Основания и фундаменты под резервуары
Обновлено: 09.05.2024
§ 8. Основания и фундаменты под резервуары
Фундаментом называется часть сооружения, передающая нагрузку от веса сооружения на основание.
Основанием называется толща грунта, находящаяся ниже подошвы фундамента и воспринимающая давление, передаваемое фундаментом.
Грунты, находящиеся в условиях их природного залегания, являются естественными основаниями сооружений, а грунты, предварительно уплотнение или укрепленные другими способами, искусственными основаниями.
Крупноблочные, песчаные и глинистые грунты состоят из отдельных минеральных частиц (скелета грунта), между которыми имеются промежутки — юры, заполненные водой, воздухом или „цементирующим веществом. Твердые частицы грунта имеют различную величину (от нескольких сантиметров до тысячных долей миллиметра) и различную форму (кубовидную, призмовидную или пластинчатую). Физические и механические свойства грунтов зависят от свойств составных частей и от их взаимодействия.
Плотность ρ — отношение массы частиц грунта, высушенных до полной потери влаги, к объему, занимаемому этими частицами.
Пористость грунта п — доля объема пустот Vп в общем объеме грунта (V = Vп + Vc, где Vc — объем твердых частиц (скелета) грунта)
(3.99)
Коэффициент пористости грунта ε — отношение объема пор к объему твердых частиц, т. е
(3.100)
Угол естественного откоса — наибольшее значение угла, который с горизонтальной плоскостью образует поверхность грунта, отсыпанного без толчков и сотрясений. Угол естественного откоса (угол внутреннего трения грунта) характеризует сопротивление грунта сдвигу.
Сжимаемость грунтов. По мере изменения нагрузки на грунт будет меняться и величина коэффициента пористости. Кривая ε = f (р), отражающая зависимость между деформацией и нагрузкой, называется компрессионной кривой.
Рис. 3.35. Компрессионная кривая грунта.
1 — кривая нагрузки; 2 — кривая разгрузки; 3 — прямолинейный участок.
На рис. 3.35 изображена характерная компрессионная кривая наиболее часто встречающихся грунтов. На этой кривой можно выделить участок АВ, отражающий естественное уплотнение грунта, которое он приобрел в условиях природного залегания. Следовательно, ε0 — коэффициент пористости до приложения внешней нагрузки. При нагрузке, большей природного давления, деформация начинает увеличиваться быстрее, чем и объясняется перегиб в точке В. Для образца грунта с нарушенной структурой участок АВ отсутствует. Кривая разгрузки не совпадает с кривой нагрузки, а проходит ниже ее. В небольшом начальном промежутке кривой до давления p1 кривую можно заменить прямой ВС. Тогда в пределах этого участка зависимость между коэффициентом пористости е и давлением р выразится уравнением
(3.101)
где а — коэффициент уплотнения грунта в данном интервале изменения нагрузки. На начальном прямом участке компрессионной кривой можно принять, что деформация прямо пропорциональна нагрузке, следовательно, относительное укорочение элемента грунта можно вычислить, пользуясь известными формулами обобщенного закона Гука
10. Основания и фундаменты
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;
- 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:
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:
Левая часть второго неравенства представляет момент от удерживающих сил, а правая - опрокидывающий момент, определяемый по формуле п. 10.2.4.
10.2.10.4. Подъемная сила от действия ветра на крышу определяется по формуле:
Для конических крыш с углом наклона αr ≥ 5° и сферических крыш высотой fr ≥ 0,1D, а также для резервуаров с плавающими крышами следует принять Fwvr = 0.
10.2.10.5. Расчетная минимальная вертикальная нагрузка на фундамент резервуара вычисляется для 3-го расчетного сочетания нагрузок (таблица П. 4.6 Приложения П.4) и составляет:
Qmin = γn[(Gs + Gr) + 0,95(Gs0 + Gr0 + Gst + Grt) - 1,2·0,95р π r2].
10.2.10.6. Если теплоизоляция или избыточное давление отсутствуют, формула 10.2.10.5 должна быть приведена в соответствие с полученным сочетанием нагрузок.
10.2.10.7. Расчетное усилие в одном анкерном болте определяется по формуле:
10.3. Конструктивные решения фундаментов
10.3.1. Устройство фундаментов под резервуары рекомендуется выполнять с применением следующих конструктивных решений:
- грунтовая подушка (рис. 10.2);
- кольцевой железобетонный фундамент (рис. 10.3);
- сплошная железобетонная плита (рис. 10.4).
10.3.2. Для устройства грунтовой подушки используются чистые и прочные сыпучие материалы - песок и щебень.
Рис. 10.2. Грунтовая подушка
Формирование подушки осуществляется слоями толщиной около 150 мм с утрамбовкой слоев катками массой от 5 до 10 тонн. Высота подушки должна составлять не менее 0,5 м.
По верху подушки устраивается гидрофобный слой из битумно-песчаной смеси толщиной не менее 50 мм, состоящей из формованной в горячем состоянии смеси следующих компонентов: 9 % битума, растворенного в чистом керосине, 10 % портландцемента и 81 % чистого песка.
Дренаж грунтовой подушки и контроль протечек через возможные повреждения днища обеспечивается путем установки по периметру фундамента на расстоянии не более 5 м друг от друга радиальных дренажных трубок диаметром 75 мм, закрытых с торцов пластиковой сеткой 10 × 10 мм.
Рис. 10.3. Кольцевой железобетонный фундамент
10.3.3. Кольцевой железобетонный фундамент используется при наличии значительных контурных нагрузок по периметру стенки или при необходимости установки анкеров.
Ширина кольцевого фундамента должна быть не менее 0,8 м для резервуаров объемом до 3000 м 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.
5. Рекомендации к основаниям и фундаментам
5.1.1. Рекомендуется, что перечень исходных данных для проектирования основания и фундамента под резервуар входят данные инженерно-геологических изысканий (для районов распространения многолетнемерзлых грунтов - данные инженерно-геокриологических изысканий).
СП 11-105-97 "Инженерно-геологические изыскания для строительства" одобренный письмом Госстроя РФ от 17 февраля 2004 года N 9-20/112 устанавливает состав, объемы, методы и технологию производства инженерно-геологических изысканий для обоснования проектной подготовки строительства, а также инженерно-геологических изысканий, выполняемых в период строительства, эксплуатации и ликвидации сооружения.
5.1.2. Материалы инженерно-геологических изысканий площадки строительства содержат следующие сведения о грунтах и грунтовых водах:
- литологические колонки;
- физико-механические характеристики грунтов (плотность грунтов p, удельное сцепление грунтов с, угол внутреннего трения φ, модуль деформации Е , коэффициент пористости е , показатель текучести IL и др.);
- расчетный уровень грунтовых вод с учетом прогноза изменения гидрогеологического режима грунтовых вод на период срока службы резервуаров без учета их объемов.
В районах распространения многолетнемерзлых грунтов проводятся изыскания с целью получения 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.
5.1.3. Число геологических выработок определяется проектной организацией с учетом наличия ранее проведенных инженерно-геологических изысканий. В случае строительства резервуара на месте демонтированного осуществляется подтверждение ранее проведенных изысканий бурением одной скважины на периметре с исследованием геологии грунтовых вод и проведением расчетов с использованием геодезических наблюдений за маркерами в период эксплуатации демонтированного резервуара.
5.1.4. При разработке проектной документации оснований и фундаментов рекомендуется руководствоваться положениями СП 22.13330.2011 "Свод правил "СНиП 2.02.01-83* Основания зданий и сооружений", утвержденного приказом Минрегиона РФ от 28 декабря 2010 года N 823, СП 24.13330.2011 "Свод правил "СНиП 2.02.03-85 Свайные фундаменты", утвержденного приказом Минрегиона РФ от 27 декабря 2010 года N 786, СНиП 2.02.04-88 "Основания и фундаменты на вечномерзлых грунтах", утвержденного Приказом Минрегиона РФ от 29 декабря 2011 года N 622, СП 14.13330.2011 "Свод правил "СНиП II-7-81* Общие правила производства работ. Строительство в сейсмических районах", утвержденного приказом Минрегиона РФ от 27 декабря 2010 года N 779, СНиП 3.02.01-87 "Земляные сооружения, основания и фундаменты", утвержденного приказом Минрегиона РФ от 29 декабря 2011 года N 635/2 и рекомендациями настоящего Руководства по безопасности.
5.2. Рекомендации к проектным решениям оснований
5.2.1. Грунты, деформационные характеристики которых обеспечивают допустимые осадки резервуаров, рекомендуется использовать в естественном состоянии как основание для резервуара.
5.2.2. Для грунтов, деформационные характеристики которых не обеспечивают допустимые осадки резервуаров, предусматривают инженерные мероприятия по их упрочнению либо устройство свайного фундамента.
5.2.3. Для просадочных грунтов рекомендуется предусматривать устранение просадочных свойств в пределах всей просадочной толщи или устройство свайных фундаментов, полностью прорезающих просадочную толщу.
5.2.4. При проектировании оснований резервуаров, возводимых на набухающих (пучинистых) грунтах, в случае, если расчетные деформации основания превышают предельные, предусматривают проведение следующих мероприятий:
- полная или частичная замена слоя набухающего (пучинистого) грунта ненабухающим;
- применение компенсирующих песчаных или гравийных подушек;
- устройство свайных фундаментов.
5.2.5. При проектировании оснований резервуаров, возводимых на водонасыщенных пылевато-глинистых, биогенных грунтах и илах, в случае если расчетные деформации основания превышают допустимые, рекомендуется предусматривать 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).
5.2.6. При проектировании оснований резервуаров, возводимых на подрабатываемых территориях, в случае если расчетные деформации основания превышают допустимые, рекомендуется предусматривать 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.
5.2.7. 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.
5.2.8. 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.
5.2.9. Если применение указанных мероприятий согласно подпунктам 5.2.7, 5.2.8 не исключает возможность превышения предельных деформаций основания проектная организация предусматривает специальные устройства (компенсаторы) в узлах подключения трубопроводов, обеспечивающие прочность и надежность узлов при осадках резервуаров, а также устройство для выравнивания резервуаров.
5.2.10. 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) предусматривается их защита от воздействия положительных температур хранимой в резервуарах нефти и нефтепродукта. Это достигается устройством проветриваемого подполья "Высокий ростверк" или применением теплоизоляционных материалов в сочетании с принудительным охлаждением грунтов - "термостабилизацией".
5.2.11. Грунтовые подушки выполняются из послойно уплотненного при оптимальной влажности грунта, модуль деформации которого после уплотнения составляет не менее 15 МПа, коэффициент уплотнения - не менее 0,90.
Уклон откоса грунтовой подушки рекомендуется выполнять не более 1:1,5.
Рекомендованная ширина горизонтальной части поверхности подушки за пределами окрайки:
- 0,7 м - для резервуаров объемом не более 1000 м 3 ;
- 1,0 м - для резервуаров объемом более 1000 м 3 и для площадок строительства с расчетной сейсмичностью 7 и более баллов (независимо от объема) по шкале MSK-64 "Шкала сейсмической интенсивности MSK-64".
Поверхность подушки за пределами периметра резервуара (горизонтальная и наклонная части) защищается отмосткой.
5.3. Рекомендации к проектным решениям фундаментов
5.3.1. В качестве фундамента резервуара рекомендуется использовать грунтовую подушку (с железобетонным кольцом под стенкой и без него) либо железобетонная плита.
5.3.2. Для резервуаров объемом 2000 м 3 и более под стенкой резервуара устанавливается железобетонное фундаментное кольцо шириной не менее 0,8 м для резервуаров объемом не более 3000 м 3 и не менее 1,0 м - для резервуаров объемом более 3000 м 3 . Толщина кольца принимается не менее 0,3 м.
5.3.3. Для площадок строительства с расчетной сейсмичностью 7 баллов и более по шкале MSK-64 "Шкала сейсмической интенсивности MSK-64" фундаментное кольцо рекомендуется устраивать для всех резервуаров, независимо от объема, шириной не менее 1,5 м, а толщину кольца принимать не менее 0,4 м. Фундаментное кольцо рассчитывается на основное, а для площадок строительства с сейсмичностью 7 баллов и более по шкале MSK-64 "Шкала сейсмической интенсивности MSK-64" также на особое сочетание нагрузок.
5.3.4. Под всем днищем резервуара рекомендуется предусматривать гидроизолирующий слой, выполненный из песчаного грунта, пропитанного нефтяными вяжущими добавками, или из рулонных материалов. Рекомендуется применять песок и битум без содержания коррозионно-активных агентов.
5.3.5. При устройстве фундамента резервуара рекомендуется предусматривать проведение мероприятий по отводу грунтовых вод и атмосферных осадков из-под днища резервуара.
5.4. Рекомендуемый расчет нагрузок на основание и фундамент резервуара
5.4.1. Нагрузки, передаваемые с корпуса на основание и фундамент резервуара, определяются в зависимости от конструктивных, технологических, климатических, сейсмических нагрузок и их сочетаний, приведенных в таблице 19 настоящего Руководства по безопасности.
Таблица 19. Сочетания воздействий для расчета нагрузок на фундаменты
| Вид нагрузки | Сочетание воздействий для расчета нагрузок на фундаменты | ||
|---|---|---|---|
| 1, 2 | 3 | 4 | |
| Условия эксплуатации и гидравлических испытаний | Проверка на опрокидывание пустого резервуара | Условия землетрясения | |
| Вес продукта (или воды) | + | - | + |
| Вес корпуса и крыши резервуара | + | + | + |
| Вес стационарного оборудования | + | + | + |
| Вес теплоизоляции | + | + | + |
| Внутреннее избыточное давление | - | + | + |
| Вакуум | + | - | - |
| Снеговая нагрузка | + | - | + |
| Ветровая нагрузка | + | + | - |
| Сейсмическая нагрузка | - | - | + |
5.4.2. 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.
5.4.3. Перечень рекомендуемых расчетов:
- определение нагрузок на центральную часть днища в условиях эксплуатации, гидро- и 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.
5.4.4. Расчет нагрузок на основание и фундамент резервуара при землетрясении рекомендуется производить специализированными организациями.
5.4.5. Опрокидывающий момент Mw, МН·м, действующий на резервуар в результате ветрового воздействия, рекомендуется вычислять по формуле:
где опрокидывающий момент от действия ветра на стенку Mws, МН·м, определяется по формуле:
Опрокидывающий момент от действия ветра на крышу определяется по формуле:
(43)
где b0=10m- базовый параметр;
Yn- коэффициент надежности по опасности;
Hs- высота стенки, м;
D- диаметр резервуара, м;
Pw- нормативное значение ветрового давления, МПа.
5.4.6. Расчетная погонная нагрузка по контуру стенки характеризуется максимальным и минимальным значениями, соответствующими диаметрально противоположным участкам фундамента в соответствии с рисунок 28 настоящего Руководства по безопасности. 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 рекомендуется определять по формулам:
Рисунок 28
5.4.7. Расчетная вертикальная нагрузка Qmax, МН на фундамент резервуара, соответствующая расчетному сочетанию нагрузок 1 (см. таблицу 19), составляет:
где Yn- коэффициент надежности по опасности;
Gr- вес листов настила крыши, МН;
Gs- вес стенки, МН;
Gs0- вес оборудования на стенке, МН;
Gr0- вес оборудования на крыше, МН;
Gst- вес теплоизоляции на стенке, МН;
Gr- вес крыши, МН;
Grt- вес теплоизоляции на крыше, МН;
ps- расчетная снеговая нагрузка на поверхности земли, МПа, определяемая по СП 20.13330.2011 "Свод правил "СНиП 2.01.07-85* Нагрузки и воздействия", утвержденному приказом Минрегиона РФ от 27 декабря 2010 года N 787;
pv- нормативное значение вакуума, МПа;
ce= 0,85 при D≤60 м;
ce= 1,0 при D>100 м;
ce= 0,85 + 0,00375•( D- 60) - в промежуточных случаях;
D- диаметр резервуара, м;
ψ1, ψ2, ψ3- коэффициенты сочетаний для длительных нагрузок, назначаемые в соответствии с СП 20.13330.2011 "Свод правил "СНиП 2.01.07-85* Нагрузки и воздействия", утвержденным приказом Минрегиона РФ от 27 декабря 2010 года N 787, (пп.6.2, 6.3) для основной по степени влияния нагрузки ψ=1, для остальных ψ=0,95.
5.4.8. Нагрузки на центральную часть днища определяются исходя из величины внутреннего избыточного давления, максимального проектного уровня налива и плотности продукта (эксплуатация) или воды (гидро- и пневмоиспытания). Эту нагрузку рекомендуется определять по формулам:
а) нагрузка pf, МПа, на основание под центральной частью днища при эксплуатации:
б) нагрузка pfg, МПа, на основание под центральной частью днища при гидро- и пневмоиспытаниях:
где Yn- коэффициент надежности по ответственности;
g- ускорение свободного падения, м/с 2 ;
p- плотность продукта, т/м 3 ;
pg- плотность воды, используемой для гидравлических испытаний, т/м 3 ;
ps- плотность металла, т/м 3 ;
H- высота налива продукта при эксплуатации, м;
Hg- высота налива воды при гидравлических испытаниях, м;
p- нормативное избыточное давление в газовом пространстве, МПа;
tbc- номинальная толщина центральной части днища резервуара, м.
5.4.9. Рекомендации по установке анкеров
5.4.9.1. Анкеровка корпуса резервуара рекомендуется 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.
5.4.9.2. В случаях, указанных в подпункте 5.4.9.1, стенка резервуара прикрепляется к фундаменту анкерными устройствами, шаг установки и размеры которых определяются расчетом.
5.4.9.3. Рекомендуется установка анкеров, если выполняются следующие неравенства, соответствующие условиям подпункта 5.4.9.1:
, (48)
Левая часть второго неравенства представляет момент от удерживающих сил, а правая - опрокидывающий момент, определяемый по пункту 5.4.5.
5.4.9.4. Подъемная сила Fwvr, MН, от действия ветра на крышу рекомендуется определять по формуле:
где Yn- коэффициент надежности по опасности;
r- радиус резервуара, м;
pw- нормативное значение ветрового давления, МПа, определяется по СП 20.13330.2011 "Свод правил "СНиП 2.01.07-85* Нагрузки и воздействия", утвержденному приказом Минрегиона РФ от 27 декабря 2010 года N 787, (таблица 11.1).
Для конических крыш с углом наклона ar≥5 и сферических крыш высотой fr≥0,1D, а также для резервуаров с плавающими крышами следует принять Fwvr =0.
5.4.9.5. Расчетную минимальную вертикальную нагрузку на фундамент резервуара Qmin, MН, рекомендуется вычислять для расчетного сочетания нагрузок 3 (см. таблицу 19) составляет:
где Yn- коэффициент надежности по опасности;
r- радиус резервуара, м;
Gs- вес стенки, МН;
Gr- вес стенки, МН;
Gs0- вес оборудования стенки, МН;
Gr0- вес оборудования крыши, МН;
Gst- вес теплоизоляции на стенке, МН;
Grt- вес теплоизоляции на крыше, МН;
p- нормативное избыточное давление в газовом пространстве, МПа.
5.4.9.6. Расчетное усилие Na, MH, в одном анкерном болте рекомендуется определять по формуле:
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 < 10 МПа;
- просадочные и набухающие;
- вечномерзлые грунты с льдистостью < 0,40;
- районы с сейсмичностью 7 баллов и более;
- грунты с отклонением слоев от горизонтали более 7 градусов.
3.5 Весьма неблагоприятными для устройства оснований и фундаментов резервуаров являются:
- грунты плывунного типа;
- просадочные грунты мощностью более 25 метров;
- вечномерзлые грунты с льдистостью > 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.
3.16 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.
Фундаменты под резервуары
Нужно запроектировать фундаменты под три резервуара для воды, рядом с сущ. зданием. Емкости резервуаров - 2 по 250 м3 и 1 - 100 м3.
Фундаменты существующего здания на глубине 1.8 метра от поверхности земли.
По заданию поставщиков резервуаров - нужно выполнить опорную железобетонную плиту с расставленными закладными.
Грунты основания:
1.5 м - насыпной
1. 2 м - суглинок с IL=0.9
5 м - песок средней крупности
Вопросы такие.
1. Устройство искусственного основания из песка средней крупности. Предполагается отрывка котлована глубиной 1.5 метра. Смущает наличие рядом здания. Как могут сказаться работы по уплотнению основания на конструкциях существующего здания, учитывая, что работы ведутся практически вплотную?
2. Если обойтись без песчаной подушки, то какие могут быть другие варианты? Мне видятся два. Первый - ленточный фундамент по кольцу, плюс ленточный фундамент по осям резервуара крестиком, сверху плита, рассчитываемая как плита перекрытия. Второй - ленточный фундамент по кольцу, плита днища внутри этого кольца, работает как поршень. По первому варианту вертикальная нагрузка приходится через плиту днища на подошвы ленточных фундаментов, во втором случае вертикальная нагрузка давит на плиту днища, а лента по контуру воспринимает растягивающие радиальные напряжения от бокового давления грунта. Насколько жизнеспособны такие решения? Опыт проектирования подобных сооружений небольшой, не хотелось бы изобретать велосипед.
3. Расположение подошвы фундамента резервуара выше подошвы существующих фундаментов очевидно будет хуже, нежели расположение фундаментов в одном уровне. Вопрос в том - насколько хуже?
Читайте также: