RU2783072C1

RU2783072C1 - Method for preparing the base of a cylindrical tank on soft soils

Info

Publication number: RU2783072C1
Application number: RU2022112724A
Authority: RU
Inventors: Алексей Михайлович Ширанов; Александр Леонидович Невзоров
Filing date: 2022-05-12
Publication date: 2022-11-08

Abstract

FIELD: construction.

SUBSTANCE: invention relates to construction and can be used in the construction of vertical cylindrical tanks on weak, highly deformable soils. The method for preparing the base of a cylindrical tank on soft soils includes layer-by-layer filling and compaction of the soil cushion, laying panels of reinforcing material and anchoring their ends. Before backfilling the pillow, anchor plates are placed along its perimeter, soil backfilling is carried out from the anchor plates to the center of the pillow with a surface slope in the same direction. The laying of the panels is carried out after the first layer of soil is dumped, the ends of the panels are inserted into the slots in the slabs and fixed on their outer side with detachable clamps.

EFFECT: increasing the efficiency of reinforcing the soil cushion, namely, ensuring an increase in the stability of the base and reducing the difference between the settlement of the foundation and the bottom of the tank, preventing rupture of the panels during its operation.

1 cl, 6 dwg

Description

Изобретение относится к строительству и может быть использовано при возведении вертикальных цилиндрических резервуаров на слабых сильнодеформируемых грунтах.The invention relates to construction and can be used in the construction of vertical cylindrical tanks on weak, highly deformable soils.

Известен способ создания искусственного основания цилиндрического вертикального резервуара на слабых грунтах путем отсыпки песчаной подушки на поверхность грунта (П.А. Коновалов и др. Фундаменты стальных резервуаров и деформации их оснований. М.: Издательство АСВ, 2009, стр. 270-285 - аналог). Подушка распределяет и снижает напряжения, создаваемые кольцевым фундаментом резервуара на кровлю слабого грунта. Недостатком способа является развитие неравномерной осадки основания под днищем и стенками резервуара, что часто служит причиной повреждения сварных швов в узле их сопряжения.A known method of creating an artificial foundation of a cylindrical vertical tank on soft soils by dumping a sand cushion on the soil surface (P.A. Konovalov et al. Foundations of steel tanks and deformation of their bases. M .: Publishing house DIA, 2009, pp. 270-285 - analogue ). The cushion distributes and reduces the stresses created by the annular foundation of the tank on the roof of soft soil. The disadvantage of this method is the development of uneven subsidence of the base under the bottom and walls of the tank, which often causes damage to the welds in their interface.

Известен способ создания искусственного основания резервуара, в котором для повышения устойчивости и снижения неравномерности осадки основания выполняют армирование подушки горизонтальными элементами (П.А. Коновалов и др. Фундаменты стальных резервуаров и деформации их оснований. М.: Издательство АСВ, 2009, стр. 270; C. Alston, D. K. Lowry, A. Lister. Geogrid Reinforced Granular Pad Foundation Resting on Loose and Soft Soils, Hamilton Harbour, Ontario. International Journal of Geosynthetics and Ground Engineering, № 1/21, 2015, 11 pp – аналог). Как правило, для армирования подушки используют георешетку, представляющую собой плоский геосинтетический материал со сквозными ячейками, способный воспринимать растягивающие напряжения.A known method of creating an artificial base of the tank, in which to increase the stability and reduce the uneven settlement of the base, the pillow is reinforced with horizontal elements (P.A. Konovalov et al. Foundations of steel tanks and deformation of their bases. M .: Publishing house DIA, 2009, p. 270 C. Alston, D. K. Lowry, A. Lister, Geogrid Reinforced Granular Pad Foundation Resting on Loose and Soft Soils, Hamilton Harbor, Ontario, International Journal of Geosynthetics and Ground Engineering, No. 1/21, 2015, 11 pp – analogue). As a rule, a geogrid is used to reinforce the pillow, which is a flat geosynthetic material with through cells, capable of absorbing tensile stresses.

Размещение полотнищ геосинтетика в горизонтальной плоскости существенно снижает эффект армирования, так как включение армирующего материала в работу происходит при появлении в нем растягивающих напряжений, то есть по мере развития осадки основания и прогиба днища резервуара (Ch.L. Helstrom, D.N. Hamphrey, J.M. Labbe. Performance and effectiveness of a thin pavement section using geogrids and drainage geocomposites in a coldregion. NETCR60 NETC Project No.00-8, August 2008, University of Maine, p.20, fig.2.1.; К.Д.Джоунс.Сооружения из армированного грунта. – М., Стройиздат,1989.–c.133-134). С другой стороны, отсутствие контроля за величиной растягивающих напряжений может привести к разрыву армирующего материала или проскальзыванию концов полотнищ, являющихся характерными причинами потери устойчивости основания (П.А. Коновалов и др. Фундаменты стальных резервуаров и деформации их оснований. М.: Издательство АСВ, 2009, стр. 272).Placement of geosynthetic panels in a horizontal plane significantly reduces the effect of reinforcement, since the inclusion of the reinforcing material in the work occurs when tensile stresses appear in it, that is, as the settlement of the base and the deflection of the tank bottom develop (Ch.L. Helstrom, D.N. Hamphrey, J.M. Labbe. Performance and effectiveness of a thin pavement section using geogrids and drainage geocomposites in a cold region. reinforced soil. - M., Stroyizdat, 1989. - p.133-134). On the other hand, the lack of control over the magnitude of tensile stresses can lead to rupture of the reinforcing material or slippage of the ends of the panels, which are characteristic causes of the loss of stability of the base (P.A. Konovalov et al. Foundations of steel tanks and deformation of their bases. M .: DIA Publishing House, 2009, p. 272).

Известен способ подготовки основания здания на слабых грунтах, включающий отрывку котлована, отсыпку грунтовой подушки с послойным уплотнением, укладкой полотнищ георешетки и анкеровкой их концов с помощью жестких элементов, в котором предварительное напряжение армирующих слоев достигается за счет уплотнения слоёв грунта подушки, подстилающих полотнища, на участках вне контура фундаментов до укладки полотнищ, а участков внутри контура фундаментов – одновременно с уплотнением слоёв, покрывающих полотнища (Патент РФ №2674488, МПК Е02D27/01, 2018 - аналог). Недостатком конструкции является большая трудоёмкость реализации способа предварительного напряжения армирующего материала, обусловленная необходимостью поочередного уплотнения слоёв грунта, особенно в подушке круглой формы под цилиндрический резервуар, а также невозможность контроля величины предварительного напряжения георешетки. There is a known method of preparing the foundation of a building on soft soils, including excavation of a foundation pit, dumping a soil cushion with layer-by-layer compaction, laying geogrid panels and anchoring their ends with rigid elements, in which the prestressing of the reinforcing layers is achieved by compacting the soil layers of the cushion underlying the panels on sections outside the contour of the foundations before laying the panels, and sections inside the contour of the foundations - simultaneously with the compaction of the layers covering the panels (RF Patent No. 2674488, IPC E02D27 / 01, 2018 - analogue). The disadvantage of the design is the high complexity of implementing the method of prestressing the reinforcing material, due to the need for successive compaction of soil layers, especially in a round pillow under a cylindrical tank, as well as the impossibility of controlling the prestressing value of the geogrid.

Известен способ предотвращения обрыва армирующих слоев за счет применения податливой георешетки с U-образными отгибами на лентах или прядях, противоположные края которых соединены связями с прочностью на растяжение, меньшей, чем у соединяемых ими лент или прядей (Патент РФ №2686554, МПК Е01С 3/04, 2019 - аналог). При развитии напряжений в георешетке, близких к пределу прочности на растяжение, связи рвутся, полотнище удлиняется, что вызывает перераспределение напряжений между грунтом и георешеткой. Применение податливой георешетки позволяет предотвратить ее обрыв в процессе эксплуатации сооружения, однако защитные связи рассчитаны лишь на однократное применение.A known method of preventing the breakage of the reinforcing layers through the use of a pliable geogrid with U-shaped limbs on tapes or strands, the opposite edges of which are connected by bonds with a tensile strength less than that of the tapes or strands connected by them (RF Patent No. 2686554, IPC E01C 3/ 04, 2019 - analogue). With the development of stresses in the geogrid close to the tensile strength, the bonds are torn, the panel is elongated, which causes a redistribution of stresses between the soil and the geogrid. The use of a pliable geogrid helps prevent its breakage during the operation of the structure, however, protective ties are designed for only a single use.

Известны способы крепления георешетки к подпорной стене с помощью коннекторов различной конструкции, размещаемых в бороздах на поверхности блоков. Например, в качестве коннектора могут использоваться клипсы, проходящие через отверстия георешетки, или стержни, вокруг одного из которых полотнище оборачивается, тогда как другой фиксирует отгиб сверху (Патент US 6679656/2004, E02D 17/00 – аналог, Патент US 2009/0142145, E21D 20/00 – аналог). Неподвижное крепление георешетки к подпорной стене не позволяет регулировать ее натяжение в ходе эксплуатации сооружения.Known methods of attaching a geogrid to a retaining wall using connectors of various designs, placed in the grooves on the surface of the blocks. For example, as a connector, clips can be used that pass through the holes of the geogrid, or rods, around one of which the panel wraps, while the other fixes the bend from above (Patent US 6679656/2004, E02D 17/00 - analogue, Patent US 2009/0142145, E21D 20/00 - analogue). The fixed attachment of the geogrid to the retaining wall does not allow adjusting its tension during the operation of the structure.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является способ подготовки основания цилиндрического резервуара на слабых неравномерно сжимаемых грунтах, включающий отрывку котлована, отсыпку и послойное уплотнение песчаной подушки, раскладку на каждом уплотняемом слое полотен армирующего материала и кольцевых жестких элементов, натяжение армирующих полотен и крепление их к кольцевым элементам (Патент РФ №2308574, МПК Е02D27/00, 2006 – прототип). Недостатком прототипа является значительная трудоёмкость реализации способа, обусловленная необходимостью применения специальных приспособлений и механизмов для натяжения и крепления полотен армирующего материала. Технически сложным является одновременное равномерное натяжение полотен во взаимно перпендикулярных направлениях, без которого из-за деформации кольцевых элементов эффект предварительного напряжения не будет достигаться. Кроме того, при разрыве верхних армирующих слоев будет наступать прогрессирующее разрушение нижележащих слоев (Ширанов А.М., Невзоров А.Л. Физическое моделирование армированной песчаной подушки в основании фундамента // Вестник ПНИПУ. Строительство и архитектура. – 2018. – Т. 9, № 4. – С. 80–92. DOI: 10.15593/2224-9826/2018.4.08).Closest to the proposed invention is a method for preparing the base of a cylindrical tank on weak non-uniformly compressible soils, including excavation of a pit, backfilling and layer-by-layer compaction of a sand cushion, laying out sheets of reinforcing material and annular rigid elements on each compacted layer, tensioning the reinforcing sheets and attaching them to the annular elements (RF patent No. 2308574, IPC E02D27 / 00, 2006 - prototype). The disadvantage of the prototype is the significant complexity of the implementation of the method, due to the need to use special devices and mechanisms for tensioning and fastening sheets of reinforcing material. Technically difficult is the simultaneous uniform tension of the sheets in mutually perpendicular directions, without which, due to the deformation of the annular elements, the effect of prestressing will not be achieved. In addition, with the rupture of the upper reinforcing layers, progressive destruction of the underlying layers will occur (Shiranov A.M., Nevzorov A.L. Physical modeling of a reinforced sand cushion at the base of the foundation // Bulletin of PNRPU. Construction and architecture. - 2018. - V. 9 , No. 4. - P. 80–92. DOI: 10.15593/2224-9826/2018.4.08).

Задачей изобретения является повышение эксплуатационной надежности армированной грунтовой подушки за счёт контролируемого предварительного напряжения армирующего материала и податливости анкерующих элементов.The objective of the invention is to increase the operational reliability of the reinforced soil cushion due to the controlled prestressing of the reinforcing material and the compliance of the anchoring elements.

Это достигается тем, что в способе подготовки основания цилиндрического резервуара на слабых грунтах, включающем послойную отсыпку и уплотнение грунтовой подушки, укладку полотнищ армирующего материала и анкеровку их концов, до начала отсыпки подушки по ее периметру размещают анкерные плиты, отсыпку грунта ведут от анкерных плит к центру подушки с уклоном поверхности в том же направлении, укладку и растяжение полотнищ между диаметрально противоположными плитами выполняют после отсыпки первого слоя грунта, концы полотнищ заводят в прорези в плитах и закрепляют их на внешней стороне плит разъемными зажимами.This is achieved by the fact that in the method of preparing the base of a cylindrical tank on soft soils, including layer-by-layer dumping and compaction of the soil cushion, laying panels of reinforcing material and anchoring their ends, anchor plates are placed along its perimeter before the cushion is dumped, soil dumping is carried out from the anchor plates to the center of the cushion with the slope of the surface in the same direction, the laying and stretching of the panels between diametrically opposite slabs is carried out after filling the first layer of soil, the ends of the panels are inserted into the slots in the slabs and fixed on the outer side of the slabs with detachable clamps.

Последовательность подготовки основания цилиндрического резервуара на слабом грунте иллюстрируется чертежами, где на фиг.1 показан поперечный разрез основания после отсыпки первого слоя подушки и крепления георешетки к анкерным плитам, фиг. 2 – то же, вид сверху, на фиг. 3 дан поперечный разрез основания после формирования грунтовой подушки на полную высоту, на фиг.4 – то же, вид сверху, на фиг. 5 приведен поперечный разрез основания и резервуара в стадии эксплуатации, на фиг. 6 – поперечный разрез анкерной плиты с эпюрой пассивного давления грунта.The sequence of preparing the base of a cylindrical tank on soft ground is illustrated by drawings, where Fig. 1 shows a cross section of the base after backfilling the first layer of the pad and attaching the geogrid to the anchor plates, Fig. 2 is the same, top view, in Fig. 3 shows a cross section of the base after the formation of a soil cushion to its full height, figure 4 - the same, top view, fig. 5 shows a cross section of the base and the tank in operation, in Fig. 6 - cross-section of the anchor plate with a diagram of the passive pressure of the soil.

Способ осуществляют следующим образом.The method is carried out as follows.

На спланированную поверхность или с заглублением ниже отметки планировки устанавливают анкерные плиты 1 со сквозной горизонтальной прорезью 2, размеры которой равны размерам поперечного сечения полотнища армирующего материала. Отсыпают и уплотняют первый слой грунтовой подушки 3 таким образом, чтобы его поверхность у анкерной плиты достигала прорези 2 и имела уклон от анкерной плиты к центру площадки (фиг. 1 и 2). Между диаметрально противоположными анкерными плитами растягивают полотнища армирующего материала 4. Для удержания полотнищ в горизонтальной плоскости их концы заводят в прорези 2 и закрепляют на внешней противоположной поверхности анкерных плит с помощью плоского разъемного, например, винтового, зажима 5, обеспечивающего фрикционное соединение. При больших размерах резервуара, для устранения провисания полотнищ под них укладывают временные опоры 6.Anchor plates 1 with a through horizontal slot 2, the dimensions of which are equal to the cross-sectional dimensions of the reinforcing material panel, are installed on a planned surface or with a recess below the layout mark. The first layer of soil cushion 3 is poured and compacted so that its surface at the anchor plate reaches slot 2 and has a slope from the anchor plate to the center of the site (Fig. 1 and 2). Panels of reinforcing material 4 are stretched between diametrically opposite anchor plates. To hold the panels in a horizontal plane, their ends are inserted into slots 2 and fixed on the outer opposite surface of the anchor plates using a flat detachable, for example, screw, clamp 5, which provides friction connection. With large tank sizes, to eliminate sagging of the panels, temporary supports 6 are laid under them.

Отсыпку и уплотнение следующих слоев грунтовой подушки 7, 8, 9, 10, 11 ведут также, как и первого слоя, от периферии к центру, предварительно убрав из-под полотнищ временные опоры 6. Отсыпаемым грунтом сначала пригружаются анкерные плиты и прилегающие к ним участки полотнищ, затем под действием веса следующих слоев грунта и уплотняющих механизмов армирующий материал получает прогиб и предварительное напряжение (фиг. 3). Силу натяжения полотнищ задают величиной уклона поверхности первого слоя - с увеличением уклона возрастают растягивающие напряжения в георешётке. После достижения проектного профиля подушки приступают к изготовлению кольцевого фундамента резервуара 12 (фиг. 4). Backfilling and compaction of the next layers of the soil cushion 7, 8, 9, 10, 11 are carried out in the same way as the first layer, from the periphery to the center, after removing temporary supports 6 from under the panels. panels, then under the influence of the weight of the next layers of soil and sealing mechanisms, the reinforcing material receives deflection and prestress (Fig. 3). The tension force of the panels is set by the slope of the surface of the first layer - with an increase in the slope, tensile stresses in the geogrid increase. After reaching the design profile of the pillow, they begin to manufacture the annular foundation of the tank 12 (Fig. 4).

Наличие армирования грунтовой подушки повышает устойчивость основания и уменьшает разность осадок фундамента и днища в ходе эксплуатации резервуара 13, а прогиб и преднапряжение армирующих слоев обеспечивают включение армирующих слоев работу сразу после возведения резервуара. The presence of reinforcement of the soil cushion increases the stability of the base and reduces the difference between the settlement of the foundation and the bottom during the operation of the reservoir 13, and the deflection and prestressing of the reinforcing layers ensure that the reinforcing layers are switched on immediately after the construction of the reservoir.

При развитии крена резервуара, например, из-за неоднородности основания, со стороны противоположной направлению крена ослабляют разъемные зажимы 5, служащие для крепления полотнищ к анкерным плитам. По мере развития осадки основания концевые участки полотнищ вытягиваются из прорезей 2. Выждав время, необходимое для выравнивания крена, винты зажимов вновь затягивают.With the development of the roll of the tank, for example, due to the inhomogeneity of the base, from the side opposite to the direction of the roll, detachable clamps 5 are loosened, which serve to fasten the panels to the anchor plates. As the subsidence of the base develops, the end sections of the panels are pulled out of the slots 2. After waiting for the time necessary to equalize the roll, the clamp screws are tightened again.

Обрыв полотнищ геосинтетика предотвращается за счет податливости анкерных плит - при достижении в полотнищах напряжений, близких к пределу прочности на растяжение, плиты смещаются к центру резервуара, ослабляя натяжение полотнищ. Размер анкерных плит определяется из условия (фиг. 6):Breakage of the geosynthetics panels is prevented due to the compliance of the anchor plates - when the stresses in the panels are close to the tensile strength, the plates are displaced to the center of the tank, weakening the tension of the panels. The size of the anchor plates is determined from the condition (Fig. 6):

FF _прetc > E > E _рR ,,

где F _пр - прочность полотнища на разрыв,where F _pr - tensile strength of the panel,

E _р – сила предельного сопротивления анкерной плиты. E _p is the strength of the ultimate resistance of the anchor plate.

При перемещении Δ ≥ (0,01…0,02)h горизонтальное давление грунта на анкерную плиту высотой h допускается принимать равным так называемому пассивному давлению σ _hp (СП 22.13330. 2016 Основания зданий и сооружений. М.: Стандартинформ, 2017, п. 9.23). Максимальное значение пассивного давления у подошвы анкерной плиты вычисляется по формуле:When moving Δ ≥ (0.01 ... 0.02) h , the horizontal soil pressure on the anchor plate with height h can be taken equal to the so-called passive pressure σ _hp (SP 22.13330. 2016 Foundations of buildings and structures. M .: Standartinform, 2017, p. 9.23). The maximum value of passive pressure at the base of the anchor plate is calculated by the formula:

где γ - удельный вес грунта подушки,where γ is the specific gravity of the cushion soil,

φ - угол внутреннего трения того же грунта. φ - angle of internal friction of the same soil.

Сила предельного сопротивления анкерной плиты, равная равнодействующей пассивного давления, составляет (СП 381.1325800.2018 Сооружения подпорные. Правила проектирования. М.: Стандартинформ, 2019, п. 6.3.19):The strength of the ultimate resistance of the anchor plate, equal to the resultant of passive pressure, is

где l - длина плиты. where l is the length of the plate.

Силу предельного сопротивления анкерной плиты можно определять не только расчетом, но и экспериментально путем прямого измерения в полевых условиях.The strength of the ultimate resistance of the anchor plate can be determined not only by calculation, but also experimentally by direct measurement in the field.

Число полотнищ армирующего материала, которые необходимо разместить в основании резервуара для восприятия заданной нагрузки, определяют с учетом найденной силы предельного сопротивления анкерных плит.The number of sheets of reinforcing material that must be placed at the base of the tank to absorb a given load is determined taking into account the found strength of the ultimate resistance of the anchor plates.

Расстояние b, на которое следует относить анкерные плиты от кольцевого фундамента, должно составлять не менее ширины а призмы выпирания грунта ABC, возникающей перед анкерной плитой. Выполнение этого условия будет исключать воздействие горизонтального давления грунта на боковую поверхность фундамента при перемещении анкерной плиты. Ширина призмы вычисляется по формуле (СП 22.13330. 2016 Основания зданий и сооружений. М.: Стандартинформ, 2017, п. 9.22):The distance bto which the anchor plates should be taken from the ring foundation must be at least the width a of the bulging soil prism ABC that occurs in front of the anchor plate. The fulfillment of this condition will exclude the effect of horizontal soil pressure on the side surface of the foundation when the anchor plate is moved . The width of the prism is calculated by the formula (SP 22.13330. 2016 Foundations of buildings and structures. M.: Standartinform, 2017, p. 9.22):

Преднапряжение полотнищ армирующего материала повысит эффективность армирования грунтовой подушки, а именно, обеспечит повышение устойчивости основания и снижение разности осадок фундамента и днища резервуара, а применение податливых анкерных плит предотвратит разрыв полотнищ в процессе его эксплуатации.The prestressing of the panels of the reinforcing material will increase the effectiveness of the reinforcement of the soil cushion, namely, it will increase the stability of the base and reduce the difference between the settlement of the foundation and the bottom of the tank, and the use of pliable anchor plates will prevent the panels from breaking during its operation.

Claims

A method for preparing the base of a cylindrical tank on soft soils, including layer-by-layer backfilling and compaction of the soil pad, laying panels of reinforcing material and anchoring their ends, characterized in that before backfilling the pad, anchor plates are placed along its perimeter, soil backfilling is carried out from the anchor plates to the center of the pad with slope of the surface in the same direction, the panels are laid after filling the first layer of soil, the ends of the panels are inserted into the slots in the slabs and fixed on their outer side with detachable clamps.