ФУНДАМЕНТЫ ПОД ОСНОВАНИЕ

Фундамент - опора, предназначенная для восприятия, амортизации и передачи на грунт статических и динамических нагрузок, которые возникают в системе сооружения в процессе эксплуатации машины.

Фундамент должен удовлетворять следующим основным требованиям:

1) удельная нагрузка от машины на поверхность фундамента – не выше допустимых пределов;

2) удельная нагрузка на грунт системы машина-фундамент – не больше допустимой;

3) деформация фундамента под действием нагрузок – допустимая;

4) фундамент должен воспринимать и амортизировать все динамические нагрузки от действия машины, сохраняя свою жесткость, устойчивость и прочность; вибрация машины и фундамента - в пределах допустимой.

Применительно к нефтегазовой отрасли фундаменты можно разделить на две основные группы.

1. Для стационарных машин со сложной динамикой, например компрессоров, сооружают достаточно массивные прочные фундаменты.

2. Для машин или машинных комплексов полустационарного типа с частым перемещением с места на место, например для буровых установок, сооружают временные фундаменты облегченной конструкции с частичным использованием нормализованных элементов этих фундаментов на новом месте монтажа. Однако известно, что большинство агрегатов и механизмов буровой установки работают в условиях больших и сложных нагрузок, поэтому облегченность сооружаемых фундаментов компенсируется мощными стальными основаниями, на которых это оборудование смонтировано, и в виде мелких или крупных блоков транспортируется с места на место.

Площадь и форма верхней плоскости фундамента определяются размерами и формой машины. Для прочности краев фундамента верхняя его плоскость должна быть на 100 - 200 мм больше с каждой стороны станины машины. Поверхность фундамента, на которую распределяется сила тяжести машины, следует проверить на смятие по формуле

где ρ_ф - давление на верхнюю плоскость фундамента, МПа; Q_м - сила тяжести машины, Н; F_ф - площадь поверхности фундамента, находящаяся под действием силы тяжести машины, м²; ρ_доп -допускаемое давление, МПа; для сосны, вдоль волокон, ρ_доп = 6,0 - 9,0 МПа; для дуба, вдоль волокон, ρ_доп = 8,0 - 10,0 МПа; для бутовой кладки на цементном растворе и для бетона ρ_доп = 15,0 МПа.

Высота фундамента Н = h₁ + h₂ (рис. 2.1). Высота подземной части фундамента h₁ определяется глубиной залегания прочных нетронутых грунтов, подпочвенных вод и глубиной их промерзания. Минимальная глубина заложения во многом зависит от назначения фундамента. Если монтаж машины носит временный характер, например, для блоков и агрегатов буровых установок, снабженных жесткими стальными основаниями, то глубину заложения фундамента принимают минимальной, т.е. ограничиваются расчисткой площадки и снятием растительного слоя до нетронутых грунтов.

Как показала практика строительства, можно сооружать фундаменты для простых машин и на насыпных грунтах определенного качества.

Для стационарных машин подошва фундамента должна быть ниже расчетной глубины промерзания для любых по качеству грунтов, кроме скальных, крупноблочных и крупногравелистых, для которых этот фактор, так же как и уровень грунтовых вод, можно не принимать во внимание. В основном это требование связано с опасностью выпучивания грунта при замерзании, если уровень грунтовых вод находится в зоне, подверженной действию отрицательных температур. Для машин с небольшими динамическими нагрузками глубина заложения фундамента иногда определяется длиной фундаментных болтов и расстоянием от их нижнего конца до подошвы фундамента. Это расстояние принимается не менее 150 мм.

Для стационарных машин со сложными нагрузками, например, двигатели внутреннего сгорания (ДВС), компрессоры и другие, подошву фундамента следует размещать на прочных материковых грунтах. Выбору размеров подошвы фундамента и глубины его заложения должно предшествовать инженерно-геологическое исследование грунтов и расчет.

Высота надземной части фундамента h₂ определяется технологическими параметрами установки. Так, для установки центробежного насоса при подсоединении трубопроводов будет достаточен фундамент высотой 0,5-0,7 м. Высота фундаментов буровых установок определяется (с учетом высоты основания блоков) условиями циркуляции бурового раствора и размещением превенторов под полом буровой. Во всех случаях суммарная высота фундамента должна быть минимально необходимой, так как с увеличением высоты растет опрокидывающий момент, возникающий в сооружении во время работы машины.

Площадь подошвы фундамента определяется из условия обеспечения устойчивости грунта, на который все сооружение опирается (рис. 2.2).

При центральном положении нагрузки N давление ρ распределяется по всей площади F опоры равномерно

При размещении нагрузки с эксцентриситетом е давление у краев фундамента определяется формулой

 

 

где М - момент силы относительно центра тяжести подошвы фундамента,

W - момент сопротивления сечения фундамента по подошве

a, b - соответственно ширина и длина фундамента.

При е > b/6 указанные формулы не применимы, поэтому некоторые авторы рекомендуют пользоваться эмпирическими формулами:

где l - глубина заложения фундамента.

Для случаев достаточно простых, которые могут встретиться в практике эксплуатации оборудования, следует лишь обеспечить максимальное совпадение по вертикали центра тяжести сооружения с центром опоры на грунт, соответственно увеличивая размеры подошвы фундамента (допустимый эксцентриситет 5 %) и проверяя расчетную нагрузку на допустимое давление на грунт.