Фундамент стального вертикального резервуара

Устройство фундаментов под вертикальные резервуары

При проектировании и расчете фундаментов под вертикальные резервуары (РВС) необходимо учитывать эпюру распределения давления на грунт, которая распределяется не по вертикальным линиям, а по кривым — изобарам. Связано это с тем, что нагрузка на фундамент распределяется неравномерно по площади основания. Общая нагрузка на основание фундамента состоит из суммы нагрузок от действия масс: резервуара, жидкости, фундамента и снега на крыше резервуара. Нагрузка от массы жидкости распределяется равномерно по площади основания и зависит от высоты резервуара, точнее, от максимального уровня жидкости и ее плотности. Нагрузка от днища также распределяется равномерно по площади, а сумма нагрузок от массы корпуса и крыши резервуара и снеговая нагрузка концентрируется по образующей линии корпуса резервуара.

На рисунке показана эпюра распределения давления на основание фундамента РВС.

Эпюра распределения давления на основание вертикального резервуара

Если принять равномерное распределение нагрузки на основание фундамента от днища РВС, и считать резервуар как одно целое сооружение, то давление заполненного резервуара с максимальной снеговой нагрузкой можно определить по формуле:

где Р — давление на основание фундамента, кг/см 2 ;

Н — высота резервуара, см;

р — плотность жидкости, кг/см 3 ;

G_рез — вес резервуара, кг;

С_сф — вес фундамента, кг;

G_cн — вес снега на крыше резервуара, кг:

F — площадь основания фундамента, см 2 .

При сооружении фундаментов под РВС допустимая нагрузка на грунт под основанием фундамента должна быть не более 2,0 кг/см 2 , то есть резервуары строить на грунтах, имеющих несущую способность (допустимое давление на грунт) менее 2,0 кг/см 2 без дополнительного его упрочнения не допускается. Таким образом, условие устойчивости резервуара определяется формулой:

В таблице приведены допустимые давления на некоторые виды грунтов, на которых сооружаются резервуары.

Фундаменты для наземных РВС емкостью до 5000 м 3 включительно строятся, как правило, земляными. Фундаменты для резервуаров большей емкости выполняются с устройством железобетонного кольца под утором резервуара.

Допустимое давление на грунты оснований при заложении фундаментов на глубине 2 м ниже поверхности земли при расчете на основные силовые воздействия

На рисунке показаны разрезы фундаментов под РВС, сооружаемых на различных грунтах.

Основания наземных вертикальных резервуаров

а — из песчаных и супесчаных грунтов, б — из глины, суглинков.

1 — срезка растительного слоя, 2 — местный грунт, 3 — песчаная подушка с гидрофобным слоем, 4 — резервуар

На рисунке показан разрез земляного фундамента под резервуар РВС-10000 с устройством железобетонного кольца по периметру корпуса резервуара.

Разрез фундамента под РВС-10000 с устройством железобетонного кольца

На рисунке показано устройство фундаментов под РВС на склонах косогорных участков местности. Главное условие при строительстве фундаментов на косо горных участках — это предупредить сползание фундамента по склону и обеспечить отвод ливневых и талых вод от площадки резервуарного парка. Поэтому рекомендуется делать на косогоре горизонтальную полку путем срезки грунта и производить строительство фундамента на горизонтальной поверхности. При больших склонах допускается срезка косогора ступенями высотой 25-30 см. Водоотводной лоток (нагорная канава) с бетонным покрытием строится на склоне выше полки, на расстоянии, которое определяется при проектировании и указывается в рабочих чертежах проекта строительства резервуара.

Устройство насыпных оснований фундаментов вертикальных резервуаров на косогорных участках местности

1 — резервуар, 2 — бровка, 3 — откос, 4 — нагорная канава,

5 — песчаная подушка с гидрофобным слоем, 6 — подсыпка местным грунтом

Фундаменты по высоте бывают нормальными в пределах 0,35—0,5 метра и высотными. Например, на распределительных нефтебазах для самотечного налива нефтепродуктов в автоцистерны фундаменты под РВС до 1000 м 3 допускается строить высотой до 2-х метров.

При сооружении фундамента необходимо руководствоваться следующими требованиями:

1. Строительная площадка должна быть предварительно спланирована до проектных отметок.

2. Верхний растительный слой необходимо срезать на полную его глубину (25-30 см), как не дающий надлежащей связи, и для предупреждения прорастания растительности под фундаментом. Размеры площади срезки грунта принимаются с учетом того, что по верху радиус фундамента должен быть больше радиуса резервуара на 0,7 м и крутизна откоса должна быть 1:1,5, то есть:

где R_фунд — радиус подошвы фундамента, м;

R_pвс — радиус резервуара, м;

h_ф — высота фундамента, м.

3. Разработанное ложе основания фундамента должно быть спланировано, засыпано песком или щебнем в зависимости от прочности материка грунта на высоту не менее 0,2 м и утрамбовано.

4. Основное основание фундамента допускается строить из местного грунта — из суглинков, супеси, кроме торфяного грунта.

5. При сооружении фундамента из местных грунтов разнородный грунт необходимо укладывать горизонтальными слоями или перемешивать до однородности состава до укладки в фундамент. Толщина каждого слоя должна быть в пределах 0,2 м и трамбоваться дорожными катками с шипами или ручными трамбовками. Уплотнение основания гусеничными тракторами запрещается по причине их малой удельной нагрузки на грунт, что не обеспечит требуемую плотность основания и в дальнейшем даст недопустимую осадку резервуара.

6. До укладки грунта необходимо проверить его влажность. При применении глинистых грунтов естественная влажность в момент укладки не должна превышать для супесчаных фунтов 9—14%, суглинистых 16—22% и глинистых 18—24%. Увлажнение или подсушивание грунта должно производиться до укладки его в фундамент. Степень влажности грунта должна определяться лабораторным способом. В полевых условиях степень влажности грунта можно определить при отсутствии специальных лабораторных приборов следующим способом:

а) при проведении металлической пластинкой по поверхности шарика диаметром 3—4 см, скатанного из разрыхленного грунта, не должно наблюдаться налипания его на пластинку;

б) скатанный из шарика жгут диаметром 3—4 мм и длиной 3—5 см не должен крошиться.

7. После устройства основания из местного грунта поверх его укладывается и трамбуется песчаная подушка толщиной 20-35 см из крупнозернистого песка. Песчаная подушка должна иметь уклон от центра, равный 1,5%.

8. Поверх песчаной подушки укладывается гидроизоляционный (гидрофобный) слой толщиной 8-10 см, для защиты днища резервуара от коррозии. Гидрофобный слой изготавливается из смеси песка с битумом или отработанными маслами и темными нефтепродуктами. Обычно смесь готовится в строительных растворомешалках.

9. Отмостка и откосы фундамента должны укрепляться от воздействия атмосферных осадков и выветривания песка и грунта из фундамента. Для покрытия отмостки и откосов могут применяться различные материалы: булыжник; монолитный бетон и железобетонные тонкостенные плиты (толщиной 6-8 см). Практичнее всего покрывать отмостку резервуаров тротуарными плитами размером 1,0×0,5×0,06 м, а откосы канальными плитами 2,5×1,5×0,08 м, так как при ремонте фундаментов их можно снимать и после устранения дефектов ставить на место. При хранении этилированных нефтепродуктов по санитарным требованиям покрытие отмостки и откосов должно выполняться из монолитного бетона.

10. После устройства фундамента по периметру его основания должен быть сооружен лоток с бетонным покрытием для отвода ливневых вод и предохранения фундамента от подмыва.

11. В процессе эксплуатации, особенно в течение первого года, необходимо вести наблюдение за осадкой резервуара и фундамента. При осадке резервуара обычно возникают разрывные усилия в его в корпусе в местах подключения технологических трубопроводов. В этом случае возможен разрыв задвижки или появление вогнутости или выпуклости в корпусе резервуара. Для предупреждения аварии при наземном монтаже трубопроводов на опоры устанавливаются временные раздвижные клинья, которые по мере осадки резервуара раздвигаются и трубопровод опускается. Подземные трубопроводы с резервуарами в первый год эксплуатации соединяются с помощью резиново-тканевых рукавов. При неравномерной осадке резервуара производятся его подъем и подбивка песком.

Источник

3. Основания и фундаменты

3.1 Проектирование оснований и фундаментов стальных вертикальных резервуаров выполняется в соответствии с действующими нормативными документами, приведенными в приложении Д и настоящими Нормами.

(Измененная редакция, Изм. 2005 г.)

3.2 Исходными данными для проектирования основания резервуара должны быть результаты инженерно-геологических изысканий, выполненные в соответствии с требованиями СНиП 11-02-96 и СП 11-105-97 и не позднее, чем за 1,5 года до начала проектирования.

3.3 По совокупности свойств инженерно-геологические условия площадки для строительства резервуаров подразделяются на благоприятные, неблагоприятные и весьма неблагоприятные.

3.4 Неблагоприятными для устройства оснований и фундаментов резервуаров являются:

— грунты с модулем деформации Е 0,40;

— зоны тектонических разломов;

— участки распространения оползневых, карстовых, мерзлотных и др. опасных геологических процессов.

3.6 В благоприятных инженерно-геологических условиях под фундаменты резервуаров делают выработки, согласно п. 8.4 СП 11-105-97. Для резервуаров вместимостью до 5000 м 3 включительно число выработок должно быть 3. Для резервуаров вместимостью свыше 5000 м 3 — не менее 5, с расположением одной выработки в центре, а остальные — должны быть равномерно распределены по периметру основания на расстоянии не более 2 м от предполагаемого положения стенки резервуара. Скважины проходятся на глубину не менее 0,5 диаметра резервуара, а в центре — не менее 0,75 диаметра, но не менее 30 м.

Для резервуаров вместимостью более 5000 м 3 необходимо выполнять полевые испытания грунтов — штамп.

3.7 При производстве инженерно-геологических изысканий в неблагоприятных условиях в районах развития опасных геологических и инженерно-геологических процессов (склоновых процессов, карста, переработки берегов водных объектов), а также в районах развития специфических грунтов (просадочных, набухающих, засоленных, многолетнемерзлых и др.) состав, объемы, методы и технология работ устанавливаются в соответствии с СП 11-105-97 (части II, III и IV).

3.8 На основании полных инженерно-гидрогеологических изысканий принимаются варианты решений по водопонижению грунтовых вод с устройством различных типов дренажей.

Следует использовать вертикальный дренаж, компактный и маневренный.

На застроенных территориях, сложенных глинистыми грунтами, для снижения уровня подземных вод надлежит применять дренажные завесы, которые выполняются в виде ряда пересекающихся вертикальных скважин, заполненных хорошо фильтрующим материалом.

Применение водопонижения, особенно в глинистых грунтах и пылеватых песчаных, влечет за собой уплотнение и осадку осушаемой толщи грунтов. Это явление следует учитывать при проектировании дренажа.

3.9 Расчет несущей способности основания резервуара следует выполнять в случаях и по методике, предусмотренных СНиП 2.02.01-83* «Основания зданий и сооружений. При этом рассчитывается общая устойчивость основания резервуара и местная устойчивость грунта под подошвой кольцевого фундамента. При назначении расчетных характеристик сопротивления грунтов сдвигу следует учитывать быстрое увеличение нагрузок на основание при заполнении резервуаров. Расчеты основания необходимо выполнять на характеристики сопротивления грунтов сдвигу в состоянии незавершенной консолидации. Местная устойчивость грунта под подошвой кольцевого фундамента резервуара, а также прочность конструкции кольцевого фундамента рассчитывается на монтажные и эксплуатационные нагрузки.

3.10 Основным критерием выбора типа основания и фундамента резервуара является его деформация. Поверочный расчет основания по деформациям производится из условия недопущения превышения деформации основания предельных величин, установленных СНиП 2.09.03-85. Предельные деформации основания резервуара устанавливаются технологическими и конструктивными требованиями сооружения по следующим видам: 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. Предельные и расчетные величины деформаций указываются в проекте для полного срока эксплуатации и периода гидроиспытаний резервуара.

(Измененная редакция, Изм. 2005 г.)

3.11 При благоприятных грунтовых условиях, фундамент резервуара представляет собой уплотненную подушку из среднезернистого песка с кольцевым железобетонным фундаментом под стенку.

Минимальная толщина подушки принимается по СНиП 2.02.01-83, а также из условия расположения в теле фундамента анодных заземлителей. Подстилающий слой под подушку должен быть горизонтальным с допуском на планировочные работы. Частичное опирание подушки на насыпные грунты не допускается. Работы по устройству подушки производить в соответствии со СНиП 3.02.01-87, не допуская разуплотнения поверхностного слоя при замачивании и промораживании.

Минимальный диаметр песчаной подушки должен превышать диаметр стенки резервуара не менее чем на 3 м, а величина откоса песчаной подушки должна быть не менее 1:1,5.

Деформационные швы в кольцевом железобетоном фундаменте устраиваются в соответствии со СНиП 2.03.01-84*, бетонные работы производятся согласно СНиП 3.03.01-87.

Поверх подушки и фундамента устраивается гидрофобный слой для защиты днища резервуара от коррозии. Толщина гидрофобного слоя на поверхности подушки не менее 50 мм, на поверхности кольцевого фундамента — не более 20 мм.

3.12 При благоприятных грунтовых условиях, для резервуаров объемом по строительному номиналу менее 2000 м 3 допускается основание резервуара выполнять на песчаной подушке без кольцевого железобетонного фундамента. Отсыпку подушки производить слоями 15-20 см с тщательным уплотнением при лабораторном контроле до достижения объемного веса скелета грунта 1,65 т/м 3 . До начала отсыпки необходимо произвести опытное уплотнение грунта.

3.13 При неблагоприятных грунтовых условиях применяются следующие мероприятия по защите основания и фундаментов от недопустимых осадок:

— замена слоя слабого, просадочного, набухающего грунта менее сжимаемым грунтом;>

— устройство свайных фундаментов-стоек (в т.ч. грунтовых) с ростверком (железобетонным, щебеночным и т.д.), причем опирание свай-стоек допускается согласно п. 8.4 СНиП 2.02.03-85*;

— искусственное закрепление грунтов;

— в условиях вечной мерзлоты рекомендуется применение I принципа использования ВМГ (с сохранением мерзлоты), однако при соответствующем технико-экономическом обосновании возможно применение и II принципа (без сохранения мерзлоты).

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 м 3 , утвержденных ОАО «АК «Транснефть». Фундамент рассчитывается согласно пособию к СНиП 2.02.01-83*.

(Измененная редакция, Изм. 2007 г.)

Если площадка строительства сложена толщей слабых водонасыщенных грунтов мощностью до 10 м и не имеет прослоек торфа, наиболее экономично применение свайного фундамента с промежуточной подушкой. Поверх оголовников устраивается щебеночная подушка высотой не менее расстояния между сваями.

Когда площадка строительства резервуара сложена значительной толщей слабых грунтов и применение свайного фундамента является неэкономичным, следует выполнять уплотнение грунтов временной нагрузкой с устройством вертикальных дрен для уменьшения продолжительности консолидации грунтов.

3.14 Строительство резервуаров при весьма неблагоприятных грунтовых условиях не рекомендуется.

3.15 Для наблюдения за осадкой резервуара в процессе эксплуатации на фундаментах должны предусматриваться геодезические марки, а на расстоянии не менее двух диаметров резервуара, в местах, где отсутствует влияние других сооружений, предусматриваются базовые репера. При необходимости в непосредственной близости от резервуаров предусматриваются рядовые репера. Наблюдение за осадкой и состоянием фундаментов резервуаров проводится в соответствии с требованиями РД 153-39.4-078-01 и должно быть включено в мероприятия по проведению планово-предупредительных ремонтов эксплуатирующей организацией.

3.16 Для защиты фундаментов от атмосферных осадков вокруг резервуаров выполняется бетонная отмостка из бетона марки не менее В15 шириной 1 м, которая должна отвечать следующим требованиям:

— срок службы не менее 10 лет;

— легкость демонтажа и восстановления;

— устойчивость под воздействием дождевых и капельных вод, падающих с крыши резервуара;

— морозостойкость согласно СНиП 2.03.01-84*.

Отвод атмосферных вод из каре резервуаров предусматривается в систему производственно-дождевой канализации.

Источник