Сооружение фундаментов зданий и оборудования насосных и компрессорных станций

 

Рис. 5. Опорные сооружения для наземной прокладки технологических трубопроводов насосных и компрессорных станций: 1 – насыпь из песчано-гравийной смеси; 2 – железобетонные балки (шпалы); 3 – трубопровод

здания компрессорного цеха, что обеспечивает возможность  для круглосуточного ведения  бетонных работ при положительной температуре. После набора бетоном необходимой прочности временные связи удаляют. 
Применение свайных фундаментов для газоперекачивающих и насосных агрегатов обеспечивает значительные технико-экономические преимущества:

• почти полное исключение земляных работ при сооружении свайных фундаментов;
• значительное снижение расхода бетона;
• значительное снижение трудоемкости возведения таких фундаментов по сравнению с трудоемкостью возведения массивных и рамных монолитных железобетонных фундаментов. Даже по сравнению с трудовыми затратами при сооружении модернизированных рамных фундаментов экономия трудовых затрат при сооружении свайных фундаментов составляет 30%;
• снижение сроков возведения фундаментов газоперекачивающих и насосных агрегатов.

Технологическое оборудование насосных и компрессорных станций устанавливают на фундаменты различных типов: плитные, свайные, сборные из железобетонных плит на песчаной подушке, железобетонные эстакады и постаменты (рис. 4). Для снижения трудоемкости монтажа все большее применение находят безростверковые свайные фундаменты, в которых нижняя плита оборудования или плиты эстакады опираются на специальные железобетонные или стальные оголовки. Железобетонный оголовок имеет внутреннюю полость в виде усеченной пирамиды и до замоноличивания со сваей опирается на фиксирующую рамку из стальных уголков. Внутреннее пространство оголовка заполняют мелкозернистой бетонной смесью. Стальные оголовки-стаканы закрепляют на железобетонных сваях путем сварки с закладкой стальной деталью. Причем применяют два вида оголовков-стаканов — подвижные и неподвижные. Подвижный оголовок-стакан устанавливают на нужную высотную отметку после забивки сваи путем перемещения вдоль оси стакана с последующим закреплением сваркой на закладной детали. Неподвижный стакан монтируют на голове сваи при ее изготовлении. Оголовок-стакан на нужную высотную отметку устанавливают путем обрезки стакана на нужную высоту и приварки опорной крышки.

Надземные технологические  трубопроводы насосных и компрессорных  станций располагают на железобетонных эстакадах (рис. 4), в том числе свайных. Перспективной является «шпальная» прокладка технологических трубопроводов. В этом случае трубопровод укладывают на железобетонные поперечные балки, которые размещают на насыпи из гравийно-песчаной смеси (наподобие шпал и рельс железнодорожного пути).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Основы расчета  фундаментов перекачивающих агрегатов

 

Фундаменты газоперекачивающих и насосных агрегатов насосных и  компрессорных станций испытывают два вида нагрузок: статические —  собственный вес фундамента и перекачивающего агрегата и динамические от действия вращающихся частей привода и нагнетателя или насоса перекачивающих агрегатов.

Расчет фундаментов  перекачивающих агрегатов на статические  нагрузки практически не отличается от аналогичных расчетов фундаментов зданий и сооружений. В состав расчета фундаментов на статические нагрузки обычно входят проверка площади подошвы массивного фундамента или несущей способности свай в свайном фундаменте; определение осадки фундамента в данных грунтовых условиях основания; проверка прочности фундамента по материалу, из которого он изготовлен. Однако расчет на статические нагрузки фундаментов под машины и, в частности, под перекачивающие агрегаты насосных и компрессорных станций отличается меньшим объемом по сравнению с подобным расчетом фундаментов зданий и сооружений. Это связано со значительно меньшим весом перекачивающих агрегатов (максимальный вес наиболее крупных агрегатов ГТН-25 — 1470 кН). В то же время статические нагрузки на фундаменты зданий и сооружений (их вес) намного выше и составляют тысячи килоньютонов. Поэтому статический расчет фундаментов перекачивающих агрегатов ведут не в полном объеме, а именно: для массивных или рамных фундаментов на естественном основании проверяют среднее статическое давление на грунт, .для свайных фундаментов — несущую способность основания.

Расчет фундаментов  на статические нагрузки

Проверка среднего статического давления на основание от массивных  или рамных фундаментов сводится к выполнению следующего неравенства

р_ср ≤ m₀m₁R, 
где р_ср — среднее давление на грунт основания от расчетных статических нагрузок на фундамент при коэффициенте перегрузок n=1; m₀ — коэффициент условий работы, учитывающий характер динамических нагрузок и ответственность машин; m₁ — коэффициент условий работы грунтов основания, учитывающий возможность возникновения длительных деформаций при действии динамических нагрузок; R — расчетное (допустимое) давление на грунт основания, определяемое в соответствии с требованиями СНиП II-15-74 «Основания зданий и сооружений. Нормы проектирования».

Коэффициенты условий работы m₀ и m₁ учитывающие наличие динамических нагрузок для фундаментов машин с вращающимися частями, к которым относятся перекачивающие агрегаты насосных и компрессорных станций, принимают следующими: m₀ = 0,8; m₁ зависит от вида грунтов оснований: для мелких и пылеватых водонасыщенных песков и глинистых грунтов текучей консистенции m₁ = 0,7; для всех остальных видов и состояний грунтов m₁=l.

Среднее давление на грунт  основания определяют следующим образом. 
При центральном приложении нагрузки на фундамент результирующая расчетной статической нагрузки на фундамент N проходит через его центр тяжести С, и р будет одинаковым в любой точке подошвы фундамента (рис. 5).

p_cp = p = N_a + N_ф + N_г / F = (m_a + m_ф + m_г)g / F

где N_a, N_ф и N_г — расчетный вес соответственно перекачивающего агрегата, фундамента и грунта на выступах фундамента; F – площадь опирания фундамента на грунт; m_а, m_ф, и m_г – расчетная масса соответственно перекачивающего агрегата, фундамента и грунта на выступах фундамента; g — ускорение свободного падения.

 

Рис. 6. Эпюры изменения давления на грунт от подошвы фундамента при  центральном (а) и внецентренном (б) приложении нагрузки 

Масса грунта на выступах фундамента m_г = V_гγ_г, где V_г — объем грунта на выступах фундамента; γ_г — плотность грунта. Для фундаментов перекачивающих агрегатов обычно m_г=0 (из-за отсутствия выступов).

При внецентренном приложении вертикальной результирующей нагрузки N давление на грунт основания от подошвы фундамента будет неравномерным, а p_cр от действия центральной нагрузки N и изгибающего момента М, действующих в одной плоскости, определяют в зависимости от соотношения минимального р_min и максимального р_max

р_{max, min} = N/F ± M/W, 
где W — момент сопротивления площади подошвы фундамента.

При внецентренном приложении нагрузки эпюры давления на грунт  могут иметь различную форму  в зависимости от расположения вертикальной результирующей статической нагрузки N (см. рис. 6). Если нагрузка N находится в пределах ядра сечения подошвы фундамента (е <b /6), эпюра давления на грунт будет трапециевидной. Если нагрузки N находятся на границе ядра сечения подошвы фундамента (е = b/6), эпюра давления на грунт будет треугольная, a p_min = 0. Если нагрузка N находится за пределами ядра сечения подошвы фундамента (е >b/6), эпюра давления на грунт будет двухзначной (из двух треугольников), a pmin будет растягивающим. В расчете нужно учитывать только участок эпюры от р_mах до р = 0.

Так как р_mах действует лишь под гранью подошвы фундамента, а при удалении к центру р_mах снижается, то по действующим нормам разрешается принимать расчетное максимальное давление р на 20 % больше R, т. е. р_mах =1,2R, следовательно, при внецентренном приложении нагрузки на фундамент с учетом динамических нагрузок должно соблюдаться условие р_mах ≤ 1,2m₀m₁R .

Причем размеры подошвы  массивных или рамных фундаментов  под перекачивающие агрегаты предварительно назначают исходя из габаритов агрегатов  в горизонтальной плоскости.

Расчетное (допустимое) давление на грунт основания R определяют в каждом конкретном случае следующим образом. 
1. На основе непосредственного определения прочности реальных грунтов в полевых или лабораторных условиях на строительной площадке насосной или компрессорной станции устанавливают нормативное давление на грунт основания /?", по которому определяют расчетное (допустимое) давление на грунт основания:

R = R^н/k_г, 
где k_г — коэффициент безопасности по грунту, k_г = 1/(1 ± ρ),. здесь ρ — показатель точности оценки среднего R.

Знак перед ρ в формуле выбирают таким, чтобы обеспечивалась большая надежность расчета фундамента.

ρ = (t_αυ)/√n, 
где t_α — коэффициент, принимаемый по СНиП П-15-74 (приложение 1) в зависимости от заданной доверительной вероятности α и числа степеней свободы (n — 1); при α = 0,85: 0,99 t_α = 1,054-6,96 (при расчете оснований по несущей способности α = 0,95 и при расчете по деформациям α = 0,85); n — число измерений давления на грунт основания; υ — коэффициент вариации нормативного давления на основание

υ =σ/R^н. 
Здесь σ — среднее квадратичное отклонение R^н,

σ = √1/n-1∑(R^н – R_i)²

2. На основе определения  расчетного (допустимого) давления  на грунт:

R =m₁m₂/k_н(Abγ_II + Bhγ_II + Dc_II – γ_IIh₀),

где m₁ – коэффициент условий работы грунтов основания, зависящий от вида грунта и колеблющийся в пределах 1,1-1,4; m₂ – коэффициент условий работы фундамента во взаимодействии с основанием, зависящий от вида грунта основания и отношения длины и высоты фундамента и колеблющийся в пределах 1-1,4; k_н – коэффициент надежности, зависящий от метода определения расчетной характеристики грунта основания (по результатам непосредственных испытаний грунта k_н =1, а по косвенным данным k_н =1,1); A, B, D – безразмерные коэффициенты, зависящие от угла внутреннего трения φ_II (при изменении φ_II от 0 до 45º А изменяется от 0 до 3,66: В – от 1 до 15,64; D – от 3,14 до 14,64); b – размер меньшей стороны подошвы массивного или рамного фундамента; h – глубина заложения фундамента от уровня планировки грунта; γ_II – усредненная (по слоям) расчетная плотность грунта, залегающего выше отметки подошвы фундамента; γ_II – то, же но грунта залегающего ниже подошвы фундамента; с_II – расчетное удельное сцепление грунта, залегающего непосредственно под подошвой фундамента; h₀ – глубина до пола подвала (при отсутствии подвала, как это характерно для фундаментов перекачивающих агрегатов, h₀=0).

Определение несущей  способности свайных фундаментов  по прочности грунтов основания

При одновременном действии статических и динамических нагрузок расчет отдельных свай фундамента по несущей способности грунтов сводится к проверке условия

N ≤ Ф/k_нm_свm_1св,

где N – вертикальная результирующая нагрузка, действующая на сваю; Ф – расчетная несущая способность сваи; k_н – коэффициент надежности (при определении несущей способности сваи по результатам полевых испытаний статической нагрузкой k_н= 1,25); m_св, m_1св – коэффициенты условий работы сваи, учитывающие наличие динамических нагрузок (для висячих свай m_св= 0,8; для свай-стоек m_1св= 1; для висячих свай при прорезании рыхлых песков любой крупности и влажности, мелких и пылевидных водонасыщенных песков и глинистых грунтов с показателем консистенции I_L>0,6 m_1св=0,7; для всех остальных видов грунтов при применении висячих свай и свай-стоек m_1св=1).

Расчетную несущую способность  сваи по грунту основания определяют по различным формулам в зависимости  от вида свай:

Ф=mRF,

где m=1 – коэффициент условий работы сваи; F – площадь опирания сваи на грунт, равная площади поперечного сечения сваи сплошного сечения или трубчатой сваи, сердцевина которой заполнена бетоном; при применении полых трубчатых свай F принимают равной площади кольцевого сечения; R – расчетное сопротивление грунта под нижним концом сваи-стойки (для всех видов забивных свай, опирающихся нижним концом на скальные и крупнообломочные грунты R=2·10⁴ ; для набивных свай, свай-оболочек, заполненных бетоном, R=( R^н _сж/k_г) (h_з/d_з +1,5), здесь R^н _сж – нормативное сопротивление скального грунта одноосному сжатию в водонасыщенном состоянии; k_г =1,4 – коэффициент безопасности по грунту; h_з – расчетная глубина заделки набивной сваи в скальный грунт; d_з – наружный диаметр, заделанный в скальный грунт набивной сваи); для висячих свай

Ф = m(m_RRF + U∑m_fl_if_i),

где m =1 – коэффициент условий работы сваи; m_R, m_f – коэффициенты условий работы грунта соответственно по нижним концам и на боковой поверхности сваи, учитывающие влияние способа погружения свай на расчетные сопротивления грунтов (m_R=1, m_f=0,5:1); R – расчетное сопротивление грунта под нижним концом сваи, определяемое по СНиП II-17-77 «Свайные фундаменты. Нормы проектирования» в зависимости от вида грунта и глубины погружения сваи (R изменяются в пределах от 600 до 15000 кН/м²); F – площадь поперечного сечения сваи; U – наружный периметр поперечного сечения сваи; l_i – толщина i-го слоя грунта, соприкасающегося с боковой поверхностью сваи; f_i – расчетное сопротивление i-го слоя грунта основания на боковой поверхности сваи в зависимости от вида грунта и глубины расположения i-го слоя грунта, изменяющееся в широких пределах от 2 до 100 кН/м².

Список используемой литературы