Фундамент резервуара с улучшенными теплоизоляционными свойствами

Изобретение относится к области строительства и может быть использовано для устройства фундаментов резервуаров для хранения нефти и продуктов ее переработки в условиях сезоннопромерзающих и вечномерзлых грунтов Крайнего Севера. Фундамент резервуара представляет собой подготовленный грунт в виде подушки из среднезернистого песка и искусственной добавки. Искусственная добавка представляет собой дисперсный теплоизолирующий материал в виде гранулированного вспененного полистирола, максимальный объем VГПС которого в общем объеме VФ подушки фундамента определяется по формуле VГПС=VФ⋅n, где VФ - общий объем подушки фундамента, куб. м; n - максимальная объемная доля искусственной добавки в виде дисперсного теплоизолирующего материала в общем объеме VФ подушки фундамента. Технический результат состоит в обеспечении снижения теплообмена непосредственно между днищем резервуара и сезоннопромерзающими и вечномерзлыми грунтами основания в условиях Крайнего Севера, предотвращении или уменьшении растепления грунтов оснований и, как следствие, предотвращении потери ими устойчивости при одновременном обеспечении допустимой величины относительной вертикальной деформации фундамента резервуара. 2 ил.

 

Изобретение относится к области строительства и может быть использовано для устройства фундаментов резервуаров для хранения нефти и продуктов ее переработки в условиях сезоннопромерзающих и вечномерзлых грунтов Крайнего Севера.

Из существующего уровня техники известен теплоизолированный фундамент, включающий жесткое тело с выступами и штрабами со стороны, обращенной к грунту, вкладышами в штрабах фундамента, выполненными из теплоизоляционного материала, например пенополистирола, причем соотношение площадей выступов и штраб фундамента принимается таким, чтобы давление на грунт по нижней поверхности выступов было не менее величины нормального давления морозного пучения грунта, а давление на грунт по нижней поверхности вкладышей - не более величины расчетного сопротивления материала вкладышей на сжатие. Фундамент также содержит дополнительный утеплитель, размещенный за пределами фундамента. Крайние ряды штраб с вкладышами выполнены со стороны каждого наружного края фундамента (RU 2237780, МПК E02D 27/01, E02D 27/35, С2, опубл. 27.01.2004). Недостатками данного фундамента являются невозможность снижения теплообмена непосредственно между днищем резервуара, в отличие от стенки резервуара, не имеющего опору на фундамент, и грунтами основания, а так же невозможность определения максимального количества теплоизоляционного материала для допустимой величины относительной вертикальной деформации фундамента резервуара.

Так же известен теплоизолированный фундамент, включающий жесткое тело, состоящее из подошвы и стены, с прокладкой со стороны подошвы, обращенной к грунту, выполненной из теплоизоляционного материала, например из пенополистирола, а также дополнительный утеплитель, размещенный за пределами фундамента. Верхний край дополнительного утеплителя пропущен со стороны наружного края фундамента в виде прерывистых вкладышей через жесткое тело фундамента и соединен с дополнительным утеплителем противоположного наружного края фундамента. Давление на грунт по подошве фундамента принимается не более величины расчетного сопротивления теплоизоляционного материала на сжатие, а относительная площадь прерывистых вкладышей определяется из соотношения. Дополнительный утеплитель, установленный с наружной стороны подошвы фундамента, соединен с утеплителем наружной стены фундамента. Дополнительный утеплитель, установленный с внутренней стороны подошвы фундамента, соединен с утеплителем внутренней стены фундамента. Вкладыши дополнительного утеплителя фундамента соединены с утеплителем перекрытия над фундаментом. Утеплитель, установленный с наружной стороны стены фундамента, соединен с утеплителем отмостки. Утеплитель, установленный с внутренней стороны стены фундамента, соединен с утеплителем перекрытия над фундаментом (RU 2357044, МПК E02D 27/01, E02D 27/35, С2, опубл. 27.05.2009). Недостатками данного фундамента являются невозможность снижения теплообмена непосредственно между днищем резервуара, в отличие от стенки резервуара, не имеющего опору на фундамент, и грунтами основания, а так же невозможность определения максимального количества теплоизоляционного материала для допустимой величины относительной вертикальной деформации фундамента резервуара.

Так же известен фундамент резервуара, который представляет собой подушку из песка и пеностекла (Лисин Ю.В., Сапсай А.Н., Суриков В.И., Павлов В.В., Сощенко А.Е., Бондаренко В.В. Создание и реализация инновационных технологий строительства в проектах развития нефтепроводной структуры Западной Сибири (проекты «Пурпе - Самотлор», «Заполярье - Пурпе») // Наука и технологии трубопроводного транспорта нефти и нефтепродуктов. - 2013. - №4 (12). - С. 6-11). Недостатками данного фундамента являются необходимость использования сложного в производстве пеностекла, имеющего более высокий коэффициент теплопроводности (https://ru.wikipedia.org/wiki/ Пеностекло) в сравнении с другими теплоизолирующими материалами (http://tis-e.ru/produktsija/granulirovannyj_penopolistirol/texnicheskie_xarakteristiki_materiala), а так же невозможность определения максимального количества теплоизоляционного материала для допустимой величины относительной вертикальной деформации фундамента резервуара.

Наиболее близким к заявляемой конструкции является фундамент резервуара, который представляет собой подготовленный грунт в виде подушки из среднезернистого песка и искусственной добавки. Искусственная добавка представляет собой дисперсный теплоизолирующий материал в виде гранулированного вспененного полистирола в количестве до 10% по объему подушки фундамента (RU 2592929, МПК E02D 27/35, С1, опубл. 27.07.2016).

Недостатком данного технического решения является предотвращение или уменьшение растепления грунта Крайнего Севера и потери устойчивости грунта при одновременном обеспечении осадки фундамента резервуара.

Задачей, на решение которой направлено изобретение, является снижение теплообмена непосредственно между днищем резервуара и сезонноиромерзающими и вечномерзлыми грунтами основания в условиях Крайнего Севера с целью предотвращения или уменьшения растепления последних и потери ими устойчивости при одновременном обеспечении осадки фундамента резервуара, не превышающей допустимой величины.

Данный технический результат достигается тем, что фундамент резервуара представляет собой подготовленный грунт в виде подушки из средне-зернистого песка и искусственной добавки в виде дисперсного теплоизолирующего материала, например, гранулированного вспененного полистирола ТУ 2244-005-86901126-2012 максимальный объем VГПС которого в общем объеме VФ подушки фундамента определяется по формуле:

VГПС=VФ⋅n, где

VФ - общий объем подушки фундамента, куб.м;

n - максимальная объемная доля искусственной добавки в виде дисперсного теплоизолирующего материала в общем объеме VФ подушки фундамента.

Общий объем VФ подушки фундамента определяется исходя из конструктивных соображений по формуле:

, где

DФ - диаметр подушки фундамента резервуара, м;

hФ - высота подушки фундамента резервуара, м.

Максимальная объемная доля n искусственной добавки в виде дисперсного теплоизолирующего материала в общем объеме VФ подушки фундамента определяется величиной относительной вертикальной деформации ε подушки фундамента (Фиг. 1), которая в свою очередь зависит от предельной деформации основания резервуара smax, соответствующей пределу эксплуатационной его пригодности по технологическим требованиям (согласно СП 43.13330.2012), и определяется по формуле:

, где

smax - предельная деформация основания резервуара, м.

На Фиг. 1 представлен график зависимости относительной вертикальной деформации ε подушки фундамента от максимальной объемной доли n гранулированного вспененного полистирола в среднезернистом песчаном грунте.

На Фиг. 2 представлен порядок определения максимальной объемной доли n искусственной добавки в виде дисперсного теплоизолирующего материала в общем объеме VФ подушки фундамента в зависимости от величины относительной вертикальной деформации ε подушки фундамента.

Для установки резервуара, днище которого должно располагаться на сезоннопромерзающих и вечномерзлых грунтах в условиях Крайнего Севера, первоначально определяют место установки резервуара. Затем подготавливают грунт, представляющий собой подушку из среднезернистого песка и искусственной добавки виде дисперсного теплоизолирующего материала, например гранулированного вспененного полистирола (ТУ 2244-005-86901126-2012), объем которого определяют по формуле:

, где

VФ - общий объем подушки фундамента, куб. м;

DФ - диаметр подушки фундамента резервуара, м;

hФ - высота подушки фундамента резервуара, м.

Например:

при диаметре Dф, подушки фундамента резервуара равном 64 м и высоте hф подушки фундамента равной 0,6 м, объем Vф подушки фундамента резервуара будет равен:

Предельная деформация основания резервуара smax, соответствующая пределу эксплуатационной его пригодности по технологическим требованиям в соответствии с СП 43.13330.2012 равна:

Величина относительной вертикальной деформации ε равна:

В соответствии с графиком на Фиг. 2 максимальная объемная доля n искусственной добавки в виде гранулированного вспененного полистирола составит 0,244. Таким образом, объем VГПС гранулированного вспененного полистирола, необходимого для устройства подушки фундамента резервуара будет равен:

VГПС=VФ⋅n=1930,2⋅0,244≈471 м3.

Объем VСП среднезернистого песчаного грунта, необходимого для устройства подушки фундамента резервуара составит:

VСП=VФ-VГПС=1930,2-471,0=1459,2 м3.

Уплотняют подготовленную подушку фундамента резервуара в соответствии с указаниями п. 17 «Уплотнение грунтов, устройство грунтовых подушек и предпостроечное уплотнение слабых водонасыщенных грунтов» (СП 45.13330.2012 «Земляные сооружения, основания и фундаменты. Актуализированная редакция СНиП 3.02.01-87»). Устанавливают резервуар на подготовленную подушку фундамента, нижняя часть которого опирается на сезоннопромерзающие и вечномерзлые грунты первоначально определенного места установки резервуара.

Теплопроводность структуры с замкнутыми включениями будет равна (Дульнев Г.Н., Заричняк Ю.П. Теплопроводность смесей и композиционных материалов. Справочная книга. Л.: «Энергия», 1974. 264 с., стр. 22, ф-ла 1-17):

где λ - коэффициент теплопроводности структуры с замкнутыми включениями,

λ1 - коэффициент теплопроводности связующего материала,

λ2 - коэффициент теплопроводности замкнутых включений.

Причем:

, ,

где V2 - объем замкнутых включений,

V - объем структуры с замкнутыми включениями.

Таким образом, при использовании в качестве связующей основы подушки фундамента резервуара среднезернистого песчаного грунта, имеющего коэффициент теплопроводности λсп=1,9 Вт/(м⋅К) (Физические величины: Справочник / А.П. Бабичев, Н.А. Бабушкина, А.М. Братковский и др.; Под ред. И.С. Григорьева, Е.З. Мейлихова. - М.: Энергоатомиздат, 1991. - 1232 с. Таблица 15.25), а в качестве искусственной добавки (замкнутых включений) - гранулированный вспененный полистирол М35, имеющий коэффициент теплопроводности λгпс=0,04 Вт/(м⋅К) (Сайт производителя - Завод ТИС: http://tutteplo.ru/catalog/196/716/_aviewinfo_b21398), Теплопроводность полученной смеси грунта и вспененного полистирола будет равна:

, где

Расчеты показывают, что определение максимальной объемной доли искусственных добавок в виде дисперсного теплоизолирующего материала, например гранулированного вспененного полистирола М35, в зависимости от допустимой величины относительной вертикальной деформации фундамента резервуара позволяет эффективно снизить коэффициент теплопроводности материала подготовленной песчаной подушки фундамента резервуара.

Например, в приведенном расчете это снижение составило 1,61 раза (1,9/1,18=1,61), что позволяет использовать предлагаемое изобретение в условиях Крайнего Севера для снижения теплообмена непосредственно между днищем резервуара и сезонноиромерзающими и вечномерзлыми грунтами основания при одновременном обеспечении допустимой величины относительной вертикальной деформации фундамента резервуара.

Использование предложенного технического решения позволяет снизить теплообмен непосредственно между днищем резервуара и сезонноиромерзающими и вечномерзлыми грунтами основания в условиях Крайнего Севера. Результатом снижения теплообмена является предотвращение или уменьшение растепления грунтов оснований и, как следствие, предотвращение потери ими устойчивости при одновременном обеспечении допустимой величины относительной вертикальной деформации. В случае хранения в резервуаре нефти или продуктов ее переработки снижение теплообмена будет препятствовать понижению температуры хранимого продукта и ухудшению его реологических свойств.

Фундамент резервуара, представляющий собой подготовленный грунт в виде подушки из среднезернистого песка и искусственной добавки, отличающийся тем, что искусственная добавка представляет собой дисперсный теплоизолирующий материал в виде гранулированного вспененного полистирола, максимальный объем VГПС которого в общем объеме VФ подушки фундамента определяется по формуле:

VГПС=VФ⋅n,

где VФ - общий объем подушки фундамента, куб. м;

n - максимальная объемная доля искусственной добавки в виде дисперсного теплоизолирующего материала в общем объеме VФ подушки фундамента.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области строительства, а именно к сборно-разборным сооружениям, возводимым в сложных грунтовых условиях, в том числе на вечномерзлых грунтах, и может быть применено для быстрого возведения жилых и административных зданий, а также для быстрого демонтажа и перевозки таких сооружений на новое место вместе с фундаментом.

Изобретение относится к области строительства, а именно к возведению производственных или жилых комплексов на вечной мерзлоте. Техническим результатом является обеспечение стабильной низкой температуры мерзлоты в грунтах оснований строительного комплекса при наличии насыпного планировочного слоя грунта.

Изобретение относится к нефтяной и газовой промышленности и может быть использовано при возведении и эксплуатации нефтяных, газовых и газоконденсатных скважин на многолетнемерзлых грунтах.

Изобретение относится к области строительства, а именно к фундаментам, возводимым в многолетнемерзлом грунте для использования в качестве опоры в основании грунтоцементного массива для различных легковозводимых сооружений, мостов и трубопроводов, газопроводов, временных бытовых сооружений, малоэтажных жилых домов.

Изобретение относится к проектированию, строительству и эксплуатации сооружений в условиях криолитозоны, а именно к защите зданий и сооружений от морозного пучения в сезоннопромерзающих пучинистых грунтах.

Группа изобретений относится к строительству и может быть использована при строительстве магистральных трубопроводов на болотах, в зоне распространения вечномерзлых грунтов, при быстром возведении дорог, аэродромов и других объектов инженерной инфраструктуры.

Изобретение относится к области строительства и может быть использовано для устройства фундаментов резервуаров для хранения нефти и продуктов ее переработки в условиях сезоннопромерзающих и вечномерзлых грунтов крайнего севера.

Изобретение относится к строительству, в частности к способам защиты одиночных опорных элементов (например, свай и столбов) от воздействия сил морозного пучения грунтов, в том числе в районах распространения многолетнемерзлых грунтов.

Изобретение относится к области строительства, а именно к конструкциям свай для грунтов, характеризующихся наличием процесса морозного пучения грунта. Свая стальная со встроенным сезонным охлаждающим устройством представляет собой вытянутое по длине трубчатой формы тело вращения постоянного или переменного сечения.

Изобретение относится к области строительства свайных фундаментов. Свая стальная заполненная со встроенным сезонным охлаждающим устройством представляет собой вытянутое по длине трубчатой формы тело вращения постоянного или переменного сечения, полость которого по всей высоте сваи заполнена пенным наполнителем или твердым наполнителем из вспененных материалов.

Изобретение относится к области строительства и может быть использовано для устройства фундаментов резервуаров для хранения нефти и продуктов ее переработки в условиях сезоннопромерзающих и вечномерзлых грунтов Крайнего Севера. Фундамент резервуара представляет собой подготовленный грунт в виде подушки из среднезернистого песка и искусственной добавки. Искусственная добавка представляет собой дисперсный теплоизолирующий материал в виде гранулированного вспененного полистирола, максимальный объем VГПС которого в общем объеме VФ подушки фундамента определяется по формуле VГПСVФ⋅n, где VФ - общий объем подушки фундамента, куб. м; n - максимальная объемная доля искусственной добавки в виде дисперсного теплоизолирующего материала в общем объеме VФ подушки фундамента. Технический результат состоит в обеспечении снижения теплообмена непосредственно между днищем резервуара и сезоннопромерзающими и вечномерзлыми грунтами основания в условиях Крайнего Севера, предотвращении или уменьшении растепления грунтов оснований и, как следствие, предотвращении потери ими устойчивости при одновременном обеспечении допустимой величины относительной вертикальной деформации фундамента резервуара. 2 ил.

Наверх