Отправить сообщение, заявку, вопрос

Отправить заявку на посещение мероприятия

Отправить заявку на участие как экспонент

Запросить консультацию специалистов по данному техническому решению

Рубрикатор материалов

Сейчас в информационной базе:
рубрик - 76 , авторов - 236 ,
всего информационных продуктов - 2229 , из них
статей журнала - 484 , статей базы знаний - 53 , новостей - 1631 , конференций - 3 ,
блогов - 7 , постов и видео - 46 , технических решений - 4

Copyright © 2016-2018 ГеоИнфо
Все права защищены

Разработка и сопровождение: InfoDesigner.ru
17 ноября 2017 года

Методика расчета осадки кольцевых свайных фундаментов большеобъемных резервуаров с плавающей крышей

В статье предложен расчет напряженно-деформированного состояния основания под кольцевым свайным фундаментом при действии равномерно распределенной нагрузки по кольцу и кругу с использованием методов К.Е.Егорова и вычисление осадки по методике, применяемой для ленточных свайных фундаментов. Приведены предложенные и использованные конструкция и технология устройства фундаментов большеобъемных резервуаров с плавающей крышей. Представлены результаты натурных наблюдений за осадками емкостей в период гидравлических испытаний.

Мангушев Рашид АлександровичЗаведующий кафедрой геотехники Санкт-Петербургского государственного архитектурно-строительного университета, доктор технических наук, профессор, член-корреспондент РААСН

При проектировании оснований и фундаментов для большеобъемных вертикальных стальных цилиндрических резервуаров с плавающей крышей особое внимание уделяется расчетам по деформациям. Опасность возникновения существенных неравномерных осадок по периметру резервуара может привести к развитию недопустимых напряжений в сварных соединениях стенки и днища, к возникновению крена и заклиниванию конструкции плавающей крыши.

Как показали исследования [1], наибольшие напряжения и деформации возникают в районе уторного узла резервуара на расстоянии 3 – 4 м от стенки большеобъемных емкостей (V10 тыс. м3). С целью обеспечения нормальной работы конструкций вертикальных стальных цилиндрических резервуаров в период эксплуатации необходимо на стадии проектирования правильно оценить величину осадки различных точек днища и стенки, а также степень неравномерности указанных перемещений.

Широко используемые в практике фундаменты стальных резервуаров представляют собой кольцевые или круглые плиты, опирающиеся на песчано-гравийные подушки или сваи. Многочисленные экспериментальные исследования показывают, что устройство под стенкой резервуара жесткого монолитного железобетонного кольца позволяет снизить неравномерность осадок по периметру резервуара. Применение кольцевой свайной обоймы, в условиях слабых грунтов препятствующей выпору грунта из-под днища резервуара и ограничивающей горизонтальные перемещения грунта, также позволяет уменьшить среднюю осадку основания [2].

Расчет осадки кольцевого фундамента под стенку резервуара рекомендуется определять на базе решения осесимметричной задачи теории упругости. Для определения вертикальных компонент напряжений σz для фундаментов круглой и кольцевой формы К.Е.Егоровым [3] предложены зависимости, представленные в следующем виде:

для круглого фундамента, радиусом R (рис. 1):

    (1)

 

где α – функция эллиптических интегралов, зависящая от соотношений 

 

для кольцевого фундамента с внутренним и внешним радиусами соответственно R1 и R2 (рис. 2):

   (2)

где α(m,t) и β(m,t) – функции, выраженные через эллиптические интегралы, зависящие от соответствующих радиусов кольца R1 < R2 и переменных

 

Рис.&nbsp;1. Схема к определению осадок круглого фундамента, нагруженного равномерно распределенной нагрузкой Рис. 1. Схема к определению осадок круглого фундамента, нагруженного равномерно распределенной нагрузкой

 

Рис.&nbsp;2. Схема к определению осадок кольцевого фундамента, нагруженного равномерно распределенной нагрузкой Рис. 2. Схема к определению осадок кольцевого фундамента, нагруженного равномерно распределенной нагрузкой

 

Рис.&nbsp;3. Ленточные свайные фундаменты с расположением свай в один ряд (а), в два ряда (б), в три ряда (в) Рис. 3. Ленточные свайные фундаменты с расположением свай в один ряд (а), в два ряда (б), в три ряда (в)

 

Проведенные в Пермском государственном техническом университете под руководством проф. А.А.Бартоломея экспериментальные исследования работы ленточных свайных фундаментов в различных грунтовых условиях позволили предложить общую методику расчета осадок таких фундаментов при расположении свай в один, два и три ряда (рис. 3) [4,5,6].

Разработанный метод учитывает такие факторы, как глубина приложения нагрузки и передача ее через боковую поверхность и в плоскости острия свай, размеры фундамента, коэффициент бокового расширения грунта, напряжения и деформации во всей активной зоне.

При анализе закономерностей передачи нагрузки сваями грунтам основания установлены следующие зависимости:

характер передачи нагрузки через боковую поверхность свай:

      (3)

в плоскости острия свай:

      (4)

 

где an, bn - безразмерные коэффициенты, зависящие от эпюр передачи нагрузки по боковой поверхности и в плоскости острия свай; Р – нагрузка на свайный фундамент, кН/м; l – длина свай, м; h – глубина расположения рассматриваемой точки, м; d0 – ширина фундамента, м, для однорядного свайного фундамента; d0=d (d – диаметр сваи), для двухрядного d0=4d, для трехрядного d0=7d; x – расстояние от рассматриваемой точки до оси фундамента; n – число рядов свай; Руд – удельная нагрузка по боковой поверхности и в плоскости острия свай, кПа.

На основе численного интегрирования А.А.Бартоломеем получена формула для определения осадки однорядных и многорядных свайных фундаментов:

   (5)

 

где an, bn - безразмерные коэффициенты, зависящие от вида эпюр передачи нагрузки по боковой поверхности и в плоскости острия свай;  – компоненты перемещений, вызванных силами трения по боковой поверхности и силами в плоскости нижних концов свай.

Для практического использования формула расчета осадок приведена к виду:

(6)

где S – осадка свайного фундамента, м; Р – нагрузка на свайный фундамент, кН/м; ; E – модуль деформации грунта активной зоны с учетом уплотнения грунта под сваями в результате их забивки, значения безразмерной компоненты перемещения δ0 табулированы для различных случаев.

На основе имеющихся решений разработан алгоритм программы для расчета на компьютере осадок кольцевого свайного фундамента, который учитывает известные методы определения напряжений в активной зоне основания и методы расчета полных осадок ленточных свайных фундаментов с учетом приложения нагрузки внутри массива и вида эпюр ее передачи по боковой поверхности и в плоскости острия свай.

Идея разработки данной методики расчета основания возникла при проектировании фундаментов двух стальных цилиндрических резервуаров емкостью 50 тыс. м3 (диаметр резервуара – 60,7 м, высота – 18,0 м) с плавающей крышей для хранения нефтепродуктов на территории нефтеперерабатывающего завода в Ленинградской области. Площадка строительства резервуаров расположена на территории ранее занятой бывшими искусственными прудами различной конфигурации и глубины, засыпанных насыпным грунтом. Основные инженерно-геологические элементы, слагающие основание, представлены насыпными грунтами, верхнечетвертичными озерно-ледниковыми отложениями в виде пылеватых суглинков и супесей, верхнечетвертичными ледниковыми отложениями в виде легких и тяжелых суглинков от полутвердой до твердой консистенции, подстилаемые верхнедевонскими пылеватыми твердыми глинами. Выполненные инженерно-геологические изыскания выявили наличие линз слабого грунта под пятном строительства одного из резервуаров в виде легкого мягкопластичного суглинка и пылеватой супеси.

Предварительные расчеты позволили рекомендовать в качестве фундаментов под резервуары фундамент-отсыпку под днище и кольцевой свайный фундамент с монолитным железобетонным ленточным ростверком под стенки резервуаров.

Кольцевой свайный фундамент для резервуара, у которого отмечено согласное напластование грунтов по пятну застройки, выполнен на 6-ти метровых железобетонных сваях сечением 0,35x0,35 м с двухрядным расположением свай в ростверке. Для кольцевого фундамента резервуара, в основании которого были обнаружены линзы, использованы 9-ти метровые железобетонные сваи сечением 0,35x0,35 м с трехрядным расположением свай (рис. 4).

 

Рис.&nbsp;4. Конструкция кольцевого свайного фундамента для резервуара, в&nbsp;основании которого была обнаружена линза слабого грунта Рис. 4. Конструкция кольцевого свайного фундамента для резервуара, в основании которого была обнаружена линза слабого грунта

 

После возведения резервуаров проводились их гидравлические испытания, во время которых были установлены регулярные геодезические наблюдения за осадками емкостей. В ходе наблюдений проводилась нивелировка металлических марок, которые приваривались к стенкам резервуаров с шагом 6 м по периметру. Резервуары заполнялись водой ступенями 2,5 м; 6,0 м; 11,0 м и 17,4 м согласно технологической карте проведения гидравлических испытаний. После каждой ступени нагружения определялись высотные отметки марок и приращение деформаций. На основании полученных данных построены графики развития осадок во времени с учетом загрузки основания (рис. 5).

 

Рис.&nbsp;5а. Графики развития осадок во времени: а) - для&nbsp;резервуара, основание которого представлено согласным напластованием грунтов (длина свай l=6&nbsp;м); Рис. 5а. Графики развития осадок во времени: а) - для резервуара, основание которого представлено согласным напластованием грунтов (длина свай l=6 м); Рис.&nbsp;5. Графики развития осадок во времени: б) – для резервуара, в основании которого расположена линза слабого грунта (длина свай l=9&nbsp;м). Рис. 5. Графики развития осадок во времени: б) – для резервуара, в основании которого расположена линза слабого грунта (длина свай l=9 м).

 

По результатам наблюдений получены следующие результаты:

I. Для резервуара, в конструкции фундамента которого использованы 6-ти метровые сваи:

а)средняя осадка (ΔSср) конструкции по периметру при заполнении до отметки 17,4 м составила 18 мм;

б)максимальная осадка (ΔSmax) по периметру емкости  –  22 мм;

в)максимальная неравномерность осадки (ΔS) по периметру  –  11 мм.

II. Для резервуара, в конструкции фундамента которого использованы 9-ти метровые сваи:

а)средняя осадка (ΔSср) конструкции по периметру при заполнении до отметки 17,4 м составила 12 мм;

б)максимальная осадка (ΔSmax) по периметру емкости  –  16 мм;

в)максимальная неравномерность осадки ( ΔS) по периметру  –  11 мм.

Использование 9-ти метровых свай в кольцевом свайном фундаменте на неоднородном основании позволило снизить среднее значение неравномерности осадки по периметру резервуара в 1,8 раза (рис. 5, б).

 

Список литературы
Сотников С.Н., Мангушев Р. А. Проектирование и строительство резервуаров на слабых грунтах. // Обзорн. инф. Сер. «Нефтепромысловое строительство». – М.: ВНИИОЭНГ, 1981.
Основания и фундаменты резервуаров. / Иванов Ю. К., Коновалов П. А., Мангушев Р. А., Сотников С. Н. / Под ред. Коновалова П. А. – М.: Стройиздат, 1989.
Егоров К. Е. К расчету деформаций оснований (Сборник статей). – М.: ГУП «ВНИИНТПИ», 2002.
Бартоломей А. А. Основы расчета ленточных свайных фундаментов по предельно допустимым осадкам. / М.: Стройиздат, 1982.
Мангушев Р.А., Готман А.Л., Знаменский В.В., Пономарев А.Б. СВАИ И СВАЙНЫЕ ФУНДАЕНТЫ. Конструкции, проектирование и технологии / Под. ред.чл.-корр. РААСН, д.т.н., проф. Мангушева Р.А. – М.: Изд-во АСВ, 2015. – 320 с.
Справочник геотехника. 2-е издание дополненное и переработанное// Под ред. В.А.Ильичева и Р.А.Мангушева. – М.: АСВ, 2016. – 1068 с.