Виды железобетонных резервуаров и их конструктивные особенности

Конструкции емкостных сооружений должны обеспечивать возможность создания надежной изоляции их поверхностей, препятствующей, с одной стороны, вытеканию жидкости из емкости и, с другой стороны, проникновению в нее грунтовых вод. При этом отдельные элементы конструкции и все сооружение в целом должны быть запроектированы так, чтобы были обеспечены не только их прочность и устойчивость, но и необходимая трещиностойкость с учетом всех возможных воздействий и характера работы сопряжений между отдельными элементами конструкции.

Усилия проектировщиков и строителей железобетонных емкостей направлены на создание экономичных сооружений в целом, рациональных конструкций отдельных сборных элементов и сопряжений, на разработку совершенной гидроизоляции и создание условий для монтажа передовыми методами. Этим требованиям в наибольшей степени отвечают цилиндрические и прямоугольные сооружения, получившие преимущественное распространение. В нашей стране разработаны типовые проекты сборных железобетонных резервуаров для воды емкостью от 50 до 40 000 м3 и для нефти и нефтепродуктов емкостью от 1000 до 30 000 м3.

В результате анализа объемно-планировочных и конструктивных схем, проведенного совместно с проектными институтами, были разработаны габаритные схемы основных водопроводных и канализационных резервуаров, выполняемых из унифицированных изделий существующей номенклатуры. При этом прямоугольные водопроводно-канализационные емкостные сооружения были унифицированы с резервуарами для мазута, а цилиндрические резервуары для воды - с резевуарами для нефти и мазута.

Унификация позволила создать специализированные заводы для изготовления отдельных элементов и строительно-монтажные организации, занимающиеся возведением сборных емкостных сооружений.

В емкостных сооружениях целесообразно выполнять днища из монолитного железобетона, а остальные части (стены, колонны, балки, покрытие) - из сборных элементов. Водопроводно-канализационные сооружения: аэротенки, илоуловители, горизонтальные и вертикальные отстойники, аэрофильтры, приемные камеры теплой и охлажденной воды выполняются открытыми, также с монолитным днищем и сборными остальными элементами. Применение монолитной конструкции днища позволяет сократить номенклатуру сборных изделий и избежать необходимости делать ровное основание под плиты днища, а затем выравнивать их набетонкой поверху.

Наряду с этим Ленгипроинжпроект, Главленинградстрой и ленинградские заводы сборного железобетона разработали и внедрили в строительство полносборные водопроводно-канализационные сооружения: прямоугольные резервуары емкостью 20 тыс. м3, контактные осветлители размером 10,5х12х4 м, компонующиеся в блоки значительных размеров, сооружения сельскохозяйственного назначения небольшой емкости, цилиндрические радиальные отстойники. Применение шпоночных стыков между панелями стен наряду с высоким качеством внутренних поверхностей сборных элементов позволило отказаться от их железнения, ранее обязательного по санитарным нормам.

Ленинградским отделением Теплоэлектропроект и Севэнергостроем для тепловых электростанций разработаны полносборные прямоугольные универсальные резервуары, имеющие единый унифицированный ряд емкостей от 200 до 10 000 м3. Сборность этих сооружений достигает 84%, что позволило Сев-энергострою в течение последних шести лет соорудить в северо-западных областях страны около 30 резервуаров общей емкостью более 200 тыс. м3.

Строительство полносборных резервуаров требует выполнения наименьшего объема мокрых процессов, позволяя сооружать их круглогодично. Так, в резервуаре 10000 м3 объем бетона для замоноличиванйя стыков днища и стен составляет всего 86,7 м3 плиты днища монтируются на песчаную подготовку. Сборка такого резервуара может выполняться зимой, а замоноличивание - после оттаивания его основания.

Элементы прямоугольных и цилиндрических резервуаров работают по-разному, что сказывается на их конструкции. В первую очередь это относится к стенам сооружений. В стенах под влиянием наружного давления грунта и внутреннего давления жидкости, залитой в резервуар, возникают напряжения изгиба в вертикальной плоскости и растягивающие концевые напряжения в горизонтальной, которые могут вызвать раскрытие трещин. При раскрытии трещин в стене изоляция обычно также разрывается, и сооружение теряет герметичность.
Трещиностойкость цилиндрических резервуаров обеспечивается предварительным   напряжением   стеновых   панелей в вертикальном направлении при их изготовлении и навивкой на стену резервуара определенного числа горизонтальных рядов высокопрочной проволоки диаметром 5,5 мм. Предварительное напряжение в горизонтальных плоскостях по высоте стенки повышает жесткость сооружения в целом, делает его менее чувствительным к неравномерным осадкам основания. Натяжение проволоки осуществляется с таким усилием, чтобы с учетом возможных потерь предварительное напряжение в стенке при эксплуатационных нагрузках оставалось не ниже 8 кГ/см2.

Для газонепроницаемости нефтяных резервуаров выполняется дополнительное предварительное напряжение днища и покрытия путем навивки проволоки в несколько рядов.

В прямоугольных резервуарах стеновые панели работают как балочные плиты, жестко защемленные одним концом в днище и упруго защемленные с другой стороны в обвязочной балке, или как плиты, опертые по контуру.

Горизонтальные напряжения, возникающие в панелях, воспринимаются обвязочной балкой и передаются ригелям и диску покрытия.

Стыки панелей могут выполняться неармированными и слабоармированными. Предпочтение необходимо отдать неармированным, шпоночным стыкам. Прямоугольные и цилиндрические водопроводно-канализационные емкостные сооружения без покрытия имеют стенки, работающие как консоли, жестко защемленные в днище. Совместная работа и общая жесткость сооружения обеспечиваются устройством либо обвязочных балок (стык не армируется), либо равнопрочных панелям стыков с помощью петлевых выпусков (стык Передерия).

Общее предварительное напряжение прямоугольных сооружений затруднено, поэтому их жесткость ниже, чем у цилиндрических предварительно напряженных резервуаров, а чувствительность к просадкам оснований и температурным воздействиям выше.

В институте Гипрогидролиз разработан проект, по которому осуществлено строительство прямоугольного открытого сборного железобетонного пятисекционного резервуара с размерами в плане 5x21 м и высотой 5 м. Резервуар имеет монолитное днище и стенку из сборных предварительно напряженных двутавровых стеновых панелей. Особенностью этого резервуара является предварительное напряжение наружных стен, необходимость в котором возникла в связи с большими температурными воздействиями, так как жидкость, находящаяся в резервуаре, могла иметь температуру до 90°С. Температурные деформации воспринимаются предварительно напряженной арматурой панелей и дополнительной арматурой с наружной стороны резервуара. Стержни этой арматуры АН диаметром 16 пропускались через трубки в ребрах по концам панелей, установленные с шагом 300 мм, и закреплялись по концам стен, после чего с помощью специального приспособления их попарно стягивали, от середины стенки к краям; внизу и вверху стянутые стержни соединяли скобами. При создании в арматуре предварительного напряжения 2100 кГ/см2 трещиностойкость бетона была обеспечена. Защитное покрытие напряженной арматуры выполнено из торкрета на сульфатостойком цементе. Такая же изоляция сделана и с внутренней стороны.

Во всех случаях сборные стены, а в полносборных сооружениях и панели днища выполняются из гидротехнического бетона марок 200, 300, по водонепроницаемости В4, В6 и по морозостойкости Мрз 100, 150.

Предварительное напряжение цилиндрических резервуаров, выполняющееся навивкой на них высокопрочной проволоки или электротермическим нагревом стержней арматуры, закрепленных с наружной стороны стенки, связано с последующей антикоррозионной защитой арматуры, которая выполняется нанесением слоя торкрета толщиной не менее 25 мм (рис. 1).

 


Рис.  1 - Антикоррозионная наружная изоляция  стеновых панелей слоем торкрета


Устройство дополнительной изоляции, являющееся к тому же мокрым процессом, естественно, увеличивает продолжительность и трудоемкость возведения цилиндрических резервуаров.  В этой связи представляют интерес цилиндрические резервуары, герметичность которых обеспечивается без обжатия. Примером подобного решения могут служить построенные в ряде городов Грузинской ССР резервуары для воды емкостью 6 500 м3.

Соединение стеновых панелей в этих резервуарах осуществляется с использованием самозаклинивания панелей в стыках. Днища резервуаров выполняются из монолитного железобетона в виде блюдца глубиной 1,4 м, с пазом по контуру для установки стеновых панелей, которые имеют высоту 4 м, а ширину 4,7 м. Стык между панелями заполняется бетоном, при этом для контроля заполнения, создания прочной связи и обеспечения совместной работы наружных и внутренних панелей в них устраивается окно, расположенное посередине высоты стыка. Покрытие резервуара выполняется в виде купола диаметром 38 ж и стрелой подъема, равной 2-3 м.

Повышение герметичности резервуаров может быть достигнуто и другим конструктивным приемом - созданием сжатых стыков. Этот прием был впервые применен в резервуарах, предложенных С. И. Изаксоном в 1947г.

Технические решения резервуаров со сжатыми стыками были разработаны в 1965 г. совместно институтами Союзводоканалпроект, ЦНИИПромзданий и НИИЖБ. В проекте резервуара этого типа емкостью 250 м3 днище решено монолитным, толщиной 120 мм и диаметром 10,2 м, с контурным пазом для стеновых панелей, выполненных в виде армоцементных цилиндрических оболочек с сегментными ребрами по торцам. Высота панелей 3,6 м, ширина 2,0 м, толщина 50 мм.

Сооружение меньшего по объему резервуара (50 м3) подобного типа было выполнено с применением оригинального принципа обжатия стенок и стыков кольцевой арматурой. После монтажа скорлуп выпуклой стороной внутрь емкости, снаружи устанавливается кольцевая арматура, а внутри в углублениях между панелями закрепляются мешки, наполняемые водой, в результате чего арматура получает предварительное натяжение. Мешки удерживаются в указанном положении с помощью специального приспособления до тех пор, пока бетон, уложенный в стыки между скорлупами, не приобретет 75% прочности, после чего они убираются. В США подобного типа резервуар для воды емкостью 27 000 м3 построен в штате Нью-Мексико. В этом резервуаре, имеющем диаметр 61,2 м, сборная стенка выполнена из скорлуп высотой 5,5 м и шириной 2,4 м. Стыки между панелями герметизированы с внутренней стороны мастикой из полисульфидного каучука (тиокола), а с наружной стороны закрыты жесткими полихлорвиниловыми прокладками.