CC BY
71
УДК 622.692.232
СЕГМЕНТНО-СФЕРИЧЕСКИИ ФУНДАМЕНТ ДЛЯ РВС, ОБОРУДОВАННЫЙ СИСТЕМОЙ КОНТРОЛЯ И УПРАВЛЕНИЯ ПРОСТРАНСТВЕННЫМ ПОЛОЖЕНИЕМ
Л.Е. ЗЕМЛЕРУБ, доцент кафедры трубопроводного транспорта М.Р. ТЕРЕГУЛОВ, старший преподаватель кафедры трубопроводного транспорта Самарский государственный технический университет (Россия, 443100, г. Самара, ул. Ново-Садовая, д. 10, уч. кор. 9). E-mail: [email protected]
В статье представлена конструкция сегментно-сферического фундамента для резервуара, оборудованного автоматической системой контроля и управления, не допускающей изменения пространственного положения фундамента. Таким образом, исключается основная причина нарушения геометрии как фундамента, так и конструкций резервуара, что предотвращает возникновение аварий из-за неравномерных просадок грунта.
Ключевые слова: резервуар вертикальный цилиндрический стальной, сегментно-сферический фундамент, неравномерные осадки, ростверк, система контроля и управления.
Задача надежного снабжения потребителей нефтью и нефтепродуктами, перераспределение рынков сбыта получаемых продуктов и маршрутов их поставки, а также экономические кризисы, которые прежде всего распространяются на энергетику стран - поставщиков углеводородного сырья, требуют значительного увеличения емкости резервуарных парков. Это диктует необходимость сооружения крупногабаритных резервуаров, что, в свою очередь, приводит к снижению капитальных и эксплуатационных затрат. Крупногабаритные резервуары представляют собой особый класс сооружений, по существу, не имеющих аналогов, характерными особенностями которых являются большие площади передачи нагрузок на основания [1].
В последнее десятилетие положение существенно осложнилось, поскольку добыча и переработка нефти развиваются в районах, где благоприятные условия для строительства практически отсутствуют, а потребность в резервуарах настолько велика, что ее удовлетворение потребовало увеличения единичной вместимости до 50 тыс. м3 и более.
| Рис. 1. Резервуарный парк из РВСПК-100000
Рассмотрим резервуарный парк (РП), состоящий из 10 резервуаров с плавающей крышей (РВСПК) объемом по 100 тыс. м3, построенный на конечном пункте нефтепровода Каспийского трубопроводного консорциума, расположенный в 20 км севернее Новороссийска (рис. 1). Сравнительный анализ РП, состоящего из 50 РВСП объемом по 20 000 м3, показывает, что при одинаковой общей вместимости все технико-экономические показатели у парка из 10 резервуаров значительно меньше. Очевидно, что эксплуатационные затраты у парка, состоящего из резервуаров большей единичной вместимости, также будут намного меньше (табл. 1).
Сооружение крупногабаритного резервуара ставит перед проектировщиками первоочередную задачу выбора типа фундамента для такого сооружения, поскольку именно большая площадь передачи нагрузок и однородность основания будут влиять на безопасную эксплуатацию резервуара. Существующие методы проектирования и сооружения фундаментов для резервуаров не могут быть механически перенесены на фундаменты резервуаров большого объема, поскольку при значительных размерах площади резервуара принципиально изменяются условия консолидации грунта основания как из-за неоднородности грунта основания, так и из-за малоцикловой нагрузки - частого чередования технологических операций налив-опорожнение, что увеличивает вероятность возникновения неравномерных осадок.
Согласно исследованиям [2-3], недопустимо большие неравномерные осадки грунтового основания являются причиной аварий резервуаров в 46% случаев (рис. 2).
Следовательно, для строительства и эксплуатации фундаментов крупногабаритных резервуаров необходимы новые конструктивные решения, позволяющие увеличить эксплуатационную надежность и исключить аварии, возникающие по причине неравномерных осадок.
В данной работе предлагается конструкция сегмент-но-сферического фундамента, оборудованного системой контроля и управления пространственным положением,
Таблица 1
Сравнительный анализ технико-экономических показателей
Показатели РВСП 50 х 20 000 м3 РВСПК 10 х 100 000 м3 ±А
Суммарный объем по строительному номиналу 1 000 000 м3 1 000 000 м3
Площадь, занимаемая резервуарами 83 500 м2 55 500 м2 Уменьшится на 27 000 м2
Количество коренных задвижек, Dу = 700 мм 200 шт. 40 шт. Уменьшится на 160 шт.
Масса металлоконструкций 22 500 т 12 500т Уменьшится на 10 000 т
Сметная стоимость сооружения одного резервуара 480 млн руб. 1200 млн руб. Увеличится на 720 млн руб.
Стоимость РП 24 млрд руб. 12 млрд руб. Уменьшится на 12 млрд руб.
Рис. 2. Причины аварий резервуаров, %
Рис. 3. Поперечный разрез сегментно-сферического фундамента
предназначенная для резервуаров, сооружаемых на неоднородных грунтах. Сегментно-сферический фундамент
совмещает достоинства свайных и монолитных фундаментов, а система контроля и управления (СКУ) предотвращает нарушение горизонтального положения фундамента или его части, препятствуя появлению крена и нарушению геометрии фундамента (рис. 3).
Предлагаемая конструкция фундамента выполнена из концентрически расположенных сегментов сфер, уложенных полостью на грунт, в пересечении которых установлены пирамидальные сваи, чем повышается площадь контакта фундамента с грунтом, а распор, возникающий в сегментах сфер, приводит к перераспределению нагрузки от центра сегмента к периферии.
За счет монолитного армированного ростверка в форме сегментов сфер, жестко связанных поперечным и продольным армированием с системой пирамидальных свай, обеспечивается равномерное сжатие опорного слоя грунта основания и его консолидация, тем самым снижается опасность возникновения неравномерных осадок по всей площади конструкции (рис. 4-6).
Использование набивных свай, устанавливаемых в выдавленное ложе, также обеспечивает предварительное
I
Рис. 4. Сегментно-сферический фундамент (вид снизу)
I
Рис. 5. Трехмерная модель ростверка рис. в. Свайная опора в форме
сегментно-сферического фундамента
пирамиды
2 .
2017
33
Рис. 7. Функциональная схема СКУ: 1 - пульпопровод; 2 - датчик объема; 3 - грунт; 4 - фундамент; 5 - задвижки; 6 - резервуар с водой; 7 - шламовый насос
уплотнение грунта. Кроме того, сегментно-сферический фундамент оснащается деформационными швами, проходящими в радиальном направлении, а верхняя часть ростверка заполняется послойно уплотненной песчаной смесью для образования опорной поверхности под днище резервуара с требуемым уклоном от центра к периферии.
Система контроля и управления пространственным положением фундамента переставляет собой набор датчиков объема, расположенных на внутренней поверхности каждой сегментно-сферической полости, пульпопроводов, проложенных в теле фундамента, и насосной станции с запасом воды и песка (рис. 7).
В случае появления местной просадки грунта определенного объема автоматически включается шламовый насос, подающий пульпу (смесь воды и песка) до полного заполнения песком освободившейся в результате просадки части сегментно-сферической полости. Таким образом, происходит восстановление контакта всей площади фундамента с грунтом, не допускается нарушения горизонтального положения фундамента или его части, что препятствует нарушению геометрии как фундамента, так и конструкций резервуара. Кроме того, заполнение полости будет происходить автоматически без вывода резервуара из эксплуатации.
Такую систему управления пространственным положением сегментно-сферического фундамента, позволяющую в процессе эксплуатации консолидировать опорные слои грунта и допускать изменений пространственного положения и геометрии фундамента, можно назвать системой управления напряженно-деформированным состоянием фундамента.
Система управления напряженно-деформированным состоянием монолитного сегментно-сферического фундамента позволит:
1) снизить материалоемкость и стоимость фундаментов резервуаров;
2) увеличить межремонтный период и срок службы фундаментов и соответственно снизить расходы на обслуживание РП;
3) предотвратить аварийные ситуации, происходящие при просадке грунта, и исключить затраты на их устранение;
4) повысить безопасность и надежность эксплуатации РП, исключив возможность осадки фундаментов резервуаров.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Коновалов П.А. Мангушев Р.А. и др. Фундаменты стальных резервуаров и деформации их оснований: Науч. издание. М.: Изд-во Ассоциации строительных вузов, 2009. 336 с.
2. Горелов А.С. Неоднородные грунтовые основания и их влияние на работу вертикальных стальных резервуаров. СПб.: Недра, 2009. 220 с.
3. Тарасенко А.А., Чепур П.В. Влияние параметров неравномерной осадки на возникновение предельных состояний в резервуаре // Фундаментальные исследования. 2014. № 8-7. С. 1560-1564.
SEGMENTAL-SPHERICAL FOUNDATION FOR STAND-UP RESERVOIRS EQUIPPED WITH SYSTEM MONITORING AND CONTROL OF THE SPATIAL POSITION
ZEMLERUB L.E., Assoc. Prof., Department of Pipeline Transport TEREGULOV M.R., Senior Lecturer, Department of Pipeline Transport
Samara State Technical University (10, Novo-Sadovaya St., 443100, Samara, Russia). E-mail: [email protected] ABSTRACT
The article presents the design of segmental-spherical Foundation for the tank equipped with automatic system monitoring and control, which doesn't alter the spatial position of the Foundation. Therefore it eliminates the main cause of the breach geometry as well as a Foundation and structures of the tank, which prevent accidents due to uneven subsidence of the soil. Keywords: cylindrical vertical steel tank, segmental-spherical Foundation, differential settlements, grillage, monitoring and control system.
REFERENCES
1. Konovalov P.A. Mangushev R.A. Fundamentystal'nykh rezervuarovideformatsiiikh osnovaniy [Foundation steel tanks and deformation of their base]. Moscow, Assotsiatsii stroitel'nykh vuzov Publ., 2009. 336 p.
2. Gorelov A.S. Neodnorodnyye gruntovyye osnovaniya i ikh vliyaniye na rabotu vertikal'nykh stal'nykh rezervuarov [Inhomogeneous ground base and their influence on the work of vertical steel tanks]. Saint Petersburg, Nedra Publ., 2009. 220 p.
3. Tarasenko A.A., Chepur P.V. Influence of differential settlement parameters on the occurrence of extreme conditions in the reservoir. Fundamental'nyye issledovaniya, 2014, no. 8-7, pp. 1560-1564 (In Russian).
