CC BY
77
ПРОЕКТИРОВАНИЕ
Бессвайные фундаменты при строительстве объектов на вечной мерзлоте
Стоимость строительства на 40% и более складывается из затрат на возведение нулевого цикла. Грамотный выбор технического решения по укреплению грунтов позволяет сэкономить бюджет до 50%, сокращая затраты на всех последующих этапах, а также вдвое ускорить ввод объекта.
Ключевые слова
температурная стабилизация грунтов, основания сооружений, замораживание грунта
Главный тренд текущего времени в строительстве и освоении месторождений нефти и газа - это поиск путей экономии. Заказчики обеспокоены сбережением ресурсов на всех стадиях, включая проектирование, поставку материалов и оборудования, а также монтаж. В этих условиях проектные институты оказываются под давлением с двух сторон: заказчик требует снижения сметной стоимости, а подрядные организации настаивают на невозможности уменьшения цен. Выход из данной ситуации возможен при использовании более эффективных
проектных решений, уменьшающих необходимый объем работ и существенно снижающий стоимость строительства и эксплуатации объекта.
Вечная мерзлота предъявляет особые требования к проектированию оснований для зданий и сооружений. При использовании 1 принципа строительства в проекте и сметах появляется дополнительный раздел - температурная стабилизация грунтов. Задача этого раздела - обеспечение несущей способности грунтов во время строительства и всего жизненного цикла объекта. На
Рис. 1 — Здание с проветриваемым подпольем и одиночными термостабилизаторами
практике это означает недопущение оттаивания грунта ниже сезонно-действующего слоя.
Наиболее старое и традиционное техническое решение по строительству оснований на вечномерзлых грунтах является проветриваемое подполье. Но оно очень не эффективно в сложных условиях пластично-мерзлых грунтов и совершенно не управляемо в нестандартных ситуациях.
Эффективность подполья может быть в значительной степени повышена дополнительным применением одиночных термостабилизаторов, но неуправляемость остается (рис. 1). Кроме того, проветриваемое подполье имеют большую материалоемкость за счет большого количества свай и перекрытия, а, следовательно, и большую стоимость.
Еще одним негативным фактором применения проветриваемого подполья является увеличение его высоты из-за технологии подготовки нефти и газа. Так, чтобы минимизировать воздействие технологических объектов на вечномерзлые грунты, дренажные емкости выносят из грунта на поверхность, а это влечет за собой увеличение высоты технологических установок до двух метров, а резервуаров до четырех метров (рис. 2). Естественно такое увеличение высоты приводит к увеличению нагрузок, следовательно, удлинению свай и стоимости фундаментов.
Существенно сократить затраты на строительство фундаментов и сооружений позволяют охлаждающие горизонтальные и вертикальные системы «ГЕТ» и «ВЕТ», которые состоят из подземных охлаждающих труб и надземного теплообменника (рис. 3, 4) и являются естественно-действующими (не требуется электроэнергии).
Тогда дренажные емкости устанавливаются на коротких сваях под землей с размещенными вокруг индивидуальными термостабилизаторами (рис. 5). Технологические установки могут располагаться в одном технологическом модуле, где короткие сваи применяются под каркас и тяжелое технологическое оборудование, а резервуары устанавливаются на насыпное охлаждающее основание с системами ГЕТ или ВЕТ. Таким образом значительно сокращается материалоемкость фундаментов, транспортные затраты на доставку свай и затраты на их установку.
Важнейшие объекты Ванкорского месторождения — резервуары под нефть и воду, склады ГСМ — первоначально предполагалось возводить на сваях. Пробурив мерзлоту, пришлось бы установить более 12 тыс. свай. Компания ООО НПО «Фундаментстройаркос» предложила использовать горизонтальные термостабилизирующие системы ГЕТ в основании, отказаться от свай полностью и построить резервуары по грунту. (рис. 6)
В результате 140 систем ГЕТ промороро-зили площадь в 30 тыс. м2, и резервуарный парк из девяти емкостей в 20 000 м3, четырех емкостей в 30 000 м3 и 19 резервуаров меньшего объема были построены по грунту с системами ГЕТ в основании и промежуточным слоем теплоизоляции. Использование систем ГЕТ на Ванкорском месторождении позволило снизить капитальные затраты на 900 млн. руб. и при этом сократить сроки строительства. Вместо планируемых трех лет резервуарный парк Ванкора был смонтирован всего
Рис. 2 — Традиционное техническое решение строительства оснований с применением
Рис. 4 — Вертикальная охлаждающая система «ВЕТ»
Рис. 5 — Современное техническое решение строительства оснований по грунту с системами охлаждения
Виды работ и конструкций (на 1 резервуар - 20000 м3)
Земляные работы Свайные работы Сваи из трубы (96318 м/306 т) Металлоконструкции Теплоизоляция Основание из ж/б плит Система ТСГ («ВЕТ» — 2 шт.) Система ТСГ («ГЕТ» — 10 шт.) Итого на 1 резервуар
Свайное Основание с основание, температурной млн. руб. стабилизацией
грунтов, млн. руб.
19,28 23,52 8,75 3,02 6,91 5,6
67,08
0,18 0,45 0,53 0,78 6,5 1,94
20,78
31,16
Разность затрат, млн. руб.
+0,18
-18,83
-22,99
-7,97
+3,48
-4,97
- 5,6
+20,78
35,92
Экономический эффект — 53%
Таб. 1 — Сравнительный расчет стоимости строительства основания под резервуаром РВС-20 000 м3
за полтора года - одним из первых среди объектов месторождения. Расчет стоимости строительства основания под данный объект представлен в таб. 1.
Кроме того, применение при строительстве оснований систем ГЕТ и ВЕТ позволяет строить сблокированные здания с шириной до 108 метров. Это существенно сокращает площадь застройки, длину дорог, технологических трубопроводов, а также эксплуатационные затраты.
При отсутствии подполья отпадает необходимость в огромных пандусах для гаражей и депо, а также других сооружений, в которых предусматривается заезд транспорта. Такие пандусы зачастую в длину превышают размер самого сооружения. Отказ от этих пандусов или существенное сокращение их длины также приводит к уменьшению требуемой площади застройки.
Блокирование зданий с применением систем температурной стабилизации дало
существенную экономию и ускорение строительства в проектах обустройства опорных баз промысла на Ванкорском, Харасавей-ском и Бованенковском месторождениях.
Все это должно быть учтено на ранних этапах проектирования, в т.ч. на стадии генплана. Роль проектного института при этом сложно переоценить. Именно от специалистов генпроектной организации зависит, будут ли получены описанные выгоды заказчиком.
Бессвайное строительство резервуаров с фундаментами мелкого заложения и системами охлаждения «ГЕТ»/«ВЕТ» в основании применено на Бованенковском, Ванкорском, Харасавейском, Уренгойском, Юбилейном, Ямбургском, Заполярном, Самбургском, Южно-Хыльчуюском, Сандибинском, Пякяхинском месторождениях.
ФУНДАМЕНТСТРОИАРКОС
ООО НПО «Фундаментстройаркос» 625014, г. Тюмень, ул. Новаторов, 12 тел.: (3452) 22-53-25, 26-13-67 e-mail: fsa@npo-fsa.ru www.npo-fsa.ru
Рис. 6 — Бессвайные фундаменты с охлаждающими системами ГЕТ и ВЕТ в основаниях резервуаров
