Искусственные основания

К искусственным основаниям относятся:

• искусственно упрочненные грунты основания (путем уплотнения, химического закрепления или забивки бетонных или песчаных свай);
• свайные основания и фундаменты глубокого заложения, передающие нагрузку от сооружения на более прочные грунты, залегающие на большей глубине от поверхности земли;
• прочее.

2.3.1. Виды искусственных оснований для разных видов слабых грунтов

Для просадочных грунтов предусматривают устранение просадочных свойств в пределах всей просадочной толщи или устройство свайных фундаментов, полностью прорезающих просадочную толщу.

Для набухающих грунтов, в случае если расчетные деформации основания превышают предельные, предусматривают проведение следующих мероприятий:

• полная или частичная замена слоя набухающего грунта не набухающим;
• применение компенсирующих песчаных подушек;
• устройство свайных фундаментов.

При проектировании оснований резервуаров, возводимых на водонасыщенных пылевато-глинистых, биогенных грунтах и илах, в случае если расчетные деформации основания превышают допустимые, должно предусматриваться 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).

При проектировании оснований резервуаров, возводимых на подрабатываемых территориях, в случае если расчетные деформации основания превышают допустимые, должно предусматриваться 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.

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.

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.

Если применение данных мероприятий не исключает возможность превышения предельных деформаций основания или в случае нецелесообразности их применения, предусматривают специальные устройства (компенсаторы) в узлах подключения трубопроводов, обеспечивающие прочность и надежность узлов при осадках резервуаров, а также устройство для выравнивания резервуаров.

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) предусматривают их защиту от воздействия положительных температур хранимого в резервуарах продукта. Это достигается устройством проветриваемого подполья («высокий ростверк») или применением теплоизоляционных материалов в сочетании с принудительным охлаждением грунтов – «термостабилизацией».

2.3.2. Методики укрепление грунта основания

При строительстве резервуаров на площадках, сложенных мощной толщей слабых грунтов, возникают значительные неравномерные осадки основания, что существенно влияет на дальнейшую эксплуатацию резервуаров. Поэтому при строительстве резервуаров на слабых грунтах применяют специальные подготовки основания.

Грунтовые подушки должны выполняться из послойно уплотненного при оптимальной влажности грунта, модуль деформации которого после уплотнения должен быть не менее 15 МПа, коэффициент уплотнения – не менее 0,90.

Уклон откоса грунтовой подушки следует выполнять не более 1:1,5. Ширина горизонтальной части поверхности подушки за пределами окрайки должна быть:

• 0,7 м. – для резервуаров объемом не более 1000 м3;
• 1,0 м. – для резервуаров объемом более 1000 м3;
• 1,0 м. – независимо от объема, для площадок строительства с расчетной сейсмичностью 7 и более баллов.

Поверхность подушки за пределами периметра резервуара (горизонтальная и наклонная части) должна быть защищена отмосткой.

Применяются разнообразные методы укрепления грунта основания (без его замены).

2.3.2.1.Метод предварительного наполнения резервуара.

В качестве одного из относительно часто применяемых методов уплотнения грунтов основания и улучшения их строительных свойств используется предварительное (иногда частичное) наполнение резервуара. Этот способ достаточно прост и дешев, так как полезная нагрузка резервуаров на основание значительно превышает нагрузку от веса строительных конструкций и может быть быстро приложена и снята.

При этом следует отметить, что применение такого метода при относительно малой стоимости сопряжено с определенными технологическими сложностями и занимает много времени, поэтому оно целесообразно при наличии существенного временного резерва.

2.3.2.2.Метод уплотнения основания глубинным водопонижением

Метод глубинного водопонижения как средство уплотнения основания может быть успешно применен на площадках, на которых имеются слои грунтов, обладающих достаточно высокой водоотдачей. Этот метод особенно эффективен при строительстве резервуаров в условиях сурового климата, поскольку откачку воды можно осуществлять круглый год из слоев грунтов, расположенных ниже границы сезонного промерзания.

В состав водопонизительной установки входят колодцы-скважины, один из которых, как правило, располагается в центре основания, остальные — по краю. Наибольшее понижение уровня подземных вод составило 8 м, откачка производилась до начала строительства и в период гидравлического испытания.

2.3.2.3.Метод уплотнения основания насыпью.

Основание резервуаров может быть уплотнено весом насыпи высотой в несколько метров. Далее нагрузка выдерживается несколько недель до начала монтажа резервуара.

Насыпь иногда выполняется переменной высоты в расчете на изменение толщины непрочного слоя грунты с тем, чтобы осадка поверхности была равномерной.

Метод уплотнения основания насыпью может дать положительный эффект, если создаваемый при этом пригруз в 1,5—2 раза превышает нагрузку от заполненного резервуара. Поэтому при подготовке оснований резервуаров больших размеров для этой цели потребуется использовать насыпи довольно значительной высоты (до 8—10 м), а период выдержки может составить несколько месяцев. При этом насыпь потребуется возводить на площади большей, чем площадь пятна застройки резервуара, с тем, чтобы основание под стенкой получило необходимое уплотнение. Таким образом, применение этого достаточно эффективного способа сопряжено с большим объемом земляных работ, что особенно затруднительно в районах с суровым климатом и продолжительным морозным периодом.

При развитии резервуаростроения часто методы уплотнения грунтов оснований резервуаров осуществляются в сочетании с вертикальным дренированием. Используются специальные механизмы и технологические приемы, позволяющие устраивать вертикальные дрены из картона и пластика, а также песчаные дрены-сваи в различных грунтовых условиях.

2.3.2.4.Метод уплотнения тяжелыми тромбовками

При подготовке оснований из просадочных грунтов часто применялся метод уплотнения тяжелыми трамбовками. При таком методе большой груз сбрасывается на площадку с высоты в несколько десятков метров. 40 м. Такой метод подготовки оснований рассматривает как конкурентоспособный при строительстве группы крупных резервуаров.

2.3.2.5.Методы химического и термического закрепления грунта

В опытном строительстве практиковалось закрепление грунтов оснований резервуаров инъекцированием в них химически активных веществ, в частности электрохимическое закрепление раствором хлористого кальция. Этот метод весьма дорог и его применение на площадках, сложенных слабыми грунтами на значительную глубину, по-видимому, малоперспективно.

Также применялся обжиг слабых пород грунта на значительную глубину (10 м. и более). Поскольку термообжиг связан с расходом большого количества топлива (80—100 кг мазута на 1 п. м скважины), то при нынешних ценах на углеводородное сырье такой метод закрепления оснований является чрезмерно дорогим и его применение также нерационально.