Охлаждающая подсыпка. Назначение. Конструкция.

Система не требуют затрат электроэнергии, автоматически действует за счет силы тяжести и положительной разницы температур между грунтом и наружным воздухом, при необходимости конструкцией предусмотрено подключение к компрессорно-конденсаторному агрегату без смазки цилиндров - компрессору. Надежность работы системы достигается за счет 200% резервирования и размещения охлаждающих труб в мерзлом грунте.

С помощью гидрозатвора осуществляется однонаправленное движение теплоносителя в системах. Трубы – охлаждающие и соединительные – служат для циркуляции теплоносителя и замораживания грунта. Охлаждающие трубы размещаются в подсыпке с расчетным шагом и имеют длину до 500 м.

Оттаивание вечномерзлых грунтов. Цели. Область применения.

Оттаивание вечномерзлых грунтов следует применять при наличии в основании скальных или других малосжимаемых грунтов, деформации которых при оттаивании не превышают предельно допустимых значений для проектируемого сооружения, при несплошном распространении вечномерзлых грунтов, а также в тех случаях, когда по технологическим и конструктивным особенностям сооружения и инженерно-геокриологическим условиям участка при сохранении мерзлого состояния грунтов основания не обеспечивается требуемый уровень надежности строительства.

Для оттаивания вечномерзлых грунтов используют электропрогрев, гидрооттаивание и паровые иглы. Применение последних хотя и обеспечивает максимальную скорость оттаивания, однако вызывает в некоторых случаях дополнительное увлажнение грунтов, что иногда оказывает неблагоприятное влияние на их свойства. Оттаявшую толщу грунта, как правило, уплотняют.

При оттаивании вечномерзлых грунтов применяются два метода устройства оснований и фундаментов: постепенного оттаивания грунтов в процессе эксплуатации сооружений и предварительного искусственного оттаивания вечномерзлых грунтов (при необходимости с уплотнением, закреплением или заменой оттаявших грунтов) до возведения сооружений.

Способы оттаивания грунтов.

1 способ – «Сверху вниз»: этот способ — наименее эффективный, так как источник тепла в этом случае размещается в зоне холодного воздуха, что вызывает большие потери тепла. В то же время этот способ достаточно легко и просто осуществить, он требует минимальных подготовительных работ, в связи с чем часто применяется на практике.

Горизонтальными ТЭНами: Оттаивание мерзлых грунтов методом радиального и глубинного прогрева ведут с помощью электрических игл различных конструкций и трубчатых электронагревателей (ТЭНов). Иглы изготовляют из стальных труб диаметром 42-60 мм длиной 1,2-1,5 м, а ТЭНы из труб диаметром 12 мм и длиной 1,35 м. Внутри них устанавливаются электроспирали. Иглы и ТЭНы забивают в грунт и по ним пропускают электрический ток.

Химический способ: Сущность его заключается в том, что сначала на поверхности оттаиваемого грунта нарезаются неглубокие борозды во взаимно перпендикулярных направлениях. В местах пересечения борозд в грунт погружают стальные электроды, а сами борозды заполняют раствором соли. В результате таких мероприятий происходит разогрев грунта двумя встречными потоками: снизу вверх за счет разогрева талого грунта и сверху вниз за счет выделении тепла при прохождении электрическим током слоя раствора соли. Основной недостаток разогрева мерзлого грунта вертикальными электродами – трудоемкость операции по бурению скважин.

Способ электроразогрева основан на оттаивании грунта электродами и нагревателями.При применении электродов электрический ток пропускают через разогреваемый материал, в результате чего он приобретает положительную температуру. Основными техническими средствами являются горизонтальные или вертикальные электроды.

2 способ – Радиальный: Тепло распространяется в грунте радиально от вертикально установленных прогревающих элементов, погруженных в грунт.

Трубчатые электронагреватели представляют собой стальные бесшовные трубы диаметром 13-25 мм, внутри которых на изоляторах помещают нихромовые спирали. Пространство между стенками трубки и спиралью заполняют прессованным порошком плавленой окиси магния. Последний хорошо проводит тепло, обладает жаростойкостью и высоким электрическим сопротивлением.

Коаксиальные нагреватели: представляющие собой две трубы разного диаметра. Пространство между трубами заполняют кварцевым песком (Si0₂). С одного конца трубы заварены, а с другого имеют контактные пластины, необходимые для подачи напряжения. Коаксильная конструкция нагревателей обеспечивает безопасность эксплуатации и позволяет устанавливать их в контакте с грунтом любой влажности. В качестве источников питания используют силовые трансформаторы или передвижные электростанции.

Паропрогрев:Паровые иглы, представляют собой металлические трубы длиной до 2 м, диаметром 25-50 мм (рис. 6), на нижнюю часть которых насажены конусные перфорированные наконечники с нижним отверстием для выхода пара. Иглы устанавливают в пробуренные скважины на площади будущего котлована, в шахматном порядке, с расстоянием между рядами 1-1,5 м на глубину равную 0,8 глубины промерзания. Скважины закрывают защитными теплоизолирующими колпаками, снабженными сальниками для пропуска паровой иглы.

Водяными циркуляционными иглами: Водяные иглы размещают по площади будущего котлована аналогично паровым на расстоянии друг от друга 0,75-1,5 м, что зависит от вида грунта и требуемой скорости его оттаивания. Водяная циркуляционная игла состоит из двух труб: наружной с заостренным наконечником и внутренней. По наружной трубе подается вода с температурой 70 °С а по внутренней отводится охлажденная вода к передвижной котельной установке. Горячая вода, циркулируя между стенками наружной и внутренней трубы, отдает теплоту промерзшему грунту. Для уменьшения тепловых потерь в атмосферу поверхность оттаиваемого грунта покрывают слоем опилок. Достоинства способа: грунт не увлажняется как при оттаивании с помощью паровых игл; КПД несколько выше по сравнению с предыдущим способом, поскольку вода, пройдя циркуляционные иглы, возвращается в котел с положительной температурой. Недостатки те же, что и при использовании паровых игл.

3 способ – «Снизу вверх»: Требует минимального расхода энергии, так как оно происходит под защитой льдоземляной корки и теплопотери при этом практически исключаются. Главный недостаток этого способа в необходимость выполнения трудоемких подготовительных операций, что ограничивает область его применения.

Вертикальные глубинные электроды: При глубинном оттаивании мерзлого грунта используются глубинные электроды, которые готовят из стальной арматуры диаметром 19-20 мм или труб диаметром 25-50 мм и длиной 1,3-1,8 м. С помощью электроотбойных молотков или отбойных пневматических молотков или просто кувалдой электроды в шахматном порядке забивают на 5-10 см ниже границы мерзлых грунтов. Электроды забивают на расстоянии 0,5-0,7 м друг от друга. Сеть электродов подключают к трансформатору через распределительный щит.

Электропрогрев: электрический подогрев, осуществляют электрическими иглами различных конструкций Комплект игл (40... 50 шт.) устанавливают на расстоянии 0,5... 1,3 м одна от другой. Простота изготовления таких игл делает их удобными для применения. Электрический подогрев грунта можно осуществлять металлическими электродами, расположенными горизонтально в слое опилок, смоченных в электролите (раствором хлористого кальция или хлористого натрия). Применение горизонтальных электродов целесообразно при отогревании промерзшего грунта на глубину 0,4... 0,8 м. При прогреве грунта. используют металлические вертикальные электроды.