§ 2. Фундаменты под оборудование

При расчете и конструировании фундаментов под оборудование нужно учитывать следующие особенности:

• незначительное давление на грунт в основании фундамента; размеры фундамента определяются, как правило, не действующими нагрузками, а габаритами машины (оборудования), следовательно, по условиям прочности почти каждый грунт (а тем более мерзлый) может служить основанием для таких фундаментов;
• небольшие размеры фундаментов, их компактность, что уменьшает опасность возникновения неравномерных осадок;
• возможное воздействие динамических нагрузок от машины, приводящее к возникновению вынужденных и собственных колебаний фундамента и распространению в грунте упругих волн.

В обычных условиях расчет состоит в проверке прочности основания на основе допустимой статической нагрузки на грунт с учетом (в зависимости от вида машин) понижающих коэффициентов [1].

Вибрации, вызываемые работой машин, опасны для окружающих сооружений, а также и для самих машин. Поэтому при проектировании фундаментов под машины с неуравновешенными возмущающими силами производят дополнительно динамический расчет. Задача расчета сводится к отысканию таких размеров фундамента (или назначению определенных конструктивных мероприятий), при которых периодические смещения, характеризуемые в динамическом расчете амплитудами колебаний, не превосходили бы некоторых предельных величин, установленных на основании имеющегося опыта эксплуатации машин или зданий, если последние проверяются на вибрацию. При проведении подобных расчетов для условий сохранения мерзлых грунтов в основании фундаментов под машины надо учитывать особые свойства этих грунтов. По экспериментальным данным модуль упругости мерзлых грунтов больше 50 000 ^т/_м². При этом значения амплитуд настолько малы, что не будет необходимости учета вибрационного воздействия на грунт^*. На это обстоятельство следует обратить особое внимание, ибо механическое перенесение опыта проектирования в районах средней полосы на вечномерзлые грунты без учета качественно нового их состояния и резкого изменения показателей упругих свойств приводит к необоснованному завышению размеров и веса фундамента.

^* (Это не относится к фундаментам рамного типа, динамический расчет элементов которых необходимо проводить в соответствии с инструкцией И-119-49.)

Наряду с этим при расчете фундаментов под машины в условиях сохранения мерзлого состояния грунтов в основании не исключается в некоторых случаях необходимость оценки действия динамических нагрузок в направлении возможного нарушения контакта по подошве и изменения величины сил смерзания грунта с боковой поверхности фундамента при колебании его тела, а также изменения теплового режима в основании фундамента вследствие поступления в грунт энергии колебаний.

При проектировании фундаментов на оттаивающем основании расчет производится из условий обеспечения динамической устойчивости слагающих основание грунтов аналогично положениям, разработанным для слабых водонасыщенных грунтов [4]. При этом необходимо максимально снизить амплитуду колебаний грунта, применяя всякого рода гасящие устройства (амортизаторы, прокладки и пр.).

При конструировании фундаментов в условиях сохранения мерзлого состояния грунтов в основании следует считаться с относительно большими, строго лимитированными внешними их размерами. В плане они определяются габаритами машины, Минимальная высота фундамента составляет 2,0-4,0 м и слагается из высоты подполья (0,5-1,0 м), мощности деятельного слоя (1,0-2,5 м) и необходимого заглубления в слой вечномерзлых грунтов (0,75 м). Общая высота фундамента может достигать 6-7 м; нужно избегать фундаментов массивного типа, ибо конструкция их громоздка, затраты неоправданно велики. Предпочтение следует отдавать облегченным конструкциям и в первую очередь рамным фундаментам.

В зданиях с подпольями особое внимание нужно обращать на конструкцию шва в месте сопряжения тела фундамента с подпольным перекрытием с тем, чтобы обеспечить надлежащую плотность соединения.

Большая величина модуля упругости мерзлого грунта наряду с высокой несущей способностью его позволяет значительно уменьшить массу фундамента, что создает определенные перспективы для разработки экономически выгодных решений. Внешние размеры фундамента при этом сохраняются, а экономия достигается за счет создания пустотелых, ребристых и других облегченных конструкций. При этом выбирается конструктивное оформление фундаментов, лучшим образом обеспечивающим сохранение мерзлоты в основании.

Рис. III-66. Изменение максимальной глубины протаивания под зданиями с источниками большого тепловыделения в пос. Амдерма. а - центральная котельная; б - котельная РМЦ

При конструировании фундаментов под оборудование без динамических нагрузок, но с большим тепловыделением (котлы, печи, вагранки) особое внимание уделяется мероприятиям, полностью или частично снижающим поступление тепла в грунт и обеспечивающим сохранение верхней границы мерзлых грунтов в основании. Фундаменты с большим выделением тепла могут явиться причиной изменения конфигурации чаши протаивания под зданием (рис. III-66). Если источники тепловыделения локальны, эти изменения носят местный характер; в противном случае при значительных по отношению к площади здания размерах фундамента под тепловыделяющий агрегат возможно повсеместное смещение границы чаши протаивания.

К числу конструктивных мероприятий, исключающих или ограничивающих поступление тепла от фундамента в грунт, относятся:

• расположение шанцев в верхней части фундамента непосредственно под оборудованием (рис. III-67 и III-68); обычно шанцы применяются в совокупности с другими мероприятиями;
  
  Рис. III-67. Фундамент под котел. 1 - бетонное основание 10 см; 2 - дощатый настил 5 см; 3 - ростверк из бруска; 4 - шанцы
  
  
  
  Рис. III-68. Фундамент под печь кирпичного завода. 1 - шанцы; 2 - теплоизоляция; 3 - железобетонное оболочное перекрытие; 4 - шлак; 5 - продуваемое подполье
  
  
• применение сквозных конструкций в надземной части фундамента в целях создания условий для обтекания воздушными потоками нижней поверхности тепловыделяющего агрегата (рис. III-67);
• охлаждение основания фундамента вентиляционными каналами (рис. III-69);
  
  Рис. III-69. Охлаждение основания вентиляционными каналами в здании котельной в Якутске (по П. И. Мельникову)
  
  
• устройство продуваемых подполий в фундаментах под всем зданием (рис. III-70).
  
  Рис. III-70. Фундамент под котел с проветриваемым подпольем в пос. Амдерма
  
  

Рис. III-71. Фундамент рамного типа. а - под локомобиль, со сплошной нижней плитой; б - под котел в виде отдельных башмаков

При необходимости увеличения высоты подполья (превращения его по существу в этаж) рациональным решением является рамная конструкция, нижняя опорная часть которой выполняется в виде плиты (рис. III-71, а) или отдельных башмаков (рис. III-71, б).

Рис. III-72. Фундамент под ванну сгущения. 1 - продуваемое подполье; 2 - супесь с галькой и гравием; 3 - деревянный ростверк; 4 - галечники

В практике довольно часто прибегают к расположению фундаментов ниже чаши протаивания - в мерзлом грунте или на скальном основании; при этом фундаменты выполняют в виде отдельных или спаренных столбов (рис. III-72) либо с применением свай-стоек, либо с расположением оборудования на перекрытии, опираемом на фундаменты под здание. В последнем случае в зависимости от веса оборудования и конструкции здания опорная часть может быть решена в виде арки (рис. III-73) или балки коробчатого сечения (рис. III-74).

Рис. III-73. Фундамент под оборудование в цехе электролита никеля

Если чаша протаивания имеет значительные размеры и мероприятий по ее ограничению не предусмотрено, но фундаменты приходится располагать в ее пределах, целесообразно применение свайного основания.

Рис. III-74. Фундаменты под трансформатор на балке коробчатого сечения