חקר מקרה - חיזוק מיכל חומר מסוכן

קייס סטאדי: חיזוק מיכל חומר מסוכן שלא ניתן להפסיק את פעילותו במסגרת חיזוק מפעל

• הלקוח: מפעל כימיקלים גדול בדרום הארץ

• חברת הביצוע: בנין הארץ

חיזוק מפעלי חומרים מסוכנים מפני רעידות אדמה הוא משימה מסובכת המורכבת מאתגרים רבים שיש לפתור, לבטח כאשר שמדובר במפעל שהעבודה בו חייבת להימשך מסביב לשעון. מקרה בוחן זה מהווה דוגמא מתוך תהליכי העבודה מתוכה אפשר לגזור תובנות וכלים רבים כגון שילוב של טכנולוגיות מתקדמות של הנדסה אזרחית, חשיבה יצירתית ומציאת פתרונות "מחוץ לקופסא".

בכתבה זו נעסוק באחד המצבים הנפוצים בחיזוק מפעלי חומ"ס: המפגש בין התוכניות ההנדסיות לבין השטח. במקרה זה,

התגלה כי מיכל גדול של חומר מסוכן המשמש באופן רציף לצרכי המפעל נמצא בסמוך מאוד למתווה החיזוק המתוכנן. במקרה כזה, נדרשת לכאורה עצירת פעילות המיכל, והמשמעות היא עצירה של הייצור בכלל לחודשים ארוכים. כיצד מתמודדים עם אתגר כזה, מבלי לגרום לעצירה של הייצור? התשובות בכתבה זו.

רקע: יסוד עובר שתוכנן סמוך מדי למיכל

אחד התאגרים המורכבים בפרויקט חיזוק של מפעל,  הוא הדרישה – והצורך – להימנע ככל האפשר מהפרעה לעבודתו הסדירה, או השבתתו מייצור.

במקרה הבוחן שלפנינו, במפעל כימיקלים גדול בדרום הארץ העושה שימוש בחומרים מסוכנים, תוכננה תוכנית לחיזוק רכיבים מבניים באתר בפני רעידות אדמה – בהתאם לתוכנית המתאר הארצית תמ"א 40/ב', העוסקת בשיפור עמידות של מתקנים הכוללים חומרים מסוכנים בפני רעידות אדמה. משך הזמן הכולל שתוכנן לביצוע עבודת החיזוק במתקן היה ארבעה חודשים.

אך  כאשר צוות הביצוע של "בנין הארץ", הכולל מהנדס ומנהל פרויקטים, הגיע לאזור העבודה, התגלה כי  אחד היסודות העוברים החדשים, יסוד שנמשך לאורך קו שמעליו נבנה קיר נושא,  תוכנן בסמוך למיכל גדול – בגובה של חמישה מטרים וברוחב של שניים וחצי מטרים – המכיל חומר מסוכן בשם "טולואן" או "מתיל בנזן" - כימיקל רב עוצמה המשמש לצרכים תעשייתיים שהחשיפה אליו מסוכנת.

למעשה, תוכנן היסוד העובר להגיע למרחק של כ-30 סנטימטרים בלבד מקצה המיכל. מיכל הטולואן ניצב על רצפת בטון מעל אדמה חולית, ולהערכת אנשי המקצוע - חפירת היסוד בסמוך למיכל תגרום לקריסה של האדמה שמתחת למיכל, שתוביל לקריסה של המיכל. התעורר צורך מיידי למצוא פתרון לעבודות החיזוק, תוך מניעה של השבתת העבודה במפעל.

הפתרונות שנשקלו:

בעבודה משותפת של אנשי "בנין הארץ" מול הנהלת המפעל גובשו מספר פתרונות אפשריים:

1. ריקון המיכל למיכל חלופי: נשקלה האפשרות של ריקון מיכל הטולואן לתוך מיכלית שתוצב בתוך המפעל ותאפשר גישה רציפה למיכל בזמן העבודות, ובכך לאפשר לייצור להימשך תוך כדי עבודות החיזוק. אך אפשרות זאת הולידה מספםר בעיות:

•  נגישות בעייתית - מדובר במיכל הנמצא בתוך מבנה, ועל מנת להגיע עד אליו עם משאית, יהיה צורך בהעתקה של מתקנים אחרים ממקומם.
• הפרעה לדרכי הגישה - משאית שתוצב דרך קבע בסמוך למתקן תפריע לדרכי הגישה ולמעבר התקין בין המתקנים במבנה.
• עלויות תפעול - להקצאת משאית לביצוע הפעולה יש מחיר כלכלי יקר עקב הצורך להשבית את המשאית לתקופה של ארבעה חודשים שבהם לא נעשה בה שימוש כמשאית.

2. תמיכה חיצונית למניעת קריסה: על מנת לספק תמיכה חיצונית שתחזיק את המיכל במקומו במקרה של קריסת הקרקע שתחתיו נשקלו שני פתרונות:

• הבאת מנוף והצבתו בתוך המבנה אשר יעגן את המיכל למקומו במקרה של קריסת הקרקע תחתיו.
• בניית קונסטרוקציית פלדה סביב המיכל אשר תספק לו תמיכה חיצונית במקרה של קריסת הקרקע תחתיו.

פתרונות אלה, המתאימים מבחינה הנדסית, נשללו משום שהן הצבת מנוף והן בניית הקונסטרוקציה יתפסו נפח רב במבנה, יגבילו את דרכי הגישה בתוך המפעל ואת הנגישות למיכל עצמו, ויפריעו לפעילות השוטפת במפעל.  

הפתרון הנבחר - ביסוס בעזרת מיקרו-כלונסאות

הפתרון הנבחר היה מניעת קריסה של המיכל, אך לא בעזרת תמיכה חיצונית מסורבלת.  בעזרת  ביסוס של מיקרו-כלונסאות שנקדחו לעומק של 2.5 מטרים ויצרו קיר תמך תת קרקעי היקפי נמנעה קריסת הרצפה עם המיכל שעליה ובנוסף, נוצרה  הפרדה בין חפירות ביסוס היסוד ובין המיכל עצמו.

שרטוט: תוכנית קיר הכלונסאות לתמיכה תת-קרקעית של מיכל החומרים המסוכנים

כלונסאות הן עמודים מבטון מזוין, הנוצקים לקרקע בחלקם התחתון - ובחלקם העליון מחוברים ליתר יסודות המבנה. תפקידן של הכלונסאות הוא לקבע את המבנה לקרקע ולתמוך בעומסים שונים הקשורים בקרקע.  

קיר התמך התת-קרקעי התבסס על יציקת 11 כלונסאות במרחק 25 סנטימטרים זו מזו, כאשר כל כלונס כלל:

1. קידוח בקוטר של 8 צול לעומק של 250 סנטימטרים.
2. לתוך כל קדח הוחדר צינור פלדה בעובי 6 צול באורך של לפחות 300 סנטימטרים (כ-50 סנטימטרים הוחדרו לאדמה מקצה הקדח).
3. לתוך כל צינור פלדה הוחדר ברזל מצולע 25 מילימטרים באורך 300 סנטימטרים.
4. לאחר החדרת הברזל נוצק הכלונס כולו בדייס - תערובת דלילה של בטון מעורב בחצץ ובמים המשמשת ליציקת יסודות.
5. באופן זה נוצר כלונס מבטון מזוין - חומר מרוכב חזק במיוחד בעל כושר התנגדות גבוה לסוגים שונים של מאמצים.
6. בסמוך לשפת המיכל נמצאת תעלה ברוחב של 45 סנטימטרים ובעומק של 25 סנטימטרים המשמשת להזרמת חומרים במפעל - לרוחב התעלה לא נוצקו כלונסאות על מנת שלא להפריע בשום שלב לפעולת התעלה.

שרטוט: חתך ממבט על של מיכל החומר המסוכן וקיר המיקרו-כלונסאות

משך הזמן שלקח לביצוע קיר הכלונסאות היה שבוע, שאחריו המשיכו העבודות לחיזוק המבנה כמתוכנן.

סיכום

הפתרון שנבחר לחיזוק מיכל החומר המסוכן - ביסוס קיר כלונסאות תת-קרקעי תומך, מנע השבתה של המיכל ועצירת הייצור כתוצאה מכך, תוך כדי שדרכי הגישה למיכל והמתקנים האחרים במבנה לא הופרעו, כמו כן, היה זה פתרון מהיר ליישום ויעיל כלכלית, זול יותר מפתרונות אחרים שהוצעו. ביצוע קיר הכלונסאות אפשר את המשך העבודות לחיזוק המבנה מפני רעידות אדמה, שנמשכו 4 חודשים.

למעשה, מבט כולל של הקבלן המבצע, וקשר הדוק בינו ובין מנהלי המפעל והמהנדס המתכנן, יביא לאיתור האתגרים בביצוע תוכניות החיזוק. קבלן מבצע המומחה בעבודות מורכבות חייב להיות מיומן הן בזיהוי האתגרים שצצים בשטח, והן במציאת פתרונות שמצד אחד מספקים את הצורך ההנדסי, ומצד שני מאפשרים המשך תפקוד של המפעל במינימום הפרעה.