ФУНДАМЕНТ ПОД ОБОРУДОВАНИЕ С ДИНАМИЧЕСКИМИ НАГРУЗКАМИ НА ВЕЧНОМЕРЗЛЫХ, ПОДАТЛИВЫХ ИЛИ ПУЧИНИСТЫХ ГРУНТАХ

Полезная модель относится к промышленному строительству. Наиболее вероятно применение данного технического решения в нефте-газовом комплексе при создании, усилении и реконструкции фундаментов под турбогенераторы и другое подобное оборудование.
Предлагаемое техническое решение может быть использовано при любых грунтах, но прежде всего, представляет интерес при сложных грунтовых условиях или при наличии вечномерзлых грунтов, особенно, когда предъявляются большие ограничения по предельно допустимой амплитуде и частоте колебаний данных фундаментов от воздействия оборудования с динамическими нагрузками.
Наиболее близким по технической сущности к полезной модели является фундамент под машины с динамическими нагрузками, принятый за прототип [авторское свидетельство №6675140 от 1976.07.05]. Основным признаком аналога, совпадающим с существенными признаками заявленной полезной модели, является наличие демпфирующей засыпки.
Прототип представляет собой фундамент с вертикальными пазухами, расположенными между ребрами-опорами, связанными снизу единой фундаментной плитой. На ребрах-опорах установлена станина для оборудования, а в пазухах выполнена засыпка из дисперсного, сыпучего материала. Таким образом, горизонтальные колебания опор фундамента, на которые установлены станина и динамическое оборудование, по замыслу, должны гаситься при помощи сыпучей засыпки, расположенной пазухах между ребрами-опорами.
Здесь возникает вопрос об эффективности "работы" засыпки, так как принцип работы данного фундамента предполагает одновременный сдвиг вправо-влево ребер-опор, что неизбежно снизит эффективность сыпучей засыпки, особенно при малых значениях амплитуды колебаний.
Возможно, это будет приемлемое решение для плотных и не вечномерзлых грунтов, если при этом одновременно соблюдается условие, что используемое оборудование не требовательно к предельно допустимой амплитуде колебаний и не слишком мощное по своему воздействию.
Однако в том случае, когда необходимо создать фундамент под мощное динамическое оборудование, требовательное к предельно допустимой амплитуде колебаний, то такое техническое решение может не "сработать".
Ситуация может еще более может усугубиться, если к тому же надо создать подобный фундамент на податливых, пучинистых или вечномерзлых грунтах. На вечномерзлых грунтах, например, необходимо обязательно предусмотреть условия для соблюдения температурного режима грунта, на который опирается данный фундамент. Для достижения этого результата появляется необходимость создания продуваемых каналов непосредственно под фундаментом. Цель - проветривание грунта для стабилизации его естественного состояния. Такая стабилизация происходит только при соблюдении естественного температурного режима, свойственного данной местности. От сюда возникает техническая проблема - каким образом создать фундамент под тяжелое динамическое оборудование на податливом, не устойчивом грунте, при этом "оторвать" его от соприкосновения с этим грунтом и одновременно обеспечить его высокую жесткость против горизонтальных колебаний?
Технически, в таких случаях напрашивается необходимость создания по бокам фундамента сыпучей засыпки. Но при этом возникает еще одна сопутствующая проблема: Вечномерзлый грунт сам по себе очень не стабилен, его прочностные и деформативные характеристики изменчивы. В какой-то степени подобными недостатками обладает податливый и пучинистый грунт. Крайне отрицательно на деформациях грунта может сказаться чрезмерная нагрузка, вызванная необходимостью создания мощной засыпки. Тем более что со временем характеристики грунта могут измениться, что может привести к трудно прогнозируемым деформациям фундамента. Но в любом случае нельзя допустить, что бы вес сыпучей засыпки "потянул" за собой, или иначе говоря, вызвал деформации фундамента, на котором расположено оборудование. Оборудование с динамическими нагрузками обычно требовательно к стабильности опоры, на которой оно закреплено.
Таким образом, можно сформулировать техническую задачу - сделать так, что бы вес нужной в таких случаях боковой сыпучей засыпки не передавался непосредственно на фундамент, который удерживает данное оборудование.
В данной полезной модели формулируется конструктивное решение фундамента с учетом выше приведенного комплекса проблем.
Для этого, прежде всего, изложим принципиальное решение, выражающее собой сущность данной полезной модели: фундаментный короб или короба для засыпки сыпучего материала предлагается создавать независимо от основного фундамента, но так что бы при этом обеспечивалась их совместная работа в горизонтальном направлении через контакт с сыпучей засыпкой. Если необходимо ограничить амплитуду и частоту колебаний преимущественно или в поперечном или в продольном направлении, то достаточно создать короба для сыпучей засыпки только с двух сторон. Если необходимо ограничить амплитуду и частоты колебаний с четырех сторон, то целесообразно создание единого короба по всему периметру. В этом случае колебания будут гаситься по всем направления в горизонтальной плоскости основного фундамента.
При этом, одновременно нельзя допустить возможность их слишком не равномерных вертикальных осадок относительно друг друга. Для этого расчетная просадка смежных фундаментов - для динамического оборудования и для боковой сыпучей засыпки должны быть равны или, как минимум, сопоставимы друг с другом.
Для случая вечномерзлых грунтов: Фундаменты для динамического оборудования и для боковой сыпучей засыпки должны иметь сквозные, продуваемые каналы, с общей площадью соприкосновения с грунтом, достаточной для обеспечения естественного температурного режима или должны быть установлены на сваях, отрывающих их от непосредственного соприкосновения с грунтом. Продуваемые каналы могут быть выполнены в любом направлении. Во всех случаях данные фундаменты должны иметь свайное основание, надежно зафиксированное в глубинных слоях вечномерзлого грунта, не подвергающихся оттаиванию.
Для случая податливых грунтов: Фундаменты для динамического оборудования и для боковой сыпучей засыпки могут, как вариант, непосредственно соприкасаться с поверхностью грунта, но всегда должна быть обеспечена их надежная фиксация в слоях плотного грунта.
Для случая пучинистых грунтов: Согласно соответствующему расчетному обоснованию в некоторых случаях может потребоваться отрыв поверхности фундаментных плит от поверхности грунта.
Задачей полезной модели является:
1. При создании, усилении и реконструкции фундаментов под оборудование с динамическими нагрузками в том числе и на вечномерзлых, податливых и пучинистых грунтах обеспечение условий для снижения амплитуды и частоты колебаний, с целью оптимального и надежного функционирования установленного на нем оборудования.
2. Снижение вероятности не равномерных осадок фундаментов под оборудование с динамическими нагрузками в том числе и на вечномерзлых, податливых и пучинистых грунтах и обеспечение условий для надежной и долговечной эксплуатации данных объектов.
Признаки, характеризующие данную полезную модель:
1. Не зависимая друг от друга работа фундаментов под оборудование с динамическими нагрузками и фундаментов под демпфирующую, сыпучую засыпку.
2. Для обеспечения не жесткого и одновременно герметичного соприкосновения данных фундаментов по боковым или боковому контуру с сыпучей засыпкой предусматривается устройство гибкой вставки. Способ и место крепления данной гибкой вставки не принципиально. Важно, что бы она была как таковая и исполняла требуемые функции. Варианты возможных решений крепления и расположения гибких вставок приводятся в рисунках, сопровождающих данную полезную модель. Цель данного действия - исключить или сократить до минимума возможное просачивание сыпучей засыпки в конструктивную щель между данными фундаментами и одновременно обеспечить их взаимное смещение, не затрагивающее друг друга.
3. При создании, усилении и реконструкции данных фундаментов на вечномерзлом грунте предусматривается наличие продуваемых каналов или отрыв фундаментов от плоскости грунта с целью проветривания поверхности грунта для стабилизации его естественного состояния.
4. При создании, усилении и реконструкции данных фундаментов на податливых и пучинистых и других грунтах возможны варианты технических решений как предполагающих отрыв их от плоскости грунта, так и расположение в соприкосновении с грунтом.
На представленных рисунках изображены вариант конструктивного решения для случая использования на вечномерзлых грунтах. В данном случае показан вариант, когда основное оборудование расположено на фундаменте из свай, отрывающем его от соприкосновения с грунтом. Фундамент или, иначе говоря, короб для сыпучей засыпки выполнен в данном варианте, допускающим соприкосновение с грунтом, но предусматривающим устройство поперечных, продуваемых каналов. Расположение коробов для засыпки вдоль длинных сторон основного фундамента означает, что в данном случае его колебания ограничиваются в основном в поперечном направлении.
На фиг.1 изображен поперечный разрез данных фундаментов и грунтов для варианта использования свай для опирания и закрепления в не оттаивающем, вечномерзлом грунте; на фиг.2 - продольный разрез по линии близкой к соприкосновению короба для засыпки и основного фундамента; на фиг.3 - узел совмещения короба для засыпки и основного фундамента для случая закрепления гибкой вставки в коробе для засыпки; на фиг.4 - узел совмещения короба для засыпки и основного фундамента для случая закрепления гибкой вставки в основном фундаменте; на фиг.5 - крайний, боковой короб для сыпучей засыпки с продольными и поперечными ребрами жесткости в виде балок; на фиг.6 - промежуточный короб для сыпучей засыпки с продольными и поперечными ребрами жесткости в виде балок; на фиг.7 - крайний, боковой короб для сыпучей засыпки с ребрами жесткости в виде поперечных стенок и продольных балок; на фиг.8 - промежуточный короб для сыпучей засыпки с ребрами жесткости в виде поперечных стенок и продольных балок. Размер загиба боковой стенки короба засыпки в сторону соприкосновения засыпки и основного фундамента определяется и назначается в соответствии с технологическим удобством исполнения и параметрами жесткости боковой стенки.
На представленных рисунках: 1 - фундамент под основное оборудование, 2 - боковые стенки короба для сыпучей засыпки, 3 - продуваемый, вентилируемый канал, 4 - сваи под основной фундамент, 5 - сваи под короб для сыпучей засыпки, 6 - вентилируемое пространство под основным фундаментом, 7 - установленное оборудование, 8 - гибкая вставка для предотвращения просачивания сыпучей засыпки в щель между фундаментами, 9 - слой грунта, подверженный оттаиванию, 10 - вечномерзлый грунт, 11 - поперечные ребра жесткости, которые могут исполняться в виде балок и в виде стенок, 12 - продольные ребра жесткости, которые могут исполняться в виде балок и в виде стенок, 13 - боковые стенки короба для сыпучей засыпки, 14 - днище короба для сыпучей засыпки, 15 - сыпучая засыпка, 16 - конструктивная щель между фундаментами.
Осуществление полезной модели:
Для варианта усиления или реконструкции существующего основного фундамента под оборудование выполняются дополнительно короб или короба для сыпучей засыпки, замыкающие его с двух или с четырех сторон.
Для варианта нового строительства фундамента под динамическое оборудование целесообразно первоначально выполнить фундамент под основное оборудование, а затем выполнить короб или короба для сыпучей засыпки. Последовательность устройства свайного поля зависит от выбранной технологии.
Во всех случаях зазор между основным фундаментом и коробом засыпки должен быть достаточным для свободного взаимного сдвига фундаментов и устройства гибкой вставки. Гибкая вставка должна иметь жесткость достаточную, что бы не допустить вдавливания в щель между фундаментами.
Сыпучая засыпка должна на всем периоде эксплуатации поддерживаться в сухом состоянии, прежде всего при отрицательных температурах.