Методы строительства на севере

Отправной пункт для решения основополагающих проблем строительства на Севере — компактное размещение производственных и селитебных территорий в каждом вновь осваиваемом и развивающемся районе.

Области и рациональные формы использования в северных условиях стационарных и нестационарных систем расселения, номенклатура и масштаб развития различных отраслей промышленности и отдельных видов производств определяют необходимый набор промышленных зданий и сооружений и их типы, размеры производственных площадей на момент ввода в эксплуатацию и на перспективу, расчетные сроки службы промышленных объектов, соответствующие объемы жилищно-гражданского строительства и т. д.

Еще требуются комплексные проработки всех проблем с участием архитекторов, гигиенистов, социологов, экономистов и специалистов других отраслей. Необходимо дальнейшее улучшение формирования генеральных планов промышленных территорий и населенных мест, совершенствование архитектуры, объемно-планировочных решений зданий с учетом природно-климатических условий различных районов Северной строительно-климатической зоны.

Технологии строительства энергоэффективных зданий и сооружений в условиях крайнего севера

В результате исследования многих построенных в северных условиях объектов выявлены факторы, которые обязательно должны учитываться при проектировании. Это прежде всего:

• разработка генеральных планов предприятий и населенных мест с учетом закономерностей ветрового режима и снегопереноса в зимний период;
• максимально возможное блокирование зданий и сооружений;
• недопустимость сложных конфигураций зданий в акте и перепадов высот;
• применение зданий с минимальными периметрами наружных ограждений, приходящихся на единицу площади;
• уменьшение поверхностей остекления:
• надежная герметизация окон, ворот и дверей:
• повышение эстетического уровня зданий и сооружений;
• создание комфортных условий труда в рабочих помещениях.

Градостроительное решение селитьбы на Севере характерно «закрыто-открытым» принципом компоновки жилой застройки, ее высокой компактностью, наличием ветрозащитных зданий, в аэродинамической «тени» которых располагают здания обслуживания и жилые здания малой этажности. «Закрыто-открытый» принцип определяет защиту от суровых климатических воздействий при отрицательных температурах наружного воздуха и возможность интенсивных связей с природным окружением при положительных.

Высота жилой застройки даже в крупных городах не превышает 9 этажей. В целях сокращения удельных теплопотерь ширину дома доводят до 13-15 м иногда за счет продольного размещения не освещенной естественным светом лестницы в центральной части плана жилой секции. Чаще всего в таких домах применяют эркеры, исключают балконы и лоджии, а если и устраивают лоджии, то с трансформируемыми наружными ограждениями.

Зарубежный опыт строительства в условиях Севера, преимущественно Канады, дает примеры рациональных объемно-пространственных и конструктивных решений промышленных объектов, например, в проектах обогатительных фабрик на севере Америки. Для нашей практики может быть полезен опыт строительства сборно-разборных зданий из легких металлических и пневматических конструкций.

Технологии строительства энергоэффективных зданий и сооружений в условиях крайнего севера

Комплекс сложных проблем строительства на Севере долгие годы отождествляется с проблемой использования вечномерзлых грунтов в качестве оснований зданий и сооружений. Появлявшиеся в 1930-е, а затем в 1940-1950-е гг. отдельные проектные разработки были направлены лишь на максимальную изоляцию человека от внешней среды, сокращение теплопотерь зданий и уменьшение снегозаносимости застраиваемых территорий. Эти предложения не всегда были научно обоснованными, во многом не соответствовали достигнутому в те годы уровню развития техники и, как правило, не находили применения в практике строительства. При разработке конструктивных схем зданий преследовалась цель обеспечить эксплуатационную пригодность последних на случай возникновения неравномерной осадки основания. «Приспособление» ограждений зданий к условиям Севера сводилось в основном к увеличению их толщины в соответствии с расчетными температурами наружного воздуха в заданном районе строительства. Все это привело к тому, что новые населенные места и промышленные предприятия на Севере по архитектурно-строительным решениям мало отличались от аналогичных объектов в средних широтах.

Принимаемые в последние годы меры по развитию материально-технической базы строительства на Севере создают предпосылки для создания в этих районах качественно новых типов зданий и сооружений, более полно отвечающих суровым климатическим условиям. Вместе с тем возникает ряд важных задач, от решения которых зависит не только успешное развитие промышленности, но и создание нормальных условий для труда и быта населения новых северных городов.

Проблема строительства в северных районах страны сводится не только к вопросу — из чего строить, т. е. из каких материалов и конструкций рациональнее возводить здания и сооружения на Севере. Здесь должны учитываться требования всемерного сокращения трудовых затрат на строительство, условия транспортирования конструктивных элементов и способы возведения зданий и сооружений, причем на первый план выступает проблема уменьшения веса здания и применения эффективных материалов и конструктивных элементов наиболее полной заводской готовности.

Эти вопросы чрезвычайно актуальны. Однако они являются производными, а первостепенное значение приобретает вопрос — что строить. Иными словами, здания каких типов наиболее предпочтительны для условий Севера, какова должна быть их объемно-планировочная структура, какова технико-экономическая целесообразность применения оптимальных типов зданий. Первейшая роль здесь принахтежит архитектурному решению, от которого зависит и уменьшение материалоемкости строительства, и создание оптимальных условий жизненной производственной среды.

Источник: www.firma-stroitel.ru

СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ МЕТОДОВ ВОЗВЕДЕНИЯ ЗДАНИЙ В УСЛОВИЯХ ОТРИЦАТЕЛЬНЫХ ТЕМПЕРАТУР Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

МОНОЛИТНОЕ СТРОИТЕЛЬСТВО / ДОМОСТРОЕНИЕ НА СЕВЕРЕ / ИЕРАРХИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ / ЗВУКОИЗОЛЯЦИЯ / ПЕРИОД ЭКСПЛУАТАЦИИ / КРИТЕРИИ / MONOLITHIC CONSTRUCTION / HOUSING CONSTRUCTION IN THE NORTH / HIERARCHICAL MODEL / SOUND INSULATION / PERIOD OF OPERATION / CRITERIA

Аннотация научной статьи по строительству и архитектуре, автор научной работы — Макарова А.И.

На сегодняшний день строить здания на Севере очень сложно. Этому процессу препятствуют плохие погодные условия, труднопроходимые и труднодоступные места, отсутствие опыта у строителей и архитекторов. Необходимо уделять внимание поддержке температуры грунта, строительству фундамента и теплоизоляционным качествам.

Многоэтажное здание должно быть прочным, долговечным, устойчивым под действием нагрузок и сохранять тепло. В данной статье рассмотрим методы строительства, используемые на Крайнем Севере. Составим сравнительный анализ с помощью методов иерархий, в ходе которого определим наиболее выгодный метод возведения зданий.

Похожие темы научных работ по строительству и архитектуре , автор научной работы — Макарова А.И.

Композиционное вяжущее с использованием опоковидного мергеля и пенобетонных смесей для монолитного строительства

Ресурсосберегающее развитие технологий применения изделий из пеностекла в многослойных конструкциях наружных стен, полов и кровель

Текст научной работы на тему «СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ МЕТОДОВ ВОЗВЕДЕНИЯ ЗДАНИЙ В УСЛОВИЯХ ОТРИЦАТЕЛЬНЫХ ТЕМПЕРАТУР»

СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ МЕТОДОВ ВОЗВЕДЕНИЯ ЗДАНИЙ В УСЛОВИЯХ

Макарова А.И., магистрант 2 курса направления подготовки 08.04.01 «Строительство». Научный руководитель: к.э.н., доцент Сергачев А.А. ФГБОУ ВО Орловский ГАУ

На сегодняшний день строить здания на Севере очень сложно. Этому процессу препятствуют плохие погодные условия, труднопроходимые и труднодоступные места, отсутствие опыта у строителей и архитекторов. Необходимо уделять внимание поддержке температуры грунта, строительству фундамента и теплоизоляционным качествам.

Многоэтажное здание должно быть прочным, долговечным, устойчивым под действием нагрузок и сохранять тепло. В данной статье рассмотрим методы строительства, используемые на Крайнем Севере. Составим сравнительный анализ с помощью методов иерархий, в ходе которого определим наиболее выгодный метод возведения зданий.

Монолитное строительство, домостроение на Севере, иерархическая модель, звукоизоляция, период эксплуатации, звукоизоляция, критерии.

Today, it is very difficult to build buildings in the North. This process is hindered by poor weather conditions, difficult and inaccessible places, and lack of experience among builders and architects. It is necessary to pay attention to maintaining the ground temperature, building the Foundation and thermal insulation qualities. A multi-storey building should be strong, durable, stable under the influence of loads and keep warm. In this article, we will consider the construction methods used in the Far North.

We will make a comparative analysis using hierarchy methods, during which we will determine the most profitable method of building construction.

Monolithic construction, housing construction in the North, hierarchical model, sound insulation, period of operation, sound insulation, criteria.

Введение. Монолитное строительство является одной из самых перспективных технологий в России и во всем мире. Благодаря ей существует возможность возвести здание любой формы, конфигурации и высоты. Стоимость таких зданий высокая.

Однако, благодаря своим хорошим теплоизоляционным и звукоизоляционным качествам, а также срокам эксплуатации, дома будут востребованы на рынке недвижимости всегда. А на Севере эти характеристики очень важны [1].

Цель исследования: выявление наиболее значимого по всем характеристикам способа возведения здания в условиях отрицательных температур.

Для достижения этой цели были поставлены следующие задачи:

— С помощью сравнительного анализа и метода иерархий составить характеристику альтернатив использования технологий строительства в условиях Крайнего Севера;

— Составить иерархическую модель использования технологий строительства в условиях Крайнего Севера;

— Составить диаграмму приоритетов критериев выбора;

На основании всего анализа сделать вывод о наиболее значимом методе возведения зданий.

Процесс строительства не требует много машин и тяжелой техники, ведь весь каркас здания собирается на площадке. Подготавливают опалубку, вставляют в нее арматурный каркас. После этого, в нее заливают раствор, состоящий из цемента, щебня, песка и воды.

Для того, чтобы вода не успела замерзнуть в условиях отрицательных температур, применяют различные технологии подогрева бетонной смеси. Но необходимо следить за процессом прогрева, т.к. существует возможность превысить температуру, тогда вода начнет испаряться. В бетоне появятся поры, его плотность понизится. И такой материал нельзя будет использовать.

Кроме того, в условиях отрицательных температур необходимо создавать правильные температурные условия для твердения бетона. Для этого применяют различные методы производства работ. Следовательно, из-за трудоемких и долгих процессов подогрева бетона, и создание его быстрого твердения, монолитное строительство на Севере используется не часто.

Но наряду с этой технологией, в суровых условиях возводят панельные здания и кирпичные, которые тоже имеют свои преимущества [2].

Еще в советское время панельные дома были востребованы. Сейчас в северных городах, например г. Сургут, чаще возводят здания из панелей. В процессе строительства дома собираются из бетонных плит, затем раствором цемента заливаются проемы (стыки) между ними. Все панели изготавливаются на заводах, после чего их доставляют на стройплощадки.

Преимуществами такой технологией являются короткие сроки строительства, доступная стоимость жилья. Но есть много отрицательных сторон, которые на Севере могут стать серьезной причиной отказа от такого вида строительства [3].

Сегодня возведение зданий из кирпича не так популярно. Ведь, затраты на материалы велики, как и длительность работ, по сравнению с другими видами. Но проживание в таких домах считается комфортным и более пригодным, особенно, если использовался керамический кирпич.

Этот материал более экологичен, способен принимать и отдавать влагу, также имеет хорошие теплоизоляционные качества. Силикатный кирпич уступает керамическому по ряду характеристик, поэтому в строительстве его используют совместно с другой технологией. Например, в г. Новый Уренгой возводят зданий как монолитные, так и монолитно-кирпичные. И все-таки, использование данной технологии в условиях отрицательных температур под вопросом из-за высокой стоимости материалов.

Таким образом, строительство на Крайнем Севере активно развивается. В каждом городе применяются различные технологии возведения зданий. Но необходимо разобраться, какая из них наиболее выгодна в использовании в экстремальных условиях [4].

Сравнительный анализ всех технологий строительства с помощью программы Expert Decide.

Метод анализа иерархий предполагает последовательную реализацию следующих этапов:

1) выделение проблемы и определение цели анализа — «фокуса» иерархии;

2) установление основных критериев, определяющих приоритеты альтернатив, выбор альтернатив;

3) построение иерархии: от цели — через критерии — к альтернативам;

4) построение матрицы парных сравнений критериев по цели и матриц альтернатив по критериям;

5) расчет весов (приоритетов) критериев;

6) расчет приоритетов альтернатив по каждому критерию (локальных векторов приоритетов альтернатив);

7) синтез приоритетов альтернатив по всем критериям иерархии [5].

Рассмотрим этапы метода на примере использования технологий строительства в условиях Крайнего Севера, из альтернатив, представленных в таблице 1.

Таблица 1 — Характеристика альтернатив использования технологий строительства в _условиях Крайнего Севера_

Характеристика Монолитные Кирпичные Панельные

здания здания здания

Уровень теплоизоляции Высокий Высокий Низкий

Показатель звукоизоляции Средний Высокий Низкий

Период эксплуатации, лет 150 150 50

Планировка Индивидуальная Индивидуальная Типовая

Период строительства 9-12 мес. 1,5-2 года 3-12 мес.

Приблизительная стоимость за м2, руб. 153 854 296 345 109 452

В таблице 1 представлена примерная стоимость м2, на которую влияют несколько факторов: этажность, район квартиры, застройщик, количество комнат в квартире, инфраструктура и т.д.

Задаче использования технологий строительства в условиях Крайнего Севера отвечает иерархическая модель, содержащая цель, критерии и альтернативы рисунок 1.

ИсИЕГЬД>ЫНН= ТЕЪНОНОГКН СТрОКТЕОСГЫ кг С=ьгр=

Рисунок 1 — Иерархическая модель использования технологий строительства в

условиях Крайнего Севера

Построив иерархию, мы тем самым «разложили» цель на составные части и путем опроса ЛПР (лица, принимающего решение), выступающего в качестве эксперта, и распределили приоритеты между ними (рис. 2).

I 0,332 Уровень теплоизоляции ] 0,252 Показатель звукоизоляции I 0,194 Период эксплуатации I 0,048 Планировка I 0,109 Приблизительная стоимость ] 0,065 Период строительства

Рисунок 2 — Диаграмма приоритетов критериев выбора

Из рисунка 2 следует, что наиболее значимым критерием в применении технологий строительства в условиях отрицательных температур является уровень теплоизоляции. В условиях крайнего Севера этот показатель является самым важным при выборе квартиры для жилья.

Также важными критериями являются показатель звукоизоляции и период эксплуатации. Для комфортного проживания людей, необходимо чтобы звук не распространялся через стены. Конечно, чем дольше простоит здание, тем и люди и застройщики больше сэкономят на покупку и строительство нового жилья [5].

Остальные критерии являются менее значимыми, но также играют роль в применении технологий строительства в условиях Севера. Сравнив полученные значения, получаем рейтинг всех технологий, используемых в условиях отрицательных температур. Согласно экспертным данным, в нашем примере наибольший приоритет оказался у монолитного здания (рис. 3, рис. 4).

Рисунок 3 — Иерархическая модель использования технологий строительства в

условиях Крайнего Севера

■ 0,09 Панельные здания

I I 0,449 Кирпичные здания

■ 0,462 Монолитные здания

0.5 0.48 0.« 0.44 0.42 0.4 0.30 1,36 0.34 0.32 0.3 0.28 0.26 0.24 0.22 0.2 0,18 1,16 1,14 1,12 0.1 0,(18 0.06 0,04 0,02 О

Рисунок 4 — Диаграмма приоритетов альтернатив

В результате опросов эксперта с помощью информационной программы Expert Decide отношение согласованности совокупности парных сравнений оказалось меньше 0,10, что считается вполне допустимым [6].

Заключение. Таким образом, в результате анализа методом иерархий было выявлено, что наилучшим методом строительства является монолитное. В условиях отрицательных температур, когда почти целый год идет снег и метели, преобладает знойная погода, важным фактором при выборе квартиры является теплоизоляция. В связи с этим, монолитные здания очень теплые и комфортные для проживания. Поэтому проведенная оценка значимости критериев использования технологий строительства в условиях Крайнего Севера, является вполне обоснованной и рациональной с точки зрения лица, принимающего решение.

1. Система монолитного домостроения. Конструктивно-технологические решения / А.Н. Белоконь, В.А. Коссаковский, В.М. Рудой, Е.П. Мазов [и др.].

М.: ЦНИИЭП жилища, 1988. 152 с.

2. Возведение зданий и сооружений из монолитного железобетона / В.Т. Ерофеев, Е.П. Мазов [и др.]: Учеб. пособие. Саранск.: Изд-во Мордов. ун-та, 2002, 138 с.

3. Красновский Б.М. Инженерно-физические основы методов зимнего бетонирования: Монография. М.: ГАСИС, 2004, 467 с.

4. Мазов Е.П. Методические рекомендации по технологии круглогодичного бетонирования монолитных зданий в термоактивных опалубках. М., ЦНИИПИ монолит, 1990.

Источник: cyberleninka.ru

Особенности строительства на Севере

С особыми проблемами сталкивается градостроительство на Севере. Главную опасность представляют собой вечномерзлые грунты, которые при освоении становятся очень неустойчивыми. На них происходят постоянные изменения поверхности: оседание, вспучивание, течение грунта по склонам, термокарст.

При нарушении теплового режима почв, которое обычно возникает при строительстве, мощность сезонно-талого слоя увеличивается, что еще больше усиливает неустойчивость грунтов и вызывает разрушение возведенных сооружений. Интересно, что контуры оврагов, которые очень типичны для застраиваемых территорий, часто повторяют полигональность жильных льдов. В тундре они растут очень быстро, со скоростью 15—30 м/год, глубина их может превышать 15 м, ширина — 30 м, а длина — 800—1000 м. Высокая скорость характерна для всех антропогенных процессов в тундре. Например, скорость течения грунтов на нарушенных человеком склонах доходит до 5—7 м/сутки. Так, с одного из строительных участков площадью менее полукилометра за три года солифлюкци- онными процессами было вынесено 1,5 млн м 3 грунта, в результате чего поверхность участка понизилась на 2—4 м и стала бугристой из-за неравномерного вытаивания подземных льдов.

Для успешного строительства на вечной мерзлоте необходимо либо сохранение вечномерзлых грунтов, либо их полное предварительное оттаивание. Первый путь оказывается более перспективным. Дома строят на сваях, уходящих в грунт на 15 м. Подполье устраивается так, чтобы зимой оно свободно проветривалось, а летом доступ теплого воздуха в него был закрыт. Таким образом, мерзлая толща не только не оттаивает, но ее температура может даже понижаться, что делает строительство прочным и долговечным.

Особенности строительства в сельской местности

В сельских населенных пунктах также происходит перестройка естественного ландшафта, хотя инженерные системы и техногенные комплексы занимают в этом типе селитебных ландшафтов незначительную площадь.

В связи с малоэтажностыо и меньшей общей площадью застройки значительно слабее изменяется микроклимат, растительность более богата и разнообразна, чем в городах, незначительна доля искусственных почв, подобных городским. В садах и на огородах преобладают окультуренные, с повышенным плодородием почвы, особенно в лесных зонах.

Источник: studref.com

Особенности обустройства северных нефтяных и газовых месторождений России и основания и фундаменты зданий и сооружений объектов обустройства

Становлением нефтегазодобывающей отрасли в России можно считать период 30—50-е годов XX в., когда начинали разрабатываться небольшие месторождения, расположенные в Саратовской, Куйбышевской, Оренбургской областях, Ухтинском районе республики Коми, в Тимано-Печорском районе. Начиная с 50—60-х годов, когда в освоение стали вводиться более крупные месторождения (Северо-Ставропольское, Шебелинское, Газлинское) и продолжая в 70—80-е годы, основным направлением развития газодобывающей промышленности в нашей стране стало освоение сибирских и северных гигантских месторождений и их сателлитов.

С развитием энергодобывающей отрасли, менялись и схемы сбора и внутрипромысловой обработки нефти и газа. При разработке газа на мелких месторождениях применялась индивидуальная схема сбора, при которой продукция добывающих газовых и газоконденсатных скважин первично обрабатывается в прискважинном компактном очистном комплексе, после чего газ по шлейфу подается в газосборный коллектор и далее на газосборный пункт (ГП), где производится его дальнейшая очистка и обработка. После газосборного пункта газ подается в единую транспортную систему — магистральный газопровод.

При добыче газа на крупных месторождениях, где большое количество скважин, и строительство для каждой скважины очистного комплекса нецелесообразно, были разработаны и введены в эксплуатацию групповые схемы сбора (централизованные и децентрализованные). В таких схемах газ из кустов скважин подается по шлейфам и газосборным коллекторам на установки комплексной подготовки газа (УКПГ), где проходит полную промысловую очистку и обработку, а затем поступает в магистральный газопровод. Для создания необходимого рабочего давления в магистральном газопроводе служат компрессорные станции (КС), установленные через каждые 100—150 км по длине трассы. Основным сооружением КС является компрессорный цех, агрегаты которого обеспечивают требуемое давление подаваемого в магистральный трубопровод газа.

Нефть из скважин поступает на объекты сбора и обработки (сепарационные установки, промысловые насосные станции), затем ее направляют на термохимические установки и накапливают в резервуарных парках. Для сбора нефтяного и газового конденсата используют дожимные насосные и компрессорные станции. Транспорт нефти из резервуарных парков к потребителю осуществляется по нефтепроводу подземной или надземной прокладки в зависимости от температуры передаваемого продукта, мерзлотно-грунтовых условий и многих других критериев.

Особенности освоения месторождений Севера

Наиболее крупные энергодобывающие объекты – нефтяные поля (Верхнечонское, Тарасовское, Кальчинское, Западно-Малобалыкское, Иртышское, Салымское, Спорышевское), газовые и газонефтеконденсатные месторождения (Медвежье ГМ, Ямбургское ГНКМ, Уренгойское ГКМ, Заполярное ГНКМ, Песцовое ГНКМ, Бованенковское и Харасавэйское ГКМ), осваиваемые в последние десятилетия и освоение которых планируется ближайшие годы – расположены на территории Восточной и Западной Сибири и полуострова Ямал, являющейся крупнейшей нефтегазоносной провинцией России. В настоящее время более 90% добычи природного газа в нашей стране обеспечивается на территории Ямало-Ненецкого автономного округа. По сравнению с месторождениями, расположенными в центральной и южной частях страны, северные месторождения обладают рядом особенностей, затрудняющих их разработку и обустройство обслуживающих их комплексов. Среди основных из них можно выделить следующие:

• удаленность от промышленно развитых регионов, отсутствие развитой инфраструктуры (особенно в начале освоения). В связи с этим – сложности с транспортировкой и значительные стоимости доставки на строительную площадку материалов, оборудования, рабочей силы;
• неблагоприятные географо-климатические условия рассматриваемой территории, выражающиеся в суровом климате, большом количестве рек и озер, высокой заболоченности, что затрудняет проходимость техники и ведение строительно-монтажных работ;
• сложные инженерно-геологические условия территории освоения и обустройства северных месторождений: наличие многолетнемерзлых пород, пучинистых и просадочных грунтов диктует требования по более детальному и тщательному изучению, учету и анализу данных инженерно-геокриологических изысканий при проектировании и строительстве объектов обустройства месторождений. Нарушение хрупкого термодинамического равновесия в результате воздействия сооружений, обеспечивающих добычу, переработку и транспортировку нефти и газа, на геосреду может привести к таким неблагоприятным криогенным процессам, как термокарст, термоэрозия, солифлюкция, морозобойное растрескивание и др. Даже система размещения эксплуатационных добывающих скважин выбирается исходя не только из результатов гидрогазодинамических расчетов, как на месторождениях других регионов, но и с учетом реальных инженерно-геокриологических условий территории.

Индустриализация – основное направление при строительстве объектов обустройства

Перечисленные выше основные сложности, возникающие при проектировании и строительстве комплексов обустройства месторождений Крайнего Севера, влекут за собой значительные объемы капитальных вложений и их рост, что заставляет разрабатывать такие технические решения зданий и сооружений, которые учитывали бы особенности региона, гарантировали надежность эксплуатации объектов и сохранность окружающей среды, но при этом обеспечивали бы значительное снижение стоимости и трудоемкости СМР, уменьшение сроков строительства. Таким образом, успешное и экономичное развитие нефтегазовой отрасли в определяющей мере зависит от показателей строительства объектов этой отрасли.

Главным направлением проектирования и строительства зданий и сооружений добывающего, перерабатывающего и транспортного назначения является индустриализация – массовое применение блочно-комплектного метода строительства, унификация и типизация технологических потоков. Дальнейший шаг индустриализации — переход к типовым технологическим модулям заводского изготовления с обеспечением их блочно-комплектной поставки.

Таким образом, многие объекты промысловой переработки и транспорта нефтяной и газовой промышленности в настоящее время возводятся по машиностроительному принципу — то есть сборка из различных блок-модулей полных технологических схем. При этом процессы по монтажу сооружений, проводимые непосредственно на строительной площадке – монтаж блочных комплексов и пусконаладочные работы – могут проходить в минимально короткие сроки. Поскольку инженерно-геологические условия площадок освоения северных месторождений характеризуются как сложные, доля затрат на устройство оснований и фундаментов сооружений может достигать 60% и более. При этом возрастает значение выбора надежного, экономичного и технологичного варианта конструкции фундамента и устройства основания.

Типы сооружений объектов нефтегазовой отрасли

Анализируя состав сооружений на добывающих (кустовые площадки, дожимные компрессорные станции), перерабатывающих (газосборные пункты, установки комплексной переработки газа, промысловые насосные станции, резервуарные парки) и транспортных (компрессорные станции, нефтеперекачивающие станции, магистральные нефте- и газопроводы) объектов технологической системы, можно выделить следующие группы сооружений по их конструктивным особенностям, назначению и способам возведения:

• компрессорные цеха, прессы и другие агрегаты;
• каркасные здания и здания с несущими стенами;
• блочно-комплектные сооружения;
• вертикальные цилиндрические резервуары;
• заглубленные и подземные сооружения;
• открытые площадки с расположенным на них технологическим оборудованием, емкостями для хранения различных продуктов, площадки для автомашин;
• пешеходные галереи, прожекторные мачты, дымовые трубы;
• внутриплощадочные, межпромысловые и магистральные трубопроводы.

Основные производственные цеха с расположенным в них технологическим оборудованием, а также здания гаражей, пожарных депо, закрытых складов и другие являются каркасными зданиями (чаще всего со стальным каркасом). Через основной несущий элемент – колонны каркаса (нагрузки на колонны в сооружениях нефтегазовой отрасли обычно небольшие) – передаются нагрузки на фундаменты от покрытия, перекрытий, стен, а также ветровые, снеговые нагрузки, и нагрузки от кранового и легкого технологического оборудования.

Хранение нефти, нефтепродуктов, сжиженных газов, а также запасов воды для хозяйственных, производственных и противопожарных нужд производится в стальных вертикальных цилиндрических резервуарах со сварной или рулонной стенкой, передающей нагрузки от хранимой жидкости на несущее фундаментное кольцо.

Здания котельных, технологических насосных, компрессорные и канализационные станции, операторные, очистные сооружения, трансформаторные подстанции чаще всего выполняются в блочно-комплектном исполнении. Нагрузки от блок-бокса и установленного в нем оборудования передаются через опорные части днища (точечное или рельсовое опирание) на фундаментную конструкцию.

Сооружения вспомогательного непроизводственного назначения, возводимые при промысловых объектах и компрессорных станциях – вахтовые жилые комплексы – чаще всего выполняются в виде малоэтажных зданий в крупнопанельном и объемно-блочном вариантах.

Основные технические решения по устройству оснований и фундаментов зданий и сооружений, традиционно применяющиеся при обустройстве месторождений

Для территории Западной Сибири характерно несплошное распространение вечномерзлых грунтов и их неустойчивый температурный режим, инженерно-геокриологические условия различных площадок строительства промысловых объектов существенно отличаются друг от друга, поэтому на различных участках строительства применяются способы сохранения устойчивости оснований зданий и сооружений как по принципу I, так и по принципу II (в соответствии со СНиП 2.02.04-88 «Основания и фундаменты на вечномерзлых грунтах»).

При обеспечении устойчивости основания сооружения по принципу I (грунты основания сохраняются в мерзлом состоянии на весь период строительства и эксплуатации объекта), практически всегда фундаменты для каркасных зданий выполняются в свайном варианте. В отапливаемых зданиях должно устраиваться вентилируемое подполье высотой около 1—1,5 м, которое ограничивает тепловой поток от сооружения на грунты основания, сохраняя их температурно-влажностный режим.

Сваи, как правило, заглубляясь ниже кровли вечной мерзлоты, передают нагрузку на прочный, несжимаемый твердомерзлый грунт, являющийся прекрасным основанием для сооружения. Однако для рассматриваемого региона, как уже говорилось, не характерно сплошное по площади и по разрезу залегание вечномерзлых грунтов с постоянно низкими температурами, при которых они находятся в твердомерзлом состоянии. Грунты же, находящиеся в пластичномерзлом состоянии, не обладают достаточной для восприятия нагрузок от сооружений несущей способностью и в связи с этим, требуют принудительного искусственного понижения температуры. Дополнительное охлаждение грунтов осуществляется с помощью охлаждающих установок сезонного или круглогодичного действия; конструкции и функциональные особенности охлаждающих устройств различаются в зависимости от фирмы-разработчика и производителя.

Рис. 1 Свайный фундамент каркасного здания на вечномерзлых грунтах несливающегося типа с обеспечением принципа I строительства и эксплуатации

Существуют технические решения, при которых отапливаемое здание, проектируемое по принципу I, выполняется с полами по грунту, и предотвращение от растепления и потери несущей способности грунтов основания предусматривается осуществлять с помощью горизонтальных охлаждающих систем – каналов, труб, охлаждающих установок. Но такие технические решения, как показывает практика, не очень надежны – возможное нарушение функционирования охлаждающих установок в процессе эксплуатации приводит к растеплению вечномерзлых грунтов основания, начинающих обладать просадочными свойствами, в результате чего здания приходят в аварийное состояние.

При обеспечении устойчивости здания по принципу II, при котором грунты основания используются в талом состоянии в процессе строительства и эксплуатации, наиболее распространенным фундаментом под колонны каркаса, несущие конструкции резервуаров, емкостей, опоры мачт, трубопроводов, технологическое оборудование (в том числе, и агрегаты компрессорного цеха) также является свайный.

В качестве материалов фундаментных конструкций в основном применяется сталь. Ростверки, конструкции цокольного перекрытия, ложементы емкостей, трубопроводов, опоры мачт, технологического оборудования выполняются из прокатных балок и листовой стали, сваи – из бесшовных горячедеформированных труб. Применение железобетонных конструкций на объектах обустройства месторождений Севера ограничено из-за сложности доставки изделий с заводов ЖБИ, находящихся в промышленно развитых регионах, и отсутствии инфраструктуры дорог, а также из-за стремления свести к минимуму «мокрые» процессы, связанные с изготовлением конструкций из монолитного железобетона на стройплощадке.

Конечно, существует опыт строительства вспомогательных сооружений объектов обустройства (блок-боксов, емкостей, и т.д.), обладающих небольшими нагрузками, а также зданий временного характера (к примеру, такими сооружениями являются практически все здания обустройства кустовых площадок), при наличии относительно прочных и несжимаемых грунтов основания, на малозаглубленных и даже поверхностных фундаментах. Однако в большинстве случаев основным техническим решением практически для всех видов сооружений является, как уже говорилось, свайное основание.

Недостатки применяемых технических решений и необходимость разработки новых конструкций фундаментов и способов устройства оснований

Применяемые при строительстве объектов топливно-энергетического комплекса технические решения обеспечивают необходимую прочность сооружений и обладают достаточной надежностью при строительстве и эксплуатации объектов. Однако свайное основание имеет и свои недостатки: высокая трудоемкость возведения, неиспользованные в полной мере прочностные характеристики металла (несущая способность свай по грунту намного меньше несущей способности по материалу), дороговизна строительно-монтажных работ по устройству свайного поля, а следовательно, и низкая экономическая эффективность фундамента в целом; как крупный недостаток следует отметить и невозможность надежной защиты конструкции сваи от грунтовой коррозии, что особенно актуально для засоленных грунтов побережья северных морей (месторождения полуострова Ямал, резервуарный парк в районе поселка Варандей и др.).

Указанные недостатки свай как основного варианта устройства оснований и фундаментов сооружений говорят о необходимости рассмотрения и разработки иных, более рациональных и экономически выгодных решений. Кроме того, нельзя отрицать и того факта, что на Севере существуют площадки строительства, инженерно-геокриологические условия которых таковы, что фундаменты мелкого заложения и поверхностные фундаментные конструкции должны стать реальной альтернативой традиционным сваям. Это касается участков залегания с поверхности твердомерзлых, непучинистых и непросадочных песчаных, крупнообломочных и других видов относительно прочных грунтов. Распространение засоленных грунтов, обладающих не только легкоразрушающимися структурными связями, но и коррозионной активностью по отношению к металлам и бетону, а также расположенные на глубине в несколько метров линзы криопэгов – сильно засоленного охлажденного грунта – говорят о необходимости как можно меньшего их затрагивания техногенными воздействиями. Выполнение несущей конструктивной подсыпки и опирание на нее поверхностного фундамента или применение совместно с термостабилизацией (дополнительным охлаждением или теплоизоляцией) оснований мелкозаглубленного фундамента, опирающегося на кровлю вечномерзлых грунтов, окажет более щадящее воздействие на слабые, чувствительные породы, чем глубокое прорезание их толщи сваями.

Рис. 2 Фундамент мелкого заложения с опиранием на кровлю вечномерзлых грунтов при обеспечении принципа I строительства и эксплуатации (техническое решение, предложенное ФГУП «Фундаментпроект» для объекта Харасавэйского ГКМ)

В институте «Фундаментпроект» было проведено технико-экономическое сравнение нескольких типов фундаментов, свидетельствующее о том, что более выгодным по стоимостным и трудозатратным показателям в подавляющем большинстве случаев является фундамент мелкого заложения. Но одни только сметные показатели не могут являться базой для принятия решения о выборе типа фундамента. С одной стороны стоит надежный, проверенный временем, отработанный в расчетах, проектировании и производстве способ устройства основания – свайный фундамент с термостабилизацией грунтов, с другой – новая для промышленный зданий на Севере, кроме легких и временных сооружений, методика по их возведению на фундаментах мелкого заложения.

Установка основных производственных зданий на фундаменты мелкого заложения – альтернативный сваям вариант – практически не производится из-за сложностей с обеспечением необходимых прочностных и деформационных характеристик основания – прочный и практически несжимаемый вечномерзлый грунт залегает на сравнительно большой глубине. Кроме того, выполнение малозаглубленных фундаментов практически не применяется из-за сложности производства земляных работ в условиях Севера. По опыту строительных организаций можно сказать, что строителям проще (быстрее, доступнее) производить погружение свай, нежели заниматься сложными в северных условиях процессами по возведению качественной подсыпки, работами в котловане и работами по обеспечению инженерной защиты территории, требования по которой значительной выше, чем при свайном основании. Указанные факторы привели к тому, что на сегодняшний день имеется малая изученность и, как следствие, почти полное отсутствие опыта строительства и наблюдения в процессе эксплуатации сооружений на бессвайных фундаментах.

Таким образом, целью опытно-конструкторских работ по разработке и внедрению конструкций фундаментов и способов устройства основания, отвечающих всем требованиям надежной эксплуатации, технологичности и экономичности, должно стать устранение недоработок и недостатков фундаментов мелкого заложения и разработка технических решений поверхностных фундаментных конструкций, не предъявляющих столь высокие требования к основанию – подсыпке, инженерной защите территории, не требующие трудновыполнимых земляных работ и других обстоятельств, не позволяющих сейчас рассматривать свайные и бессвайные основания как альтернативные варианты.

Источник: www.fundamentproekt.ru