Монтаж фундаментов для резервуаров

Описание

Фундамент - строительная несущая конструкция, принимающая нагрузку от массы резервуара на себя и передающая ее на основание - толщу грунта, располагающуюся ниже подошвы фундамента. Наличие фундамента необходимо для связи грунта и металлоконструкции, для устойчивости конструкции на различных типах почв.

Основание стоит рассматривать совместно с проектируемым сооружением, так как оно оказывает свое действие и на фундамент. Правильный расчет и качественное выполнение работ по его устройству влияет на работоспособность и сроки эксплуатации резервуара.

Основания под фундаменты бывают двух видов - естественные и искусственные.

В качестве естественных используются грунты с достаточной прочностью и плотностью, при условии, что осадка не будет превышать предельных значений. Осадка днища резервуара может достигать 2 м, поэтому подъем центральной части днища очень важен для продления работоспособности конструкции.

Переходной конструкцией между естественными и искусственными основаниями являются естественные основания с песчаной или грунтовой подушкой, которые должны выполняться в виде подсыпки на основание грунта оптимальной влажности.

Грунты, деформационные характеристики которых обеспечивают допустимые осадки резервуаров, следует использовать в естественном состоянии как основание для резервуара. В противном случае предусматривают проведение инженерных мероприятий по их укреплению. Основная цель этих мероприятий - уплотнение слабых грунтов до начала строительства с целью улучшения их физико-механических характеристик. Методы уплотнения часто осуществляются в сочетании с вертикальным дренированием.

С целью выяснить степень влияния осадок на сооружение производится вычисление давления (напряжения) на грунты под подошвой основания. Для районов многолетнемерзлых грунтов в перечень исходных данных для проектирования основания и фундамента под резервуар должны входить показатели инженерно-геологических изысканий.

Нагрузка на основание распределяется неравномерно по всей его площади, а общая нагрузка состоит из суммы масс фундамента, хранимой жидкости и самого резервуара, в том числе и снега на крыше конструкции. Нагрузка, создаваемая массой хранимой жидкости зависит от ее плотности и максимального объема резервуара.

Передаваемые с корпуса на фундамент реактивные усилия вычисляются в зависимости от конструктивных, технологических, климатических и сейсмических нагрузок.

Первым этапом работ над объектом является определение типа грунта на месте будущего монтажа. Для этого производится контрольный забор грунта путем бурения скважины. В дальнейшем, после определения метода монтажа (под ленту или под сваи), производится второй забор грунта, отправляемый на анализ в лабораторию (геология и геодезия). Там, где будет большая нагрузка на основание, необходимо провести исследования максимально точно, что предполагает бурение более 4 скважин (заборов проб).

Исходя из полученных результатов и расчета нагрузки, Проектно-конструкторский отдел ООО «ПО ВЗРК» разрабатывает проект КЖ со всеми чертежами и подбирает соответствующий тип фундамента.

Устройство фундаментов

Прежде чем начинать непосредственные работы по устройству основания под резервуар необходимо произвести отвод грунтовых вод и осадков из-под днища резервуара. Данные мероприятия должны проводиться до начала его монтажа.

Проектную отмостку основания, фундамент под шахтную лестницу и опоры под подводящие трубопроводы рекомендуется выполнять после завершения монтажа металлоконструкций самого резервуара. Площадь срезки грунта определяется с учетом того, что радиус фундамента по верху должен быть на 0,7 м больше радиуса резервуара, а крутизна откоса должна составлять 1:1,5.

В случаях возведения основания из местных грунтов, требуется перемешивать разнородный грунт до однородности состава, а затем укладывать его способом горизонтальных слоев. Перед укладкой грунта лабораторным способом проверяется его влажность. В случае применения глинистых грунтов в момент укладки естественная влажность не должна превышать 18—24%, для супесчаных грунтов 9—14%, суглинистых 16—22%.

Виды фундаментов

В зависимости от формы можно выделить следующие разновидности фундаментов:

• сплошные (в виде плит под всем сооружением);
• ленточные (расположенные только под стеной сооружения);
• столбчатые (в виде отдельных опор).

Для различных резервуаров и оснований подойдут определенные типы фундаментов. Порядок их монтажа в целом очень схож, но имеет свои технические особенности в каждом отдельном случае.

1. Грунтовая подушка.

Данный тип фундамента представляет собой грунтовые слои различной толщины, с утрамбовкой катками или вибротрамбовками. Их масса должна быть не менее 5 тонн и не более 10 тонн. Высота подушки рассчитывается по проекту.

Такой вид фундамента часто используется при установке стальных пожарных резервуаров, а также резервуаров для нефтепродуктов подземного типа и РГС.

Поверх песчаной подушки для защиты днища резервуара от коррозии укладывается гидроизоляционный (гидрофобный) слой толщиной 8-10 см, изготавливаемый из смеси песка с битумом или отработанными маслами и темными нефтепродуктами. Смесь может состоять из следующих компонентов:

Также для дренажа грунтовой подушки и контроля повреждений днища резервуара устанавливаются дренажные трубки, закрытые с торцов пластиковой сеткой. Частичное опирание подушки на насыпные грунты не допускается.

Горизонтальная и наклонная части поверхности подушки за пределами периметра резервуара должны быть защищены отмосткой. Для предотвращения разрушения отмостки и откосов от воздействия атмосферных осадков и выветривания песка и грунта из фундамента могут применяться различные материалы: булыжник, монолитный бетон и железобетонные плиты.

Бетонная отмостка из бетона шириной 1 м должна отвечать таким требованиям, как срок службы (не менее 10 лет), легкость демонтажа и восстановления, устойчивость к воздействию дождевых и капельных вод, морозостойкость.

Этапы монтажа:

• Устройство котлована;
• Заполнение грунтовыми слоями с утрамбовкой;
• Устройство гидрофобного слоя.

Используемая техника:

• Экскаватор типа ЭО-21 на гусеничном или пневмоходу, самосвалы, земляные катки или вибротрамбовки, фронтальный погрузчик.

Преимущества:

• Простота проводимых работ;
• Самая низкая стоимость.
• Сложности устройства: отсутствуют.

2. Кольцевой железобетонный фундамент на грунтовой подушке.

Данный тип работает на вертикальные нагрузки, передаваемые от собственного веса конструкции, а также от массы веществ, которыми заполнен резервуар.

Состоит железобетонный кольцевой фундамент из арматуры и бетона. Внутреннее кольцо основания устраивается уплотненными грунтовыми слоями. На данном типе фундамента гидрофобный слой устраивается аналогично типу «Грунтовая подушка», устанавливаются дренажные трубы, расположение которых должно препятствовать проникновению грунтовых вод и сигнализировать о повреждении днища резервуара соответственно.

Этапы монтажа:

• Устройство котлована;
• Заполнение грунтовыми слоями с утрамбовкой;
• Устройство подбетонки под кольцо фундамента;
• Армирование кольца фундамента;
• Бетонирование кольца фундамента;
• Заполнение внутреннего кольца фундамента грунтовыми слоями с утрамбовкой;
• Устройство гидрофобного слоя.

Используемая техника:

• Экскаватор типа ЭО-21 на гусеничном или пневмоходу, самосвалы, земляные катки или вибротрамбовки, фронтальный погрузчик, автомобильный кран, бетононасос.

Преимущества:

• Простота устройства;
• Невысокая стоимость, по сравнению с типом 3 и 4.

Сложности устройства:

• Организация рабочего пространства (площадка размером не менее 4 диаметров основания), необходимость лабораторного контроля каждого этапа, наличие бетонных работ, что делает процесс устройства более сложным, по сравнению с типом 1.

3. Сплошная железобетонная плита на грунтовой подушке.

Данный тип фундамента для резервуара считается наиболее практичным и надежным и является около универсальным. Рекомендуется применять для монтажа резервуаров не более 15 м на мерзлых грунтах, а также для всех металлоконструкций, используемых для хранения ядовитых продуктов (железобетонная плита должна иметь уклон не менее 1% от центра к периметру и радиально расположенные дренажные отверстия). Аналогично предыдущим типам фундаментов устраивается гидрофобный слой.

Этапы монтажа:

• Устройство котлована;
• Заполнение грунтовыми слоями с утрамбовкой;
• Устройство подбетонки;
• Армирование плиты фундамента;
• Бетонирование плиты фундамента;
• Устройство гидрофобного слоя;

Используемая техника:

• Экскаватор типа ЭО-21 на гусеничном или пневмоходу, самосвалы, земляные катки или вибротрамбовки, фронтальный погрузчик, автомобильный кран, бетононасос.

Преимущества:

• Надёжность;
• Долговечность;
• Более низкая стоимость, по сравнению с типом 4.

Сложности устройства:

• Организация рабочего пространства (площадка размером не менее 4 диаметров основания), необходимость лабораторного контроля каждого этапа, наличие больших бетонных работ, что делает процесс устройства более сложным, по сравнению с типом 2.

4. Свайный фундамент.

Этот тип представляет собой группу свай, вбитых в землю и объединенных ростверком. Описываемая конструкция фундамента под резервуар оптимально распределяет нагрузку, позволяет избежать растрескивания и неравномерной усадки основания.

Такие основания распространены в регионах с подвижными или сложными грунтами. Допускается опирание свай на плотные и средней плотности водонасыщенные пески. Как правило, сваи забиваются с расстоянием 1 м как под всем днищем, так и под стенкой резервуара.

В случаях, когда обнаружить слои более сжимаемых грунтов на больших глубинах не возможно из-за технических трудностей, применение свайных фундаментов под резеревуар может оказаться даже опасным.

Этапы монтажа:

• Устройство котлована (при необходимости грунт заменяется);
• Устройство свайного поля;
• Устройство ростверка;
• Устройство гидрофобного слоя;

Используемая техника:

• Экскаватор типа ЭО-21 на гусеничном или пневмоходу, самосвалы, земляные катки или вибротрамбовки, фронтальный погрузчик, автомобильный кран, бетононасос, копровая установка.

Преимущества:

• Применение данного фундамента обуславливается геологическими условиями.

Сложности устройства:

• Организация рабочего пространства (площадка размером не менее 4 диаметров основания), необходимость лабораторного контроля каждого этапа, тщательная разбивка свайного поля, контроль каждой забитой сваи.

5. Фундамент под резервуар для мест с высокой сейсмической активностью (также используется на болотистых местностях).

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

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», СП 14.13330.2014 Строительство в сейсмических районах СНиП II-7-81* (актуализированного СНиП II-7-81* "Строительство в сейсмических районах" (СП 14.13330.2011)) (с Изменением N 1)

Фундамент такого типа предполагает размещение свай над уровнем земли. При этом необходимость анкерного крепления емкости к фундаменту определяется с учетом СНиП 2.02.01-83* для районов сейсмичностью более 6 баллов. Практикуется также крепление резервуара к фундаменту металлическими хомутами.

Необходимость анкерного крепления резервуара к фундаменту в районе сейсмичностью более 6 баллов определяется расчетом с учетом технических решений, принятых в Типовых проектах резервуаров вертикальных стальных для нефти строительным номиналом 1000-50000 м3, утвержденных ОАО "АК "Транснефть". Фундамент рассчитывается согласно пособию к СНиП 2.02.01-83*.

Возможно также использование фундаментов на сваях с обустройством промежуточной подушки из щебня, гравия или крупного песка. В таком случае передача горизонтальных нагрузок на сваю от колеблющегося сооружения практически исключается, а конструкция свай принимается такой же, как и для несейсмических районов.

Какой тип фундамента для резервуара выбрать

Самыми важными факторами выбора типа фундамента под резервуар являются характеристики грунта: сжатие, пучинистость при сезонном промерзании, глубина залегания и пр. Также важным критерием при выборе типа фундамента для резервуара является его деформация. Расчет на возможную деформацию производится с учетом норм, установленных СНиП 2.09.03-85.

Предельно допустимые значения деформации резервуара устанавливаются по следующим критериям:

• максимальная абсолютная осадка;
• относительная осадка основания под днищем, равная отношению разности осадок двух смежных точек и расстоянию между ними;
• разность осадок под центральной частью днища и под стенкой;
• крен фундамента.

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. Проектирование основания и фундаментов под резервуар должно выполняться специализированной проектной организацией с учетом требований ГОСТ Р 52910-2008, СНиП 2.02.01-83*, СНиП 2.02.03-85; СНиП 2.02.04-88; СНиП II-7-87.

Принимая во внимание физико-механические характеристики устанавливаются расчетные сопротивления грунтов, целесообразность использования площадки под строительство и определяется тип фундаментов под резервуары. Использование фундаментов на естественном основании с полным или частичным отказом от свай под днищем резервуара считается более рациональным, т.к. это более простой и дешевый способ.

Приёмка

Работы по устройству основания для резервуара передаются заказчику поэтапно, с формированием исполнительных документов. Если же монтаж производит сторонняя организация, то приемка происходит на основании СП 365.1325800.2017 (приложение А.4) по акту на приемку основания фундаментов: