Реконструкція збірного залізобетонного резервуара

У практиці будівництва є певний досвід, пов'язаний з реконструкцією підземних резервуарів зі збірного залізобетону. Особливості реконструктивних робіт розглянемо на прикладі реконструкції залізобетонного резервуара №4 ЛПДС “Полоцьк” (Республіка Бєларусь).

Резервуар був побудований в 1962 р і призначений для зберігання нафти. Зовнішній діаметр резервуара 66 м, висота стіни 9,3 м, проектний рівень наливу нафти 8,8 м. Днище виконане з монолітного залізобетону товщиною 0,1 м, покладеного на бетонну основу такої ж товщини. Стіна зібрана з панелей шириною 2 м, змінної товщини - від 0,26 м у підставі до 0,1 м угорі. На відмітці 9,0 м із внутрішньої сторони по всьому периметру стіни є виступ для обпирання плит покриття (рис.6.7). Покриття виконане зі збірних залізобетонних, попередньо напружених плит розміром 6х3 м. Плити покладені в 5 рядів на систему кільцевих балок, що опираються на колони із кроком у радіальному напрямку 6 м. У центрі покриття розташовані чотири колони, об'єднані вгорі спеціальною опорною плитою.

Днище має попереднє обтиснення, отримане шляхом навивки на зовнішню сторону стіни сталевого дроту діаметром 5мм із зусиллям 2450 кН. Усього навито 540 витків, розташованих в 6 рядів. Стінка по всій висоті обтиснута таким же дротом зі змінним кроком від 10 до 67 мм.

Покриття обтиснуте шляхом навивки на зовнішню сторону стінки 300 витків дроту в 3 ряди із сумарним зусиллям у тангенціальному напрямку 7360 кН. Попереднє обтиснення забезпечило високу тріщиностійкість несучих залізобетонних конструкцій і виключило роботу стінки на розтягання при дії кільцевих напружень. Герметичність покриття досягалася створенням у теплу пору року на його поверхні шару води висотою 0,1 м.

Рис. 6.7 − Конструктивне рішення резервуару до реконструкції

При обстеженні було встановлено:

• 
  днище перебуває в задовільному стані, відновленню підлягає шар стяжки товщиною 10…20 мм;
  
• 
  стан стіни й дроту, що її обтискує, у загальному задовільний. Однак в області вертикальних стиків між панелями із внутрішньої сторони є відшарування торкрет-бетону й часткове руйнування бетону стиків на четвертій частині всіх стиків;
  
• 
  конструкції покриття (кільцеві балки й плити) перебувають у незадовільному стані й ремонту не підлягають. На балках на великій довжині оголилася й сильно прокородувала робоча арматура. Через циклічний вплив процесу заморожування - відтавання насичене водою перекриття в багатьох місцях розсипалося на щебінь і розчин. Плита покриття, що складається з обтиснутих окремих плит (панелей), фактично повністю втратила працездатність і перебуває в аварійному стані;
  
• 
  на опорах є значні пошкодження балок й оголовків колон. За результатами обстеження, ИЕС ім. Е.О.Патона розробив технічні рішення для відновлення працездатності стінки й покриття резервуара й здійснив авторський нагляд за виконанням всіх будівельних робіт. Було рекомендовано: відновити працездатність стінки шляхом ремонту місць відшаровування торкрет-бетону за спеціальною технологією; розробити проект, виготовити й змонтувати нове покриття. Запропоновано відновити балкову клітку із прокатних сталевих профілів з використанням існуючих колон, а замість залізобетонних плит змонтувати сталеві панелі покриття з максимальним збереженням існуючої розмірної сітки.
  

З огляду на те, що навивку дроту на верхню частину стінки здійснювали безпосередньо після замонолічування усіх швів між плитами покриття і, що обтиснення покриття відбувалося під дією зусиль всіх 300 витків, знімати при демонтажі більше 50% витків не рекомендується, тому що це може призвести до появи пружного відскоку обтиснутої частини стінки й до перевантаження витків, що залишаються. Тому було запропоновано зняти 100 витків - третю їхню частину - і встановити із зовнішньої сторони стінки на відмітці 8,62 м додаткове залізобетонне кільце шириною 1 м і товщиною 0,2 м. Спеціальну арматуру кільця пропустили через вертикальні шви між панелями стінки, що забезпечило їх надійну спільну роботу. Кільце виконували з монолітного бетону до початку видалення частини витків. Після досягнення бетоном 50%-ної проектної міцності видалили 100 витків, при цьому залізобетонне кільце одержало обтиснення й утворило єдину конструктивну систему кільце-стінка. Треба відзначити, що навіть після тривалого строку експлуатації резервуара дріт навивки мав проектне зусилля натягу й демонтаж вимагав великої обережності.

По завершенні робіт із забезпечення стійкості стінки повністю демонтували залізобетонне покриття й почали монтаж нового сталевого покриття. Проект нового покриття передбачав виготовлення всіх конструкцій із застосуванням прокатних профілів. Необхідний ухил покриття (і=1:100 від центра) досягався за рахунок різної висоти кільцевих балок на опорах кожного ярусу. При такому рішенні всі щити покриття були плоскі й не мали чіткої фіксованої поверхні опирання, що створювало гарні умови при їхньому монтажі. З огляду на поганий стан верхньої частини залізобетонних колон, на них установлювали надколоники у вигляді сталевих плит товщиною 20 мм із виводом верхньої поверхні плит на одну відмітку шляхом додавання розчину з наступною приваркою плит до робочої арматури колон.

Кільцеві балки, що складаються з двох спарених двотаврів, у кільцевому напрямку з'єднували між собою за розрізною схемою, а верхні пояси в горизонтальній площині з'єднували болтами, щоб утворити замкнуте кільце для сприйняття горизонтальних сил тертя при температурних деформаціях покриття. Всі щити покриття укладали на кільцеві балки без кріплення. Зварений у єдине ціле сталевий настил щитів товщиною 5мм утворив горизонтальний верхній диск з радіальними температурними переміщеннями до 20 мм. Для забезпечення герметичності резервуара з урахуванням температурних переміщень було прийнято наступне конструктивне рішення. На верхній частині стінки встановили сталевий бандаж перерізом 400х100 мм із зазором у середньому 20 мм. Зазор заповнювали розчином на розширюючим цементі, що забезпечувало герметичність його кріплення до стінки. Сталевий настил перекривав верхній торець стінки на 50…60 мм. Потім приваркою спеціальних гнутих елементів виконували герметизацію простору між настилом покриття й бандажем стінки.

З огляду на наявність внутрішнього надлишкового тиску 200 мм вод. ст., його необхідно було зрівноважити масою щитів і привантажів. При масі 1м² щита 71 кг поверх настилу насипали ґрунт висотою до 200 мм, маса якого з урахуванням маси щита дозволила зрівноважити надлишковий тиск. Разом з тим такий шар ґрунту дозволив зберегти існуючу пожежну категорію резервуара.

Антикорозійний захист верхньої сталевої поверхні настилу здійснювали шляхом нанесення двох шарів спеціального праймера з укладанням одного шару євроруберойду, армованого склотканиною. Знизу на поверхню покриття за спеціальною технологією наносили захисний шар покриття фірми “Йотун” (Норвегія).

На рис 6.8 показане покриття у процесі монтажу.

Ремонт вертикальних стиків між стіновими панелями виконували в наступній послідовності. Спочатку зачищали поверхню панелей, що примикають до зони стику, потім пристрілювали спеціальні сталеві сітки необхідної ширини й після цього наносили торкрет-бетон.

Рис. 6.8 − Монтаж сталевого покриття резервуара

Надалі внутрішню поверхню всіх вертикальних стиків покривали захисним шаром.

До особливого різновиду монтажних робіт, що практично не зустрічається при зведенні нових будівель і споруд, слід віднести роботи з вивішування конструкції. Під вивішуванням конструкцій розуміють сукупність операцій, які здійснюють з метою повного зняття діючих навантажень, переданих конструктивним елементом, який вивішують, на несучі конструкції роз'єднанням вузлових сполучень останніх. Ці роботи відносяться до найбільш складних, тому що їх завжди виконують в умовах обмеженого внутрішньо-цехового простору, в цехах, які працюють часто в безупинному режимі; їх практично завжди супроводжує комплекс робіт з посилення конструкції, яку вивішують, у зв'язку зі зміною її розрахункової схеми роботи; їхнє виконання вимагає спеціального технологічного оснащення і пристроїв, що виготовляються силами монтажних організацій; у процесі провадження робіт необхідно передбачати заходи щодо забезпечення просторової стійкості каркаса. Проте застосування методів вивішування конструкцій дає великий позитивний ефект, тому що дозволяє виконати необхідні проектом роботи з перебудови окремих конструктивних елементів без розбирання вище розташованих.

При реконструкції одноповерхових промислових будинків вивішування елементів виконують при заміні, посиленні або перебудові колон і фундаментів. Для розвантаження фундаментів вивішують колони з усіма вище розташованими конструкціями. Перелік елементів, які вивішують для розвантаження колон, залежить від характеру реконструкції. Так, при перебудові підкранових частин колон в одних випадках досить вивісити підкранові балки, в інших додатково вивішують і конструкції покриття; при перебудові надкранових частин вивішують тільки покриття.

Незалежно від виду конструкцій, які вивішують, і способів виконання операцій необхідно дотримуватися наступних умов:

• 
  можливість використання методу, а також сукупність конструктивних і технологічних заходів щодо посилення конструкцій, які вивішують, забезпечення просторової стійкості каркаса цеху визначається конструктивними розрахунками проектної організації, яка розробила проект реконструкції, за вихідними даними організації, яка розробляє проект виконання робіт;
  
• 
  на час провадження робіт у межах ділянки, обумовленої проектною організацією, забороняють роботу електромостових кранів, а також обмежують або припиняють роботу технологічного устаткування, що передає на ґрунт або будівельні конструкції динамічні впливи;
  

• 
  гранично можливий зазор між елементом, який вивішують, й несучим визначає розрахунком проектна організація, яка розробила проект реконструкції;
  
• 
  тимчасове технологічне оснащення і пристрої виготовляють за кресленнями організації, які розробила ПВР, і випробовують до початку виконання робіт;
  
• 
  тимчасові підтримуючі опори, а при необхідності й конструкції, які вивішують, щоб уникнути зсуву надійно закріплюють тимчасовими розтяжками; забезпечують надійне сполучення конструкцій, які вивішують, з тимчасовими підтримуючими;
  
• 
  під час виконання робіт установлюють постійний геодезичний контроль за просторовим положенням конструкцій цеху;
  
• 
  роботи виконують під керівництвом і постійним контролем інженерно-технічного працівника.
  

На колоні попередньо закріплюють упорні столики або наддомкратні балки, а на поверхні фундаменту влаштовують основу під домкрати (сталевий лист, шпальна клітка, закрита сталевим листом). Між підготовленою основою і наддомкратною упорною конструкцією встановлюють парне число гідродомкратів (2, 4, 6 - залежно від конструктивного рішення стовбура колони, діючих на неї навантажень і вантажопідйомності домкратів), роботу яких синхронізують, підключаючи їх до однієї насосної станції. До початку підйому колону тимчасово розкріплюють для забезпечення стійкості чотирма діаметрально розташованими розчалюваннями, встановлюючи при цьому інструментальний контроль за зусиллями в них, які повинні бути рівними. Після цього колону звільняють від фундаменту, згвинчуючи гайки з анкерних болтів таким чином, щоб перевищити розрахункову висоту підйому на 15...20 мм, і гідродомкратами здійснюють її підйом. У міру утворення зазору між фундаментом і колоною його заповнюють сталевими прокладками, а на шток домкратного поршня встановлюють стопорні півкільця. Колони піднімають на висоту, що перевищує розрахункову на 10...15 мм, після чого вивіряють її положення, закріплюють прокладки (або заміняють їх спеціальною вставкою). Опускаючи поршні домкратів, переопирають колону на прокладки, закріплюють гайками анкерних болтів, забирають домкрати, знімають розчалювання й упорні конструкції, раніше встановлені на колонах.

При необхідності підйому декількох послідовно розташованих колон ці операції виконують поетапно ступенями, домагаючись рівномірного вирівнювання просівшої групи колон. Якщо не вдається встановити домкрати безпосередньо на фундамент (недостатні розміри, необхідність посилення фундаменту), їх спирають на піддомкратні балки, покладені на спеціально підготовлену основу. Залежно від конкретних умов і мети вивішування основа може бути виконана у вигляді шпальних кліток, окремих стовпчастих фундаментів, а також фундаментів на коротких забивних або набивних палях.

У випадку, якщо проектом реконструкції передбачена заміна існуючого фундаменту, а також при наявності в зоні колони слабких ґрунтів, каналів, підземних споруд і комунікацій, вивішування здійснюють за допомогою порталів (рис.6.9, б, в). При цьому залежно від характеру перебудови фундаменту й конструктивного рішення колони, що вивішується, можуть бути використані низькі й високі портали. Низькі застосовують, коли роботи з реконструкції каркаса пов'язані із заміною або посиленням існуючого

Рис. 6.9 − Вивішування колон:

2 − колона, яку вивішують; 3 − розчалювання; 4 − наддомкратний опорний пристрій;

5 − домкрат; 6 − основа під домкрат; 7 − фундамент; 8 − низький портал; 9 − основа під портал; 10 − високий портал; 11 − обвідний блок; 12 − поліспаст; 13 − лебідка; 14 − жорстка підвіска; 15 − жорстка підпірка.

фундаменту, високі - при необхідності перебудови бази колони або її підкранової частини. При використанні низьких порталів як піднімальний пристрій застосовують гідродомкрати, високих - гідродомкрати або поліспасти з лебідками. Портали являють собою жорстку просторову конструкцію, яка сприймає всі монтажні й робочі навантаження від ділянки каркасу цеху, що вивішують. Вони складаються з чотирьох опор, об'єднаних у верхній частині балковою системою з несучих і зв’язуючих елементів, що утворюють робочу площадку. Піддомкратні балки або балки для кріплення поліспастів можуть бути як елементами робочої площадки, так і самостійними, що укладають зверху робочої площадки. У зв'язку з тим, що портали використовують у тих випадках, коли конструкції каркасів залишаються вивішеними на весь строк перебудови фундаментів і нижніх частин колон, тобто відносно тривалий час, їх установлюють і закріплюють на фундаментах, які влаштовують спеціально, а вивішену колону переопирають на портал і жорстко кріплять до нього. Після виконання робіт з переопирання вантажопідйомні пристрої (гідродомкрати, лебідки) звільняють від навантаження.

Переопирання колони, яку вивішують, можна здійснювати також на існуючі суміжні колони цеху, які зберігають на період провадження робіт у проектному положенні. Для цієї мети використовують похилі жорсткі підвіски й підпірки коробчатого, трубчастого або ґратчастого типу (рис.6.9, г, д). Для зручності виконання робіт їх конструюють таким чином, щоб кут зчленування підвіски з існуючою колоною, а підпірки - з тією, яку вивішують, давав можливість їх тимчасового шарнірного з'єднання. Постійне закріплення підпірок і підвісок до конструкції, яку вивішують і існуючих, рекомендується здійснювати на високоміцних болтах, тому що останні утворюють надійне зсувостійке рознімне з’єднання. Оскільки в розглянутому варіанті вивішування навантаження передають на існуючі конструкції каркасу цеху, пристрій для підйому вибирають найбільш простий й вигідний в конкретних умовах провадження робіт, - гідродомкрати, установлені безпосередньо на фундамент або піддомкратні балки. Роботи виконують у наступному порядку. На колонах, які вивішують, й суміжних, що зберігаються у проектному положенні, закріплюють елементи, які формують вузол сполучення з підвісками або підпірками, а на колоні, яку вивішують, додатково закріплюють упорні піддомкратні конструкції. За допомогою поліспаста, лебідки й відвідних блоків здійснюють підйом шарнірно-з’єднаного вузла підвіски й підпірки й тимчасове (шарнірне) його кріплення до колони. Потім готують основу під гідродомкрати, установлюють їх і розчалюють колону, що вивішують. Після цього роз'єднують вузол її сполучення з фундаментом і піднімають гідродомкратами на розрахункову висоту, рівну призначуваному зазору між колоною й фундаментом, сумарну з осіданням колони, яку вивішують, після передачі навантаження на підвіски або підпірки. За допомогою поліспаста, лебідки й відвідних блоків піднімають вільний кінець підвіски (підпірки), суміщають отвори у вузловому сполученні й установлюють за прийнятою технологією високоміцні болти, ретельно контролюючи їхній натяг. Після проектного закріплення вузлів плавно опускають поршні домкратів.

Вивішування підкранових балок здійснюють при необхідності посилення підкранових гілок колон, реконструкції їхніх оголовків або опорних частин підкранових балок, відновлення проектного положення, порушеного в результаті нерівномірного осідання фундаментів колон, установки підкранових балок на новий висотний обрій. При вивішуванні підкранових балок використовують методи підйому й витискання з переопиранням на тимчасові опори - підвіски, які закріплюють до колон, підкроквяних або кроквяних ферм; тимчасові монтажні столики та ін.

Підйом підкранових балок залежно від характеру й ступеня стислості монтажної зони, наявності вантажопідйомних механізмів, а також несучої здатності конструкцій покриття можна виконувати самохідними стріловими кранами, підвісними кранбалками, тельферами, монтажними щоглами й стрілами, поліспастами й лебідками, мостовими кранами вище розташованих ярусів або спеціально переустаткованими монтажними балками, встановленими на покрівлі цеху, та ін. До початку підйому підкранових балок стики рейок роз'єднують, а кріплення послабляють. Підкранові балки середніх рядів піднімають блоками - дві підкранові балки, зв'язки, гальмовий настил і рейки. Витискують підкранові балки за допомогою гідродомкратів і тимчасових опорних пристроїв; просторових А-подібних порталів шляхом стягування їхніх опор (рис.6.10), а також за допомогою спеціального пристрою (змінного устаткування) на гусеничному стріловому крані. У якості тимчасових опорних пристроїв використовують стояки трубчастого або ґратчастого перерізу, а також просторові опори. При використанні стояків роботи ведуть у такий спосіб. На спеціально підготовлену основу (самостійний фундамент, шпальна клітка, пакет сталевих балок) за допомогою лебідки й поліспаста встановлюють опорний стояк й розкріплюють його вгорі й внизу розтяжками (рис. 6.10, а). Гідродомкратами, які установлені на основі, піднімають стояк до дотику його верху з підкрановою балкою й тимчасово їх з'єднують. Потім роз'єднують вузол сполучення підкранової балки з колоною й суміжною підкрановою балкою і продовжують підйом на розрахункову висоту, заповнюючи одночасно підкладками зазор, що утвориться, між стояками й основою. У разі, якщо в середніх рядах колон здійснюють підйом блоку підкранових балок, то опорний стояк встановлюють по його поздовжній осі, і виконують його сполучення із блоком за допомогою поперечних упорних балок, які вварюються між двома підкрановими. Як інший варіант можна також використати стояк, обладнаний у верхній частині поперечною балкою з підкосами, на яку спирають нижній пояс підкранової балки, яку вивішують.

Рис. 6.10 − Вивішування підкранових балок:

Відмовитися від застосування гідродомкратів і спростити процес переопирання підкранової балки, яку вивішують, дозволяє використання А-подібних просторових порталів, що поєднують функції тимчасового опорного і витискуючого пристроїв (рис.6.10, в). Портал складається з ригеля із двома парами щік на кінці й двома парами стояків, верхні кінці яких заведені між щоками й шарнірно з'єднані між собою й ригелем. Нижні кінці стояків оснащені лижеподібними опорними частинами, а самі стояки попарно з'єднані стяжними пристроями. Портал установлюють на металевий лист або на відрізки швелерів, поверхня яких може бути змащена для зменшення сил тертя між основою й опорами порталу. Процес витискання балки складається з двох етапів. На першому встановлюють портал; стягуючи стояки, підводять ригель до зіткнення з низом підкранової балки й виконують тимчасове їхнє з'єднання. На другому − роз'єднують вузол сполучення із суміжною балкою, від'єднують балку, яку вивішують, від колони, і, стягаючи стійки, витискують балку на розрахункову висоту.

Д
б

омкрати й тимчасові опори встановлюють тільки у вузлах ферм, які для виключення можливості пошкодження в місці опирання підлягають посиленню, а в деяких випадках заміні на нові зі зміною конструкції грати ферми. Вузли переопирання кроквяних ферм на тимчасові вибирають таким чином, щоб знаки розрахункових зусиль в елементах ферми, яку вивішують, не змінилися на зворотні.

а

в

г

2

1

2

3

3

2

3

2

3

Рис. 6.11 − Вивішування кроквяної ферми:

1 − просторова опора; 2 − гідродомкрат; 3 − робоча площадка