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:
P = H*p + (Gpeз + Gcф + Gcн)/F,
где Р — давление на основание фундамента, кг/см2;
Н — высота резервуара, см;
р - плотность жидкости, кг/см3;
Gрез — вес резервуара, кг;
Ссф — вес фундамента, кг;
Gcн — вес снега на крыше резервуара, кг:
F — площадь основания фундамента, см2.
При сооружении фундаментов под РВС допустимая нагрузка на грунт под основанием фундамента должна быть не более 2,0 кг/см2, то есть резервуары строить на грунтах, имеющих несущую способность (допустимое давление на грунт) менее 2,0 кг/см2 без дополнительного его упрочнения не допускается. Таким образом, условие устойчивости резервуара определяется формулой:
р = Н • р + (Gрез + Gсф + Ссн) / F ≤Рдоп = 2 кг/см2.
В таблице приведены допустимые давления на некоторые виды грунтов, на которых сооружаются резервуары.
Фундаменты для наземных РВС емкостью до 5000 м3 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 м3 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:
Rфунд = Rрвс +0,7+l,5hф ,
где Rфунд — радиус подошвы фундамента, м;
Rpвс - радиус резервуара, м;
hф - 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 1,0x0,5x0,06 м, а откосы канальными плитами 2,5x1,5x0,08 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.