ОАО Фундаментпроект
в началонаписать письмопоискпоиск
[Публикации]

Основные направления развития фундаментостроения в зоне распространения вечномерзлых грунтов

М.А. Минкин, Н.Б. Кутвицкая, А.Г. Дашков
(ФГУП «Фундаментпроект»)

Институт «Фундаментпроект» Госстроя России вот уже почти 40 лет выполняет проектно-изыскательские работы для предприятий и организаций газовой промышленности. По нашим мерзлотным инженерно-геологическим изысканиям и проектам оснований и фундаментов построены объекты обустройства на Мессояхском, Медвежьем, Ямбургском, Уренгойском, Юбилейном, Заполярном и других газовых месторождениях.

В своих проектах институт всегда уделял первоочередное внимание обеспечению надежности инженерных сооружений и недопущению их деформаций в процессе эксплуатации, и, насколько нам известно, таких случаев по вине наших фундаментов до сих пор не было. В то же время, мы видим существенные резервы по снижению стоимости и трудоемкости строительства нулевого цикла, связанные как с улучшением самого технологического процесса проектирования и строительства, так и с применением новых технических решений и методов устройства оснований и фундаментов.

Как известно, проблемы фундаментостроения в районах распространения вечномерзлых грунтов, в первую очередь, определяются особенностями инженерно-геокриологических условий площадок размещения газопромысловых сооружений. Мерзлые грунты являются нестабильными, динамичными во времени образованиями, характеризующимися специфическими свойствами: реологическими, просадочными, пучинистыми и т.д. В зависимости от комплекса природных факторов, формирующих геокриологические условия, грунты могут находиться в многолетне- и сезонномерзлом, сезонноталом, талом и переохлажденном состояниях, а, следовательно, обладать различными прочностными и деформационными свойствами. Из приведенного рис. 1 видно насколько могут отличаться инженерно-геокриологические условия для промысловых объектов: наличие талых и мерзлых грунтов на одной площадке ДКС месторождения Юбилейное, мерзлые грунты сливающегося и несливающегося типа на площадке УКПГ-2С Заполярного месторождения и сплошная низкотемпературная мерзлота на УКПГ месторождения Песцовое.

Такая специфика условий строительства предъявляет, во-первых, повышенные требования к детальности и достоверности инженерно-геологических изысканий, а, во-вторых, не позволяет использовать унифицированные технические решения оснований и фундаментов, требуя индивидуального подхода к отдельным площадкам, а часто и к каждому сооружению, которые к тому же различаются по назначению и по конструктивным особенностям. К сожалению, на практике индивидуальный подход часто отсутствует, так как проектно-изыскательские работы поручаются либо недостаточно квалифицированным организациям, либо не предусматриваются средства и время для их надлежащего проведения.

В результате неучета особенностей геокриологических условий и их природных и техногенных изменений, необоснованного переноса технических решений с объекта на объект, не говоря уже о просто ошибках и просчетах, происходят многочисленные деформации сооружений, иногда даже аварийного характера. Особенно это относится к внутри- и межпромысловым коммуникациям, деформации которых отмечены на Медвежьем, Ямбургском, Уренгойском и других месторождениях (рис. 2).

Индивидуальный подход к объектам проектирования должен в то же время базироваться на единой методологии, применяемой для всех объектов. На рис. 3 дана схема методологической цепи:
Детальные инженерно-геокриологические изыскания —> Комплексное проектирование оснований и фундаментов —> Авторский надзор и научно-техническое сопровождение строительства —> Геотехнический мониторинг и управление основаниями и фундаментами в процессе строительства и эксплуатации.

Комплексное проектирование в обязательном порядке должно включать разработку проектно-сметной документации (ПСД) оснований и фундаментов (ОФ), термостабилизации грунтов оснований (ТС), инженерной защиты сооружений и территории объектов (ИЗ), инженерно-геотехнического мониторинга (ИМ), научно-техническое сопровождение — экспертизу проектных решений, апробирование и внедрение технически и экономически эффективных конструктивных решений и технологий, инженерно-геотехнический мониторинг — слежение и прогноз поведения сооружений и окружающей геокриологической природной среды, на базе которых производится управление указанными объектами.

Для обеспечения проектирования сооружений апробированными техническими решениями по ОФ и способами их устройства необходима разработка набора фундаментов для различного типа сооружений по назначению и конструктивным особенностям, используя который могут применяться наиболее эффективные фундаменты для конкретных сооружений в конкретных инженерно-геокриологических условиях.

Для каркасных зданий с технологическим оборудованием — это свайные фундаменты из металлических свай, рамно-пространственные большепролетные ростверки, ортотропные плиты перекрытий и др. Например, применение большепролетных ростверков, которые разработаны "Фундаментпроектом" позволяет в 4 раза уменьшить количество свай и термостабилизаторов (рис. 4).

Для вспомогательных сооружений и блок-боксов — целесообразно использовать малозаглубленные и поверхностные фундаменты, совмещающие несущие и охлаждающие функции (рис. 5).

Для внутрипромысловых и межплощадочных трубопроводов — эффективными являются противопучинные фундаменты и регулируемые опоры.

Также необходима разработка набора способов упрочнения и стабилизации грунтов оснований, из которого могут при проектировании выбираться наиболее эффективные.

В настоящее время для охлаждения пластичномерзлых и промораживания талых грунтов наибольшее распространение получили термостабилизаторы вертикальные, наклонные, горизонтальные различных конструкций.

В практике Фундаментпроекта используются термостабилизаторы сезонного и круглогодичного действия собственной разработки (типа СПМГ), ВНИИгаза, НПО Бабакина, Миасского завода. На рис. 6 показаны термостбилизаторы типа СПМГ сезонного и круглогодичного действия, а на рис. 7 — показано размещение СПМГ круглогодичного действия в основании прожекторной мачты на УКПГ-2С Заполярного месторождения и дан график изменения температуры по глубине при охлаждении термостабилизаторами.

Но необходима оценка эффективности работы различных типов термостабилизаторов путем их испытания на опытном полигоне, а также дальнейшие исследования в этом направлении в целях разработки термостабилизаторов повышенной мощности, усовершенствования методов их расчета и т.д.

Наличие на объектах строительства слабых грунтов (засоленных, льдистых, талых тиксотропных) требует разработки способов их упрочнения. В этом направлении перспективно применение георешеток, армирования, упрочняющих добавок. Это направление развивается пока крайне слабо.

Существенные деформации ненагруженных фундаментов (опоры трубопроводов, эстакады) связаны с морозным пучением. Для предотвращения выпучивания свай сейчас, в основном, используется увеличение их длины, что не экономично, да и не всегда эффективно. Необходимы разработки: по уменьшению воздействия сил морозного пучения, например, применение греющих элементов, противопучинных добавок и т.д., и по повышению сил, удерживающих сваю в грунте, путем охлаждения мерзлых грунтов, увеличения смерзания, повышения вертикальных нагрузок и т.д. На рис. 8 приведено противопучинное устройство для удержания магистрального газопровода при переходе через малые водотоки с использованием термостабилизаторов и эффективной теплоизоляции.

Вопросы инженерной защиты сооружений и территории от подтопления и воздействия на сооружения опасных геокриологических явлений должны обязательно решаться для всех объектов. Ведь известно, что грунты общепланировочных насыпей застраиваемых площадок, обводнены независимо от наличия надмерзлотных обводненных таликов, например, как на УКПГ 3С Заполярного месторождения, или на сливающейся мерзлоте, как это имеет место на месторождении «Песцовое», где подтопление обусловлено отсутствием природных уклонов застраиваемой территории.

Для инженерной защиты площадок от подтопления эффективно осуществлять водоотвод с помощью устройства канав открытого типа с использованием различного типа георешеток (рис. 9) для укрепления и дренажа. Стоимость такой защиты, например, из георешеток типа Геовеб в 1,3—1,5 раза ниже, чем при использовании железобетонных лотков и металлических труб.

Проект инженерно-геотехнического мониторинга является обязательной составной частью проектно-сметной документации. Нормативные документы (СНиП 2.02.04-88) регламентируют, что наблюдательная сеть мониторинга и программа разрабатываются проектной организацией с учетом особенностей сооружений.

Научной проблемой является обоснование сети мониторинга. У Фундаментпроекта есть разработки по количеству, местоположению элементов наблюдательной сети, но требуются дополнительные исследования. Вторая проблема — критерии безопасности эксплуатации сооружений и особенно технологического оборудования. Здесь в первую очередь необходимы данные о допустимых деформациях сооружений газового комплекса, так как нормативные значения на них не распространяются.

Большее распространение, чем в настоящее время, должны получить современные средства мониторинга: электрические, сейсмо-акустические, оптико-волоконные, тензометрические и т.д. На рис. 10 показан прибор для контроля глубины свай, разработанный НИИ приборостроения им. В.В. Тихомирова совместно с Фундаментпроектом.

Наибольший эффект с точки зрения эксплуатационной надежности и снижения стоимости сооружений могут дать управляемые системы оснований и фундаментов, которые позволяют на всех этапах строительства и эксплуатации управлять состоянием грунтовых оснований и устойчивостью конструктивных элементов фундаментов. В этом направлении, на наш взгляд, перспективно, в первую очередь, управлять температурным режимом грунтов в процессе эксплуатации, например, с помощью греющих или охлаждающих элементов. Приведенный на рис. 11 стабилизатор пластичномерзлых грунтов за счет съемного конденсатора может упрочнять грунты за счет естественного охлаждения в холодный период года, а в случае нештатных ситуаций за счет термоэлектрического охлаждения в любое время года. Также перспективны и регулируемые (или компенсационные) фундаменты, разрабатываемые в Фундаментпроекте, позволяющие предотвратить аварийные ситуации.

Итак, институт «Фундаментпроект» имеет опыт изысканий и проектирования объектов газового комплекса, новые эффективные разработки, мы видим перспективы ускорения и снижения стоимости строительства и готовы участвовать во всех работах по фундаментостроению на Севере.

Design by 
© «Фундаментпроект», 2005—2013
Наш адрес:
125993, г. Москва, Волоколамское шоссе, д.1, стр.1
Е-mail: fund@fundamentproekt.ru
Телефон: (499) 158 0481; факс: (499) 158 3078
Как к нам проехать, можно посмотреть на схеме проезда