CC BY
21
УДК 624.138
А.В. Грузин, A.V. Gruzin, e-mail: polyot-m@mail.ru Л.Б. Антропова, L.B. Antropova, e-mail: lubashka_2010@mail.ru А.Д. Коновалова, A.D. Konovalova, e-mail: nastushka_kd@mail.ru Омский государственный технический университет, г. Омск, Россия Omsk State Technical University, Omsk, Russia
ИССЛЕДОВАНИЕ КОМПРЕССИОННЫХ СВОЙСТВ ПЕСЧАНЫХ ГРУНТОВ ОСНОВАНИЯ РЕЗЕРВУАРА РВС-50000
COMPRESSION COMPACTION PROPERTIES INVESTIGATION OF FOUNDATION BED
SANDY SOIL FOR RVS-50000 TANK
Представлены результаты компрессионных испытаний песчаного грунта нагрузкой, возникающей под днищем резервуара РВС-50000.
There are presented the results of sandy soil compression compaction by the load arising under the bottom of the RVS-50000 tank.
Ключевые слова: резервуар, уплотнение, песчаное основание, влажность.
Keywords: tank, compaction, sandy foundation bed, moisture.
Интенсивное освоение новых месторождений углеводородов актуализирует проблему поиска технологий, направленных на снижение материальных и временных затрат при сооружении объектов нефтегазовой инфраструктуры. В настоящее время при сооружении ре-зервуарных парков всё больше внимания уделяется резервуарам объёмом 50000 м , поскольку они позволяют минимизировать удельный расход материалов, накапливать и хранить большие объёмы нефти и нефтепродуктов. Значительный модернизационный потенциал существующих проектов резервуаров большой ёмкости заключён в современных технологиях устройства их оснований и фундаментов. Известно, что на долю устройства оснований и фундаментов приходится до 7-15% сметной стоимости и 15-20 % затрат труда и времени [1]. Очевидно, что совершенствование технологий в данном направлении будет иметь значимый экономический эффект.
Существующими нормативными документами [2] установлен состав и порядок устройства грунтового основания для вертикальных стальных резервуаров, предназначенных для хранения нефти и нефтепродуктов. В качестве материала предлагается использовать песок средней крупности. Ранее выполненными исследованиями было установлено, что характер уплотнения песка существенным образом зависит от его влажности [3,4]. В ходе выполненных на базе студенческой научно-исследовательской лаборатории «Основания и фундаменты объектов нефтегазовой отрасли» ОмГТУ исследований были выявлены особенности уплотнения аллювиального песка средней крупности поймы р. Иртыш (см. рисунок 1,а) [5].
Полученные первичные данные позволяют сделать заключение о возможности совершенствования технологии подготовки песчаного основания резервуаров как путём снижения требований к равномерности увлажнения грунта по глубине и по площадке, так и путём направленного формирования заданных характеристик уплотнения подбором фракционного состава песчаного грунта. С целью проверки возможности практической реализации высказанных предположений ведётся работа по уточнению поведения под нагрузкой отдельных фракций песчаного грунта (см. рисунок 1. б).
Другим направлением исследований, целью которых является сокращение материальных и временных затрат при подготовке песчаных оснований, может быть разработка рацио-
Рис. 1. Плотность исходного песчаного грунта (а) и песчаной фракции (>1 мм) (б) после компрессионных испытаний для различных значений влажности
нальных режимов их послойного уплотнения. Для уточнения процесса консолидации песчаного грунта под нагрузками, возникающими в процессе его послойного уплотнения, было выполнено испытание по специальной программе (см. рисунок 2).
Ранее выполненными исследованиями было установлено: плотность частиц песчаного
3 3
грунта - ps=2,55 г/см , насыпная плотность грунта - р=1,48 г/см . Таким образом, с учётом влажности w=1,0%, коэффициент пористости исследуемого песчаного грунта составил -е^0,74 [6]. Для полученного значения пористости исследуемого песчаного грунта первая ступень давления компрессионных испытаний принимается равной р1=0,025 МПа [7]. Время выдерживания на каждой промежуточной ступени было принято равным 1лр=5 минут [7].
Рис. 2. График компрессионных испытаний песчаного грунта
Программа испытаний предусматривала пять последовательных этапов нагружения образца песчаного грунта средней крупности до 180кПа [8].
В результате проведённых экспериментальных исследований (см. рисунок 3,а) были получены данные об изменении модуля общей деформации при поэтапном уплотнении песчаного грунта (см. рисунок 3, б).
Рис. 3. Проведение компрессионных испытаний (а); изменение модуля общей деформации Е песчаного грунта при поэтапном уплотнении (б)
Таким образом, анализ результатов, полученных в ходе начального этапа лабораторных исследований, позволяет сделать вывод об особенностях уплотнения песчаной фракции с зёрнами более 1 мм. Как видно из приведённых данных (см. рисунок 1. б), максимум уп -лотнения исследованной песчаной фракции приходится на влажность порядка 6%. В диапазоне значений влажности грунта от 0% до 6 % имеет место резкий рост степени уплотнения (от 1,04 до 1,19 раза), свыше 6 % - снижение (до 1,08 раза). У исследованной фракции практически отсутствует диапазон влажности, в котором уплотняемость постоянна, как это наблюдалось у исходного песчаного грунта (см. рисунок 1. а). Кроме того, в ходе компрессионных испытаний песчаной фракции с зёрнами более 1 мм получено большее значение плотности (1,74 г/см 3), это в 1,08 раза больше, чем для уплотнённого исходного песчаного грунта (порядка 1,61 г/см 3).
В свою очередь, анализ последовательного многоэтапного уплотнения песчаного грунта выявил его сложный характер. На первом этапе компрессионных испытаний наблюдалась интенсивная деформация песчаного грунта, которая достигала 0,88 мм (8=0,035). При этом модуль общей деформации исходного образца песчаного грунта составил 1,8 МПа. Последующие этапы компрессионного уплотнения существенно уменьшили деформацию грунта под нагрузкой. На втором этапе она составила 0,04 мм (8=0,007), на третьем - 0,03 мм (8=0,006), на четвёртом и пятом - 0,02 мм (8=0,006). После первого компрессионного нагру-жения модуль общей деформации грунта составил 31,2 МПа, после второго этапа - 62,1 МПа. Последующие этапы компрессионного сжатия не привели к изменению модуля общей
деформации. Таким образом, можно сделать вывод, что двухкратное последовательное приложение максимальной эксплуатационной нагрузки интенсивностью 180 кПа является достаточным для достижения максимального значения модуля общей деформации грунтом основания резервуара марки РВС-50000.
Библиографический список
1. Абраменков Д., Абраменков Э., Грузин А., Грузин В. Строительные машины и оборудование в фундаментостроении: учебник. - Астана: Фолиант, 2011. - 296 с.
2. РД 16.01-60.30.00-КТН-026-1-04. Нормы проектирования стальных вертикальных резервуаров для хранения нефти объемом 1000 - 50000 куб.м. - М.: ОАО «АК «Транснефть», 2004. - 141 с.
3. Бартоломей А.А. Механика грунтов. - М.: АСВ, 2003. - 304с.
4. Потапов А.Д., Платов Н.А., Лебедева М.Д. Песчаные грунты: научное издание. -М. : Издательство Ассоциации строительных вузов, 2009. - 256 с.
5. Коновалова А.Д., Грузин А.В. Исследование особенностей деформации песчаного основания резервуара РВС-50000 // Фундаментальные и прикладные исследования в современном мире: материалы IV Междунар. научн.-практ. конф.. - Санкт-Петербург: Информационный издательский учебно-научный центр «Стратегия будущего», 2013. - Т. 1. -№ 04 (04). - С. 86-90.
6. Бартоломей А.А. Механика грунтов. - М.: АСВ, 2003. - 304с.
7. ГОСТ 12248-2010. Грунты. Методы лабораторного определения характеристик прочности и деформируемости. - М.: МНТКС, 2012. - 162 с.
8. РД 16.01-60.30.00-КТН-026-1-04. Нормы проектирования стальных вертикальных резервуаров для хранения нефти объемом 1000 - 50000 куб.м. - М.: ОАО «АК «Транснефть», 2004. - 141 с.
