалом подсыпки образовывала единый фундамент, назначение которого – обеспечить равномерное перемещение днища по всей площади основания. Эксперименты, проведенные на двух резервуарах, показали, что осадка такого фундамента значительно равномернее, чем фундамента-подсыпки без спирали.

Следует отметить, что эти фундаменты малотехнологичны и применение их возможно лишь для резервуаров малых размеров.

Свайные фундаменты достаточно широко применяются на площадках, сложенных слабыми грунтами.

При наличии в основании проектируемого резервуара больших толщ сильносжимаемых грунтов вполне естественным является желание использовать свайные фундаменты. Опыт строительства на свайных фундаментах других промышленных и гражданских сооружений показывает, что во многих случаях с помощью свай удается обеспечить необходимые требования по допускаемым осадкам таких сооружений. Однако использование свайных фундаментов при строительстве резервуаров не всегда приводит к желаемым результатам. К тому же стоимость таких фундаментов становится сопоставимой со стоимостью самого резервуара. Надежды на то, что при использовании свайных фундаментов осадки резервуаров будут незначительными, также не оправдываются.

Примером может служить опыт применения фундамента из набивных свай системы «Франки» при строительстве резервуара вместимостью 22 тыс. м³ для хранения жидкого аммиака.

Изотермический резервуар наружным диаметром 41,6 м, высотой 17,4 м рассчитан на хранение жидкого аммиака при температуре -34 °С.

Резервуар возведен на свайном фундаменте из 217 набивных свай длиной около 34 м, диаметром 0,5 м. После изготовления всех свай их верхние концы были объединены железобетонным ростверком толщиной 50 см в центре и 40 см по периметру для обеспечения уклона. С целью предотвращения возможности промерзания грунтов под влиянием отрицательных температур сжиженного аммиака низ плиты был расположен на высоте около 1 м над поверхностью фунта. Испытания одиночных свай показали, что при статической нагрузке 0,78 МН осадка сваи не превышала 1,1 мм, а при максимальной нагрузке 1,43 МН — 1,63 мм. Упругий подъем испытанной сваи достигал 0,95 мм после полного снятия нагрузки. Геологический разрез площадки строительства и схема фундамента резервуара показаны на рис. 21.

Рисунок 21 – Свайный фундамент изотермического резервуара (Индия)

1 – резервуар; 2 – плита ростверка; 3 – слабая морская глина; 4 – плотная глина

Вопросы для самоконтроля:

· Сооружение оснований и фундаментов.

· Изготовление элементов стальных резервуаров на специализированных заводах.

· Монтаж из рулонных заготовок.

· Монтаж полистовым способом.

· Сварка резервуаров.

· Особенности сооружения железобетонных резервуаров