Четырехсвайный фундамент
Полезная модель относится к строительству трубопроводного транспорта и используется при сооружении надземных трубопроводов. Технический результат - повышение несущей способности четырехсвайного фундамента, повышение механической прочности к действию ветровой, снеговой, гололедной, температурной и других нагрузок, в том числе нагрузок, возникающих за счет неравномерных деформаций грунтов, снижение трудоемкости и материалоемкости возведения четырехсвайных фундаментов. Свайный фундамент включает 4 погруженные в грунт сваи и охватывающий их ростверк. В талых грунтах сваи забиваются в предварительно пробуренные лидерные скважины. В мерзлых же грунтах сваи устанавливаются буроопускным способом в предварительно пробуренные скважины до проектных отметок. В сваях устанавливаются гильзы для последующего монтажа в них термостабилизаторов. Ростверк, в свою очередь, имеет дополнительный армирующий продольный опорный узел, который увеличивает жесткость конструкции. Использование ростверка предлагаемой конструкции позволяет более равномерно перераспределять усилия между свайными модулями в процессе эксплуатации, а также сместить усилия с краев торцов свайных модулей к центральной части за счет использования особых накладных пластин. 4 ил.
Полезная модель относится к строительству трубопроводного транспорта и используется при сооружении надземных трубопроводов.
Предшествующий опыт проектирования свайных фундаментов богат на различные варианты исполнения конструкций. Известен способ возведения многорядного свайного фундамента, включающий последовательное погружение цельных свай в грунт от периферии к центру, где по мере забивания угловых, смежных и последующих свай происходит уплотнение грунта к центру свайного поля (а.с. SU 896187, от 07.01.1982). Известен способ возведения свайного фундамента, включающий последовательное погружение цельных свай в грунт в один, два, несколько рядов и/или свайный куст, где по мере забивания смежных свай происходит уплотнение грунта у ранее забитых рядом расположенных свай (патент RU 2032025, от 27.03.1995).
Известен свайный фундамент, включающий погружаемые в грунт цельные сваи и охватывающий их ростверк. Ростверк охватывает пару свай (патент RU 2037013, от 09.06.1995), несколько свай, расположенных в ряд (а.с. SU 1232745, от 23.05.1984), в несколько рядов (патент RU 2032025, от 27.03.1995) или по концентрическим окружностям (патент RU 95103698, от 20.12.1996).
Наиболее близким решением представляется опорная система трубопровода (патент RU 
2315837 С2 МПК E02D 27/12 от 27.01.2008). Свайный фундамент включает погруженные в грунт составные сваи и охватывающий их ростверк. Составные сваи состоят из секций, имеющих стыковочные элементы на торцах. Секции выполнены в виде свайных модулей одного типоразмера, при этом количество свайных модулей и/или их частей в каждой составной свае зависит от глубины ее погружения, при которой несущая способность составной сваи по грунту не превышает эффективной нагрузки на составную сваю, исходя из прочности материала составной сваи на осевое сжатие. По наибольшему количеству сходных признаков и достигаемому при использовании результату данное техническое решение выбрано в качестве прототипа заявляемой полезной модели.
При этом к признакам, совпадающим с заявляемой полезной моделью, относятся погруженные в грунт сваи и охватывающий их ростверк.
Недостатками прототипа, не позволяющим достичь поставленной нами задачи, является подверженность торцевой пластины сколу под действием динамических нагрузок, что практически невозможно исправить в эксплуатационных условиях, в результате чего требуются полная замена погружаемой секции.
Задача, на решение которой направлена заявленная полезная модель, заключается в увеличении несущей способности четырехсвайного фундамента, обеспечении срока службы в течение 50 лет, в увеличении устойчивости конструкции к воздействию нагрузок (в первую очередь - при неравномерных деформациях грунта), коррозионной стойкости, а также в повышении удобства и безопасности монтажа и эксплуатации фундамента и свободно-подвижной опоры.
Технический результат, который может быть получен при осуществлении настоящей полезной модели, заключается в обеспечении увеличения несущей способности четырехсвайного фундамента и в увеличении устойчивости к воздействию нагрузок по всем видам за счет установки термостабилизаторов и обеспечении срока службы в течение 50 лет, коррозионной стойкости, а также в повышении удобства и безопасности монтажа фундамента.
Указанный технический результат достигается тем, что четырехсвайный фундамент содержит погруженные в грунт сваи и охватывающий их ростверк, отличающийся тем, фундамент состоит из четырех свай, причем оголовки свай объединены ростверком, который имеет армирующий продольный опорный узел, внутрь свай установлены гильзы для последующего монтажа в них термостабилизаторов, а длина свай увеличена путем приваривания к сваям дополнительных секций, закрепленных усиливающими накладками.
При этом в сваи установлены термостабилизаторы с целью создания вокруг фундамента мерзлого массива, с помощью чего решается задача увеличения несущей способности и увеличения механической прочности одновременно. Также увеличения механической прочности происходит за счет применения ростверка, объединяющего оголовки четырех свай. Ростверк позволяет более равномерно перераспределять усилия между сваями, как в процессе эксплуатации, так и в процессе забивки свай. Ростверк имеет армирующий продольный опорный узел, который увеличивает жесткость конструкции. Таким образом, увеличена долговечность предлагаемого четырехсвайного фундамента.
При этом четырехсвайный фундамента включает в себя четыре сваи, оголовки которых объединены ростверком. Внутрь свай установлены гильзы для последующего монтажа в них термостабилизаторов. Внутренняя полость от низа сваи заполнена сухой цементно-песчаной смесью состава 1:8, а в пределах слоя сезонного оттаивания-промерзания до верха сваи пескобетоном В15. Срок службы рассчитан на 50 лет. Фундамент рамный, ростверки крепятся к вертикальным швеллерам.
Полезная модель поясняется чертежами Фиг.1, 2, 3, 4, на которых изображены: Фиг.1 - План расположения ростверка с рамой и опорными узлами, соединяющего оголовки свай, Фиг.2 - Торцевой вид четырехсвайного фундамента с ростверком, Фиг.3 - План расположения гильз термостабилизаторов внутри сваи, Фиг.4 - Свая со схематическим изображением установленных в ней гильз термостабилизаторов. Цифрами показаны: 1 - геометрическая ось опоры, 2 - ось трубопровода, 3 - свая, 4 - опорный узел, 5 - рама ростверка, 6 - отметка верха строительной конструкции, 7 - уровень земли, 8 - гильза под термостабилизатор (показана условно), 9 - уровень сезонного промерзания-оттаивания, а также длины, обозначенные следующими символами L1=75 мм, L2=426 мм, L3=850 мм, L4=2250 мм, L5=2750 мм, L6=11000 мм, L7=14000 мм, L8=1000-3000 мм, L9=1500-3200 мм.
Работа предложенной полезной модели.
Сваи устанавливаются буроопускным или бурозабивным способом, в зависимости от геокриологического состояния грунта основания. Наносится антикоррозионная защита. Устанавливается ростверк, соединяющий оголовки свай. Установка производится в соответствии с монтажным чертежом и инструкцией по монтажу. Монтажные швы следует выполнять ручной сваркой по ГОСТ 5264-80. Установка частей ростверка в проектное положение выполняется краном грузоподъемностью не менее 20 т. После установки ростверка наносится наружное антикоррозионное покрытие. Нанесение антикоррозионного покрытия на участках сварки производится вручную кистью или валиком согласно технологической инструкции.
В талых грунтах сваи забиваются в предварительно пробуренные лидерные скважины. В мерзлых же грунтах сваи устанавливаются буроопускным способом в предварительно пробуренные скважины до проектных отметок, причем в летний период установка сваи происходит не позднее чем через 4 часа после бурения. При необходимости используются также обсадные трубы. Скважина заполняется цементно-песчаным раствором M100. Заполнение производится на расчетный объем с учетом выдавливания раствора до уровня сезонного оттаивания-промерзания. Оставшийся объем между стенкой скважины и стенкой сваи для уменьшения действия сил морозного пучения заполняется песком.
Для уменьшения сил морозного пучения и в целях антикоррозионной защиты свай принято двухслойное эпоксидное покрытие, которое наносят в заводских условиях. Эпоксидное покрытие наносится на всю длину сваи методом напыления порошковой эпоксидной краски на предварительно очищенные и нагретые до заданной температуры трубы. Общая толщина покрытия не менее 0,75 мм. Металлические части свайных фундаментов, контактирующих с атмосферой имеют антикоррозионное покрытие белого цвета. Для антикоррозионной защиты использованы системы покрытий с цинксодержащими грунтовками для антикоррозионной защиты надземных трубопроводов. Участки, выходящие из земли, имеют антикоррозионное покрытие с выходом над поверхностью земли на расстояние не менее 200 мм. При окраске надземной части сваи лакокрасочные материалы необходимо нанести на покрытие подземной части с нахлестом до уровня земли.
Свайные фундаменты при строительстве трубопроводов применяются при их надземной прокладке. Свайные фундаменты опор применяются как в условиях многолетнемерзлых грунтов, так и в условиях промерзающих и талых грунтов.
Четырехсвайный фундамент применяется для установки на него продольно-подвижной опоры трубопровода. Свайные фундаменты со свободно-подвижными опорами служат для разделения трубопровода на участки, внутри которых происходит компенсация температурных деформаций трубопровода.
Для обеспечения несущей способности при прокладке нефтепровода в районах распространения многолетнемерзлых грунтов свайные фундаменты комплектуются термостабилизаторами, обеспечивающими замораживание талых и охлаждение пластично-мерзлых грунтов.
При устройстве свайных фундаментов опор следует применять сваи стальные буроопускные и бурозабивные. Проектная длина подземной и надземной части свай увеличивается путем приваривания к сваям дополнительных секций, закрепленных усиливающими накладками. Свайные фундаменты выдерживают эксплуатационные нагрузки в соответствии с исходными данными.
При разработке наконечников свай необходимо обеспечить технологичность его изготовления, минимальную длину сварного шва, определить оптимальный угол конуса с учетом обеспечения прочности при устройстве бурозабивных свай. Конструкция фундаментов предусматривает размещение термостабилизаторов внутри свай.
Проведенные на Крайнем Севере на трассе строительства ТС «Заполярье - НПС «Пур-Пе» испытания показали, что данный четырехсвайный фундамент предназначен для эксплуатации на открытом воздухе и выдерживает воздействие следующих климатических факторов: расчетное значение веса снегового покрова на 1 м2 (V район по СП 20.13330.2011) - 3,2 кПа, толщина стенки гололеда (II район по СП 20.13330.2011) - 5 мм, нормативное значение ветрового давления (I - IV район по СП 20.13330.2011) - от 0,23 до 0,48 кПа, наличие мерзлых грунтов, температура воздуха наиболее холодной пятидневки обеспеченностью 0,92 - минус 46°С, температура воздуха наиболее холодных суток обеспеченностью 0,98 - минус 53°С, продолжительность периода со средней суточной температурой воздуха менее 8°С - от 278 до 286 суток, при транспортировании, хранении, монтаже и эксплуатации опоры выдерживают колебания температуры окружающего воздуха за 8 ч - не менее 40°С, относительная влажность окружающего воздуха при транспортировании, хранении, монтаже и эксплуатации может достигать 100%.
Кроме того, четырехсвайный фундамент обеспечивает механическую прочность, выдерживая следующие виды нагрузок: возникающие от воздействия массы нефтепровода, массы нефти (или воды при проведении испытаний), массы обустройств, от температурных воздействий (изменение длины нефтепровода от изменения температуры стенок труб), нагрузки от внутреннего давления в нефтепроводе, включая нагрузки от перепада давления, возникающего при закрытии линейной задвижки, нагрузки от неравномерных деформаций грунта, ветровую нагрузку, снеговую нагрузку, гололедную нагрузку, нагрузки и воздействия, возникающие при пропуске очистных устройств, нагрузки и воздействия, возникающие при испытании нефтепроводов, воздействие селевых потоков и оползней.
Также обеспечивается коррозионная стойкость (опора электрически изолирована от четырехсвайсвайного фундамента), повышение удобства и безопасного монтажа, долговечность конструкции (50 лет).
Конструкция и эксплуатационные характеристики четырехсвайного фундамента удовлетворяют экологическим требованиям чистоты окружающей среды. Материалы, используемые для изготовления четырехсвайного фундамента, имеют сертификаты соответствия (в случае необходимости их обязательной сертификации), санитарно-эпидемиологические заключения, иные документы, удостоверяющие их гигиеническую и экологическую безопасность. Свайные фундаменты комплектуются из отдельных конструкций заводского изготовления для последующего их монтажа на трассе строительства.
Применение заявленной полезной модели обеспечивает увеличение несущей способности четырехсвайного фундамента, увеличивает срок службы до 50 лет, увеличивает устойчивость конструкции к воздействию нагрузок (в первую очередь - при неравномерных деформациях грунта), коррозионную стойкость.
Четырехсвайный фундамент, содержащий погруженные в грунт сваи и охватывающий их ростверк, отличающийся тем, что фундамент состоит из четырех свай, причем оголовки свай объединены ростверком, который имеет армирующий продольный опорный узел, внутрь свай установлены гильзы для последующего монтажа в них термостабилизаторов, а длина свай увеличена путем приваривания к сваям дополнительных секций, закрепленных усиливающими накладками.
