Стальные вертикальные резервуары низкого давления
для нефти и нефтепродуктов

конструкция, проектирование, эксплуатация и ремонт

1.1.6.1. Расчет по деформациям

Вертикальные деформации оснований зданий и сооружений подразделяются на:

• осадки — деформации, не сопровождающиеся коренным изменением сложения грунтов основания (уплотнение прочных — материковых грунтов основания под влиянием давления фундамента и осадки сооружения). Осадка сооружения, как правило, не сопровождается повреждениями и появлением трещин в элементах сооружения;
• просадки — деформации, вызываемые коренным изменением сложения грунта (например, уплотнением макропористых грунтов при их замачивании, уплотнением рыхлых песчаных грунтов при сотрясении; выпиранием грунта из-под подошвы фундаментов и др.). Просадки грунтов основания, как правило, не допускаются.

Задачей расчета оснований по деформациям является ограничение осадок грунтов основания такими пределами, которые гарантируют надфундаментную конструкцию от появления в ней трещин и повреждений, недопустимых для нормальной эксплуатации сооружения. При этом следует подчеркнуть что трещины и повреждения имеют место главным образом в тех случаях, когда осадки неодинаковые по величине под всем сооружением. Причиной неравномерных осадок может служить неоднородность грунтов основания по плотности, а, следовательно, по степени сжимаемости, пучинистость при сезонных промерзаниях, неодинаковая мощность напластований грунтов или различные по величине напряжения под подошвой фундаментов в пределах отдельных участков сооружения.

Определение осадок фундаментов сооружений производится в следующих случаях:

• когда основание состоит из слабых грунтов — рыхлых песков глинистых грунтов в текучем состоянии, песчаных и глинистых с большим содержанием органических остатков, а также насыпных грунтов;
  
• когда необходимо учесть разность осадок близко расположен­ных сооружений, резко отличающихся одно от другого по весу, размерам и форме фундаментов в плане.

При расчете оснований по деформациям (осадкам) исходят из условия, что расчетная величина абсолютных осадок основания S должна быть равна или меньше предельной величины осадок основания f: 

Если в результате расчетов осадки S по величине оказываются больше предельных f, то это может служить обоснованием для перехода на искусственные основания.

Величины абсолютных осадок S определяются расчетом. Они зависят от давлений s, испытываемых грунтами основания, мощности сжимаемой толщи h и модулей сжимаемости (деформации) грунтов Е. Численные значения модулей деформации Е определяются путем испытания грунтов основания статической нагрузкой на строительной площадке. Ориентировочно величины Е могут быть приняты по табл. 8 и 10. При назначении величины предельных осадок следует учитывать влияние, которое может оказать осадка на прочность и устойчивость остова  сооружения в период строительства и эксплуатации. Величины предельных осадок принимаются в зависимости от модулей деформаций грунтов основания Е_мин и изменчивости сжимаемости (отношения модулей деформаций  в пределах площади здания) грунтов основания. При этом основание считается мало изменчивым в отношении сжимаемости, если удовлетворено одно из условий: 

При указанных Е_мин и изменчивости сжимаемости  величины деформаций основания f могут приниматься по табл. 5. При меньших отношениях , приведенных в условии 2, основание считается однородным в отношении сжимаемости, так как осадки грунтов основания под всем сооружением будут достаточно равномерными и отпадает опасность перекоса отдельных его частей. В этом случае расчет основания на осадки можно не производить. 

Таблица 5 

Предельные величины осадок f основании фундаментов 

 Когда изменчивость сжимаемости грунтов основания больше при­веденных, следует дополнительно учитывать разность осадок. Последние определяются по абсолютным осадкам, измеренным в пределах сооружения не менее чем в шести точках по периметру, но не реже чем через 6 м и в центре резервуара. Причем разность осадок не должна превышать предельных величин, помещенных в табл. 6. 

Таблица 6 

Предельные величины разности осадок оснований фундаментов 

 Примечание: l – расстояние между осями фундаментов.

 Определение расчетных величин осадок S грунтов основания производится в следующем порядке:

• на геологический разрез основания наносится контур фундаментов (рис. 9);
• основание фундамента горизонтальными плоскостями разделяется на однородные по сжимаемости слои;
• пользуясь схемой на рис. 2 и данными табл. 4, вычисляют нормальные давления s_б (бытовые) и as (от фундамента), возникающие в точках пересечения вертикальной оси фундаментов с плоскостями напластований;
• находят нижнюю границу сжимаемой толщи, то есть отметку, в которой s_h=0,2s_б;
• определяют вероятную осадку каждого слоя по формуле:

где s₁ – давление у кровли пласта, кг/см²; s₂ – давление у подошвы пласта, кг/см²; h_i – мощность рассматриваемого слоя, см; E_i – модуль сжимаемости слоя i, кг/см²; b_i – коэффициент, принимаемый для песков 0,76; для супесей 0,72; для суглинков 0,57; для глин 0,43.

 Осадки фундаментов на песчаных и глинистых грунтах в твердом состоянии считаются законченными за период строительства; на глинистых грунтах в пластичном состоянии — за период строительства в по­ловинном размере от полной осадки.

Полная расчетная осадка грунтов основания в пределах сжимаемой толщи равна сумме осадок отдельных пластов и определяется по формуле: 

Пример 1. Определить осадку грунтов основания ленточного фундамента при следующих данных (рис. 9).

Грунт, залегающий непосредственно под подошвой — суглинок в пластичном состоянии с расчетным сопротивлением R = 2 кг/см². Ширина подошвы фундамента (после статического расчета) b = 200 см. На схеме фундамента нанесен геологический разрез грунтов основания.  Слева от оси фундамента помещена таблица с величинами отметок, мощности отдельных слоев h_i, их объемного веса g_ест и бытового давления s_б.

По этим данным построена эпюра бытового давления s_б. Справа от оси фундамента дана таблица с величинами  (с интерва­лами 0,5b), коэффициентов a, соответствующих принятым m для ленточного фундамента (см. табл. 4), и давлений . По этим величинам построена эпюра s от давления фундаментов.

Нижняя граница сжимаемой толщи грунтов основания находится на отметке 158,80, где s_h » 0,2s_б. На эпюре s сплошными горизонтальными линиями отмечены величины давления в грунтах оснований от фундамента на глубинах, соответствующих границам между отдельными пластами. Они нужны для определения осадок отдельных слоев и соответственно равны 2; 1,2; 0,7; 0,51 и 0,36 кг/см².

Определение осадки каждого слоя по формуле (10) сведено в табл.7.

Приведенное в ней среднее давление ; осадка каждого слоя грунта основания . Сумма осадок всех слоев сжимаемой толщи грунтов основания равна полной осадке S = 3,77 см.

Рис.9. К примеру 1.

Таблица 7  

 Данные для определения осадки фундаментов