Фундамент резервуара с улучшенными теплоизоляционными свойствами

Авторы патента:

E02D27/35 - возводимые в мерзлом грунте, например в вечномерзлом грунте

Владельцы патента RU 2592929:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Омский государственный технический университет" (RU)

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 в количестве до 10% по объему подушки фундамента. Технический результат состоит в снижении теплообмена непосредственно между днищем резервуара и сезоннопромерзающими и вечномерзлыми грунтами основания в условиях крайнего севера, обеспечении предотвращения или уменьшения растепления последних и потери ими устойчивости.

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). Недостатком данного фундамента является невозможность снижения теплообмена непосредственно между днищем резервуара, в отличие от стенки резервуара, не имеющего опору на фундамент, и грунтами основания.

Также 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). Недостатком данного фундамента является невозможность снижения теплообмена непосредственно между днищем резервуара, в отличие от стенки резервуара, не имеющего опору на фундамент, и грунтами основания.

Также известен теплоизолированный фундамент, включающий жесткое тело с выступами и штрабами со стороны, обращенной к грунту, и вкладышами в штрабах фундамента из материала, имеющего модуль деформации, отличный от модуля деформации материала выступов, причем вкладыши в штрабах выполнены из теплоизоляционного материала, например пенополистирола. Соотношение площадей выступов и штраб принимают таким, чтобы давление, передаваемое на грунт по нижней поверхности выступов, было не менее величины нормального давления морозного пучения грунта. Одновременно должна быть обеспечена прочность теплоизолирующего материала, а осадки фундамента должны определяться с учетом повышенной сжимаемости теплоизолирующего материала. В частном случае, когда давление на грунт не превышает прочности теплоизолирующего материала, площадь штраб со вкладышами принимается равной общей площади фундамента (RU 2135693, МПК E02D 27/01, E02D 27/35, С1, опубл. 27.08.1999). Недостатком данного фундамента является невозможность снижения теплообмена непосредственно между днищем резервуара, в отличие от стенки резервуара, не имеющего опору на фундамент, и грунтами основания.

Наиболее близким к заявляемой конструкции является 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). Недостатком данного фундамента является 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).

Задачей, на решение которой направлено изобретение, является снижение теплообмена непосредственно между днищем резервуара и сезоннопромерзающими и вечномерзлыми грунтами основания в условиях Крайнего Севера с целью предотвращения или уменьшения растепления последних и потери ими устойчивости.

Данный технический результат достигается тем, что фундамент резервуара представляет собой подготовленный грунт в виде подушки из среднезернистого песка и искусственной добавки в виде дисперсного теплоизолирующего материала, например гранулированного вспененного полистирола (например, ТУ 2244-005-86901126-2012) в количестве до 10% по объему 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), в количестве до 10% по объему подушки фундамента, например:

при диаметре D_ф подушки фундамента резервуара, равном 14 м, и высоте h_ф подушки фундамента, равной 0,6 м, объем V_ф подушки фундамента резервуара будет равен:

;

объем V_гпс гранулированного вспененного полистирола, необходимого для устройства подушки фундамента резервуара составит:

V_гпс=V_ф·0,1=92,4·0,1≈9,2 м³;

объем V_cп среднезернистого песка, необходимого для устройства подушки фундамента резервуара составит:

V_сп=V_ф-V_гпс=92,4-9,2=83,2 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 Т.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 влажного песчаного грунта, имеющего коэффициент теплопроводности λ_сп=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) гранулированного вспененного полистирола М35, имеющий коэффициент теплопроводности λ_гпс=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 искусственные добавки в виде дисперсного теплоизолирующего материала, например гранулированного вспененного полистирола М35 в количестве до 10% по объему подушки фундамента, позволяют снизить коэффициент теплопроводности материала подготовленной подушки фундамента резервуара в 1,26 раза (1,9/1,51=1,26), что позволяет использовать предлагаемое изобретение в условиях Крайнего Севера для снижения теплообмена непосредственно между днищем резервуара и сезоннопромерзающими и вечномерзлыми грунтами основания. Результатом снижения теплообмена является предотвращение или уменьшение растепления грунтов оснований и, как следствие, предотвращение потери ими устойчивости. 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 в количестве до 10% по объему подушки фундамента.

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.

Свая стальная со встроенным сезонным охлаждающим устройством (варианты) // 2575383

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.

Свая стальная заполненная со встроенным сезонным охлаждающим устройством (варианты) // 2575381

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.

Способ защиты бетонного фундамента от воздействий сил вспучивания замерзшего грунта // 2574643

Изобретение относится к области строительства, а именно к фундаментам, возводимым в грунте, подверженном сезонным промерзаниям, и может быть использовано не только при возведении бетонных фундаментов, но также и при ремонтно-восстановительных работах в качестве мер защиты бетонного фундамента от воздействия сил вспучивания замерзшего грунта, находящегося в условиях интенсивного обводнения.

Фундамент на пучинистых грунтах // 2550169

Изобретение относится к области строительства, а именно к фундаментам линейных сооружений, возводимых на пучинистых грунтах. Фундамент на пучинистых грунтах включает малозаглубленную плиту с отверстием и грунтовый анкер.

Способ устройства плитного фундамента резервуара с охлажденным продуктом в слабом вечномерзлом грунте // 2548284

Изобретение относится к строительству, а именно к сооружению оснований и фундаментов резервуаров в вечномерзлых грунтах. Способ устройства плитного фундамента резервуара с охлажденным продуктом в слабом вечномерзлом грунте, с дополнительным промораживанием массива вечномерзлого грунта, осуществляемым методом принудительной регулируемой подачи хладагента или теплоносителя в скважины посредством проточных термоэлементов с заданной температурой от источника его охлаждения или подогрева по замкнутым распределительным магистралям с формированием грунтовой плиты, превышающей в плане размеры основного плитного фундамента, толщина и форма грунтовой плиты обеспечивают ее прочность при эксплутационных нагрузках и уменьшение напряжений в вечномерзлом грунте под грунтовой плитой до расчетных величин.

Фундамент // 2547196

Изобретение относится к строительству и может быть использовано при устройстве фундаментов малоэтажных зданий на сезоннопромерзающих грунтах. Фундамент включает ленточный ростверк с отверстиями, пропущенные через отверстия винтовые сваи и стаканы, вмещающие головы свай.

Конструкция для предотвращения морозного пучения грунта // 2538006

Изобретение относится к области строительства и эксплуатации зданий, конкретно к защите от выпучивания дорожных покрытий, входных крылец, пандусов и бетонных отмосток, окружающих здания.

Способ укрепления грунтов основания зданий и земляного полотна линейных сооружений на вечномерзлых грунтах // 2537437

Изобретение относится к строительству сооружений, преимущественно на вечномерзлых грунтах и может быть применено для защиты основания на сильнольдистых вечномерзлых грунтах на слабом просадочном при оттаивании основании.

Фундамент сооружения // 2531155

Изобретение относится к области строительства и может быть использовано при сооружении фундаментов с применением винтовых свай в мерзлых грунтах. Винтовые сваи оснащаются соосно размещенными в них трубами с открытым нижним и заглушенным верхним торцами.

Грунтовый модуль (варианты) // 2600426

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. Грунтовый модуль состоит из не менее пяти расположенных Х-образно ячеек, выполненных из гибких элементов и снабженных защитными стенками и пришивным дном, которое скреплено с гранями или ребрами ячеек. Ячейки заполняют насыпным грунтом. Расширяет арсенал технических средств, позволяет повысить несущую способность оснований магистральных трубопроводов, дорог, и прочих сооружений, а также позволяет увеличить сроки эксплуатации, сократить расходы и время на содержание сооружаемых промышленных площадок. Позволяет исключить использование привозного минерального грунта за счет использования местного грунта. 2 н. и 11 з.п. ф-лы, 8 ил.

Способ снижения воздействия сил морозного пучения и повышения устойчивости свайных фундаментов в криолитозоне // 2602538

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. Способ снижения воздействия сил морозного пучения и повышения устойчивости свайных фундаментов в криолитозоне включает погружение свай в многолетнемерзлые породы. Определяют по результатам предварительных геотемпературных наблюдений потенциальные участки возникновения избыточных криогенных напоров вблизи свайного фундамента и в верховодках надмерзлотного водоносного горизонта, в ограниченных гидродинамических зонах размещают в этих участках водопонижающие колодцы с перфорированной стенкой в нижней части ее образующей, погруженные на глубину не выше кровли многолетнемерзлых пород. В указанные колодцы устанавливают гидрогеологические разгрузочные трубки, в каждый до четырех штук. Внутреннее пространство каждой из указанных гидрогеологических разгрузочных трубок в начале периода промерзания сезонно-талого слоя оставляют свободным и герметично закупоренным с нижнего конца пакером, а сверху герметичной крышкой. Внутреннее пространство каждой гидрогеологической разгрузочной трубки в начале периода промерзания сезонно-талого слоя остается свободным и герметично закупоренным, а в период формирования ограниченных гидродинамических зон в надмерзлотном водоносном горизонте, в том числе в верховодках, и роста криогенных напоров в условиях прохождения вглубь грунтового массива фронта промерзания производят поэтапную разгрузку криогенных напоров, изменяя гидродинамические параметры системы «грунт-фундамент» путем последовательного вскрытия разгрузочных гидрогеологических трубок в моменты, определяемые по результатам анализа текущих геотемпературных данных, получаемых в процессе проведения геотемпературного контроля и мониторинга состояния грунтового массива с начала периода перехода среднесуточных температур атмосферного воздуха ниже 0°C. Технический результат состоит в обеспечении снижения воздействия сил морозного пучения на свайные фундаменты, повышении их устойчивости и снижении рисков образования вблизи них бугров пучения в криолитозоне. 4 ил., 1 табл.