ФУНДАМЕНТ ДЛЯ ВЕРТИКАЛЬНОГО СТАЛЬНОГО РЕЗЕРВУАРА Российский патент 2023 года по МПК E02D27/38 

Настоящее изобретение относится к фундаменту для вертикального стального резервуара, эксплуатируемому в условиях многолетнемерзлых грунтов [E02D 27/38].

Из уровня техники известен ФУНДАМЕНТ ИЗОТЕРМИЧЕСКОГО РЕЗЕРВУАРА [RU2204655C1, опубл. 20.05.2003], содержащий верхнюю и нижнюю плиты, взаимодействующие через систему стоек, при этом верхняя плита имеет форму усеченного конуса с крышкой с отверстиями, над которыми установлены дефлекторы, а на боковой поверхности - патрубки для поступления и циркуляции воздуха, а нижняя плита имеет диаметр, превышающий диаметр верхней плиты, причем между плитами посредине и по краям установлены стенки - диафрагмы жесткости.

Недостатком аналога является низкая надежность фундамента при эксплуатации за счет устройства фундамента из двух отдельных плит, соединенных между собой системой стоек.

Наиболее близким по технической сущности является СИСТЕМА ОХЛАЖДЕНИЯ ФУНДАМЕНТА ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНОГО РЕЗЕРВУАРА-НАКОПИТЕЛЯ [CN109095020А, опубл. 28.12.2018], содержащая множество патрубков охлаждающего воздуха, расположенных в теплоизоляционном слое между днищем резервуара-накопителя и фундаментом резервуара, при этом одни концы патрубков охлаждающего воздуха сообщаются с атмосферой, а другие концы патрубков охлаждающего воздуха сообщаются с основным трубопроводом охлаждающего воздуха; при этом основной трубопровод охлаждающего воздуха сообщается с вытяжным патрубком, расположенным перпендикулярно днищу резервуара-накопителя и фундаменту резервуара. В вытяжном патрубке смонтирован вентилятор, приводимый в действие посредством двигателя, таким образом тепло непрерывно отводится за счет использования воздушного потока и теплообмена, что обеспечивает отсутствие перегрева в двух режимах охлаждения: с принудительной вентиляцией и с естественной вентиляцией.

Основной технической проблемой прототипа является невозможность обеспечения равномерного теплообмена по периметру фундамента за счет создания потоков охлаждающего воздуха в одном направлении, а также невозможность аккумулирования холода на продолжительный период времени.

Задачей изобретения является устранение недостатков прототипа.

Технический результат изобретения – обеспечение равномерного охлаждения грунтов под фундаментом, повышение пространственной жесткости фундамента, минимизация нагрузки на основание и увеличение продолжительности сохранения грунтов в мерзлом состоянии на весь срок эксплуатации.

Указанный технический результат достигается за счет того, что фундамент для вертикального стального резервуара, содержащий железобетонную плиту, проложенные внутри плиты горизонтально ориентированные трубы, воздушные коллекторы, отличающийся тем, что трубы в плите проложены параллельно друг другу, оконечные участки труб с каждой стороны соединены между собой воздушными коллекторами, сообщающими трубы между собой и смонтированными с каждого из оконечных участков труб, упомянутые воздушные коллектора разделены на участки, отделенные друг от друга глухими перегородками, при этом один участок воздушного коллектора сообщает собой не менее двух труб, в каждом из участков воздушных коллекторов смонтировано по паре вертикально ориентированных приточных и вытяжных коробов, где высота приточного короба меньше высоты вытяжного короба, при этом напротив приточного короба одного воздушного коллектора на противоположном участке второго воздушного коллектора смонтирован вытяжной короб и наоборот.

В частности, железобетонная плита выполнена армированной.

В частности, железобетонная плита выполнена в форме правильного восьмиугольника, причем радиус описанной окружности данного восьмиугольника превышает радиус днища резервуара.

В частности, с возможностью перекрытия движения среды приточные и вытяжные короба снабжены шиберными задвижками.

В частности, фундамент смонтирован на основании, на котором предварительно размещен защитный слой из геотекстиля и геомембраны.

В частности, фундамент для вертикального стального резервуара дополнительно содержит мониторинговые термометрические трубки, устанавливаемые совместно с элементами плиты.

Краткое описание чертежей.

На фигуре 1 показан фундамент для вертикального стального резервуара в соответствии с настоящим изобретением.

На фигуре 2 показан вид сбоку фундамента для вертикального стального резервуара.

На фигурах 1-2 обозначено: 1 – трубы, 2 – воздушный коллектор, 3 – приточный короб, 4 – вытяжной короб, 5 – защитный слой.

Осуществление изобретения.

Фундамент для вертикального стального резервуара в соответствии с настоящим изобретением представляет собой армированную железобетонную плиту, выполненную с возможностью размещения на указанной плите вертикального стального резервуара для хранения топлива.

Армирование указанной железобетонной плиты может быть осуществлено любым известным из уровня техники способом, например, посредством арматуры либо полимерными, металлическими или композитными сетками.

Указанная железобетонная плита может быть выполнена в форме многоугольника, например, правильного восьмиугольника, причем радиус описанной окружности данного восьмиугольника превышает радиус днища резервуара преимущественно на 2-3 метра для обеспечения смещения границы сезонно-талого слоя относительно сжимаемой толщи основания и снижения нагрузки на основание за счет суммарного увеличения опорной площади фундамента.

Железобетонная плита фундамента для вертикального стального резервуара содержит множество горизонтально ориентированных труб 1, проложенных параллельно двум из сторон восьмиугольника в плите фундамента через равные промежутки с одинаковым шагом также преимущественно параллельно друг другу. Указанное множество труб 1 формируют вентиляционные каналы.

Железобетонная плита фундамента для вертикального стального резервуара также содержит две группы воздушных коллекторов 2, смонтированных с внешней стороны вдоль сторон восьмиугольника, образующих углы с проложенными в теле плиты трубами 1. Каждая из групп воздушных коллекторов 2 содержит три коллектора 2, смонтированные вдоль трех соседних сторон восьмиугольника и разделенные между собой перегородками в вершинах углов восьмиугольника железобетонной плиты.

Каждый из коллекторов 2 выполнен в виде профилированной трубы (короба), проходящей вдоль стороны плиты таким образом, чтобы каждая из множества труб 1 сообщалась своими оконечными участками с соответствующим воздушным коллектором 2.

Воздушные коллекторы 2 выполнены с возможностью осуществления равномерного воздухообмена в полостях плиты.

Фундамент для вертикального стального резервуара содержит множество пар приточных коробов 3 и вытяжных коробов 4, выполненных из профилированных труб и смонтированных преимущественно перпендикулярно поверхности плиты таким образом, чтобы приточный короб 3 и вытяжной короб 4 каждой из пар приточных коробов 3 и вытяжных коробов 4 размещались в противоположных воздушных коллекторах 2.

Высота приточного короба 3 по существу меньше высоты вытяжного короба 4 для обеспечения принудительной циркуляции воздуха от приточного короба 3 к вытяжному коробу 4 по трубе 1.

Приточные короба 3 и вытяжные короба 4 смонтированы в коллекторе 2 таким образом, чтобы приточный короб 3 одной из пар приточных коробов 3 и вытяжных коробов 4 располагался по соседству с вытяжным коробом 4 следующей из пар приточных коробов 3 и вытяжных коробов 4 в данном коллекторе 2 для обеспечения разнонаправленных воздушных потоков в вентиляционных каналах труб 1.

Количество приточных коробов 3 и вытяжных коробов 4 в одном воздушном коллекторе 2 зависит от необходимой расчетной скорости воздушного потока.

Каждый из приточных коробов 3 и вытяжных коробов 4 содержит шиберную заслонку, выполненную с возможностью установки в полости короба 3, 4 и перекрытия полости короба 3, 4 для обеспечения прекращения циркуляции наружного воздуха по каналу, образованному приточным коробом 3, трубой 1 и вытяжным коробом 4.

Фундамент для вертикального стального резервуара смонтирован на основании, на котором предварительно размещен защитный слой 5, выполненный, например, из геотекстиля и геомембраны для обеспечения отвода талых сезонных вод и минимизации растепления грунтов под фундаментом.

Для обеспечения контроля температуры грунтов основания на весь последующий период эксплуатации фундамент для вертикального стального резервуара содержит термометрические трубки в количестве не менее двух, устанавливаемые совместно с элементами плиты.

Фундамент для вертикального стального резервуара эксплуатируют следующим образом.

Фундамент для вертикального стального резервуара применяют при строительстве резервуаров для хранения топлива в северных климатических районах (районах Крайнего Севера и приравненных к ним) с распространением многолетнемерзлых грунтов.

За счет размещения в основании фундамента защитного слоя 5, которые обеспечивают отвод талых сезонных вод и тем самым минимизируют тепловое воздействие на грунты под фундаментом, необходимость в создании глубоких котлованов для сооружения фундамента отсутствует, фундамент сооружают выше основной отметки рельефа эксплуатации сооружения, что позволяет сократить объем земляных работ и использование техногенных грунтов.

Для цилиндрических вертикальных резервуаров применяют фундамент, представляющий собой железобетонную плиту в форме правильного восьмиугольника, причем радиус описанной окружности данного восьмиугольника превышает радиус днища резервуара преимущественно на 2-3 метра для обеспечения смещения границы сезонно-талого слоя относительно сжимаемой толщи основания и снижения нагрузки на основание за счет суммарного увеличения опорной площади фундамента.

Для создания вентиляционных каналов в тело армируемой обычным способом фундаментной плиты закладывают трубы 1, которые используются в конструкции фундамента в качестве несъемной опалубки и придают дополнительную прочность фундаментной плите. В конструктивных расчетах фундаментной плиты трубы 1 участия не принимают. При армировании применяют арматуру в соответствии с конструктивным расчетом.

Трубы 1 обеспечивают принудительную циркуляцию холодного воздуха в созданных каналах и снижение общего собственного веса фундамента. Вентиляционные каналы по периметру сообщаются с двумя группами воздушных коллекторов 2, через которые осуществляется воздухообмен. Воздушные коллекторы 2 содержат смонтированные приточные короба 3 и вытяжные короба 4, количество которых в одном коллекторе 2 выбирают исходя из необходимой расчетной скорости воздушного потока. Циркуляцию воздуха обеспечивают за счет устройства по краям каналов приточных коробов 3 и вытяжных коробов 4 разной высоты, за счет чего образуется тяга для холодного воздуха от приточного короба 3 через трубы 1 к вытяжному коробу 4. Для равномерного охлаждения грунтов основания тяга в трубах 1 осуществляется в разных направлениях за счет размещения приточного короба 3 одной из пар приточных коробов 3 и вытяжных коробов 4 по соседству с вытяжным коробом 4 следующей из пар приточных коробов 3 и вытяжных коробов 4 в коллекторе 2.

Циркуляцию холодного воздуха организуют в зимний период, когда температура наружного воздуха опускается ниже температуры грунтов основания (устойчивый минус). Таким образом, при циркуляции холодного воздуха по каналам фундамента в теле плиты поддерживают отрицательную температуру воздуха, которая позволяет исключить тепловое воздействие фундамента резервуара на повышение температуры многолетнемерзлых грунтов основания (растепление грунтов) и поддерживать отрицательную температуру грунтов основания под фундаментом максимально продолжительное время.

Плита за счет больших массогабаритных характеристик аккумулирует отрицательную температуру на достаточно долгий период, и когда температура наружного воздуха повышается, плита, как аккумулятор холода, еще долгое время поддерживает температуру грунтов основания, несмотря на наличие теплового воздействия на сооружение в летний период. Стабилизация температуры грунтов основания под сооружением в течение длительного времени эксплуатации позволяет минимизировать просадочные явления за счет равномерного распределения нагрузки в основании и обеспечить безопасную эксплуатацию сооружения.

В летний период эксплуатации полости приточных коробов 3 и вытяжных коробов 4 перекрывают шиберными заслонками, за счет чего прекращается циркуляция наружного воздуха по вентиляционным каналам плиты. Таким образом, в летний период, когда температура наружного воздуха выше отметки 0° С, циркуляция теплого воздуха по вентиляционным каналам плиты отсутствует. При наступлении устойчивых отрицательных значений температуры наружного воздуха шиберные заслонки приточных коробов 3 и вытяжных коробов 4 открывают, и естественная циркуляция холодного воздуха через плиту фундамента возобновляется.

Для контроля температуры грунтов основания на весь последующий период эксплуатации сооружения в районе фундаментной плиты организуют контроль температуры грунтов основания. Для этого в период строительства закладывают термометрические трубки в количестве не менее двух, устанавливаемые совместно с элементами плиты, для последующего замера температуры грунтов основания в период эксплуатации сооружения.

При сооружении фундамента для вертикального стального резервуара используют обычную строительную технику. Операции, требующие специального освидетельствования (скрытые работы), сведены к минимуму, сооружение фундамента соответствует требованиям к сооружению бетонных фундаментов в обычных условиях, что экономит временной ресурс, затрачиваемый на перерывы в работе, требующие ожидания результатов освидетельствования скрытых работ по сравнению с вариантом применения фундаментов на свайном основании.

Конструкция фундамента проста и не требует специальной подготовки персонала, осуществляющего работы. Работа может выполняться на больших участках и одновременно на нескольких участках, что также экономит время сооружения фундамента.

Стоимость сооружения фундамента для вертикального стального резервуара существенно ниже сооружения свайного фундамента с аналогичными прочностными и конструктивными характеристиками. Временные затраты на сооружение фундамента ниже по сравнению с вариантом свайного фундамента примерно в два-три раза.

Технический результат изобретения – обеспечение равномерного охлаждения грунтов под фундаментом, повышение пространственной жесткости фундамента, минимизация нагрузки на основание и увеличение продолжительности сохранения грунтов в мерзлом состоянии на весь срок эксплуатации – достигается за счет устройства по краям вентиляционных каналов приточных коробов 3 и вытяжных коробов 4 разной высоты с шиберными заслонками, за счет чего образуется тяга для холодного воздуха от приточного короба 3 через трубы 1 к вытяжному коробу 4, при этом для равномерного охлаждения грунтов основания тяга в трубах 1 осуществляется в разных направлениях за счет размещения приточного короба 3 одной из пар приточных коробов 3 и вытяжных коробов 4 по соседству с вытяжным коробом 4 следующей из пар приточных коробов 3 и вытяжных коробов 4 в коллекторе 2, причем в летний период эксплуатации полости приточных коробов 3 и вытяжных коробов 4 перекрывают шиберными заслонками, за счет чего прекращается циркуляция наружного воздуха по вентиляционным каналам плиты, при этом плита за счет своих массогабаритных характеристик аккумулирует отрицательную температуру на достаточно продолжительный период, даже в условиях повышения температуры наружного воздуха.

Изобретение относится к фундаменту для вертикального стального резервуара, эксплуатируемому в условиях многолетнемерзлых грунтов. Фундамент для вертикального стального резервуара содержит железобетонную плиту, проложенные внутри плиты горизонтально ориентированные трубы, воздушные коллекторы. Трубы в плите проложены параллельно друг другу, оконечные участки труб с каждой стороны соединены между собой воздушными коллекторами, сообщающими трубы между собой и смонтированными с каждого из оконечных участков труб, упомянутые воздушные коллекторы разделены на участки, отделенные друг от друга глухими перегородками. Один участок воздушного коллектора сообщает собой не менее двух труб, в каждом из участков воздушных коллекторов смонтировано по паре вертикально ориентированных приточных и вытяжных коробов, где высота приточного короба меньше высоты вытяжного короба. Напротив приточного короба одного воздушного коллектора на противоположном участке второго воздушного коллектора смонтирован вытяжной короб и наоборот. Технический результат состоит в обеспечении равномерного охлаждения грунтов под фундаментом, повышении пространственной жесткости фундамента, минимизации нагрузки на основание и увеличении продолжительности сохранения грунтов в мерзлом состоянии на весь срок эксплуатации. 5 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Фундамент для вертикального стального резервуара, содержащий железобетонную плиту, проложенные внутри плиты горизонтально ориентированные трубы, воздушные коллекторы, отличающийся тем, что трубы в плите проложены параллельно друг другу, оконечные участки труб с каждой стороны соединены между собой воздушными коллекторами, сообщающими трубы между собой и смонтированными с каждого из оконечных участков труб, упомянутые воздушные коллекторы разделены на участки, отделенные друг от друга глухими перегородками, при этом один участок воздушного коллектора сообщает собой не менее двух труб, в каждом из участков воздушных коллекторов смонтировано по паре вертикально ориентированных приточных и вытяжных коробов, где высота приточного короба меньше высоты вытяжного короба, при этом напротив приточного короба одного воздушного коллектора на противоположном участке второго воздушного коллектора смонтирован вытяжной короб и наоборот.

2. Фундамент по п.1, отличающийся тем, что железобетонная плита выполнена армированной.

3. Фундамент по п.1, отличающийся тем, что железобетонная плита выполнена в форме правильного восьмиугольника, причем радиус описанной окружности данного восьмиугольника превышает радиус днища резервуара.

4. Фундамент по п.1, отличающийся тем, что с возможностью перекрытия движения среды приточные и вытяжные короба снабжены шиберными задвижками.

5. Фундамент по п.1, отличающийся тем, что фундамент смонтирован на основании, на котором предварительно размещен защитный слой из геотекстиля и геомембраны.

6. Фундамент по п.1, отличающийся тем, что фундамент для вертикального стального резервуара дополнительно содержит мониторинговые термометрические трубки, устанавливаемые совместно с элементами плиты.