книги из ГПНТБ / Трупак Н.Г. Замораживание грунтов в подземном строительстве

И соответственно 686 ккал/м 2-сут, или 28,6 ккал/м 2-ч.

Средний теплоприток от грунта к термосвае в течение теплого периода времени, определенный по эмпирической формуле (196), составил Q2 = 335 ккал. Таким образом, теплосъем термосваи в зим­ ний период оказался в 1000 раз (на 1° С перепада температуры)

больше земного теплопритока в летний период, т. е. ~ = 1000.

V 2

Необходимо, однако, заметить, что величина приведенного выше теплопритока к термосвае в летний период нам представляется не­ сколько заниженной. Это подтверждается и наблюдениями за тепло­

втором случае этот теплоприток составил около 4000 ккал . По этим

термосваи диаметром 50 мм и длиной 1,24 м с 24 ребрами и окрашен­ ного один раз титановой краской. Теплоотдача такого конденсатора при температуре атмосферного воздуха — 7,2° С в условиях отсут­ ствия заметного движения воздуха составила 5 ,9 ккал/м 2-ч°С .

Если принять, что вся часть термосваи на высоте 3,96 м (ниже конденсатора) заполнена жидким пропаном, то объем этой части равен 0,064 м3 = 64 л. Удельный вес жидкого пропана при давлении 3 кгс/см 2 составляет 0,5 кг/л . Соответственно вес жидкого пропана, заполняющего термосваю, равен 35,2 кг/л . Теплота парообразования пропана при температуре — 12° С равна 93 ккал/кг. Следовательно, количество испаряющегося в замкнутом пространстве термосваи пропана будет

’9Э ’ * = 0 ,8 к г/ч , или 19,2 кг/сут.

В теплую зиму или при толстом снежном покрове температура грунта повышалась и, наоборот, при тонком снежном покрове и при зиме с температурами атмосферного воздуха ниже среднегодовых температур грунта понижалась.

Коэффициент термического сопротивления грунта при цилиндри­ ческом тепловом потоке определяли по формуле

где г 0 — внутренний радиус сваи, м; гх — наружный радиус сваи, м;

К — коэффициент теплопроводности сваи, ккал/(м 2*ч-°С ); I — длина термосваи, м.

270

Соответственно коэффициент теплоотдачи (теплосъема) термосваи

=3 ккал/(м -ч °С).

Для ускорения вмораживания термосваи до наступления первого

зимнего сезона избыток заполняющего жидкого пропана из не­ которых свай был выпущен в атмосферу. Пропан при этом испа­ рялся, как обычный холодильный агент, повышая смерзание термо­ сваи в теплую погоду, чем достигалось сокращение срока ввода в действие термосваи.

. Все действующие термосваи были заполнены чистым техническим

271

На рис. 136 показано расположение термосвай под зданием котельной. Размеры здания котельной 18 X 13,6 м. Геологический разрез грунтов под зданием котельной: до глубины 0,3 м — пыле­

Вечномерзлый грунт залегает на глубине 4,2 м от поверхности земли. Глубина заложения подошвы фундамента котельной 2,434 м. Под котельной было устроено 12 термосвай с разными глубинами. Термосваи, расположенные по углам здания котельной, имели оди­ наковые глубины — 3,658 м, промежуточные между угловыми термо­ сваи — 2,438 м, две термосваи, расположенные в центральной части здания котельной, — 0,914 м.

Термосваи были заложены в августе 1962 г. и охлаждены до тем­

Скопления пропана вблизи здания не наблюдались. Скопления газа вблизи зданий вообще маловероятны, поскольку воздвигаемые на вечномерзлых грунтах сооружения имеют проветриваемое подполье.

Термосваи Л онга применяли также при устройстве фундамента мачты, волновода и промышленных зданий. Они оказались наиболее рациональным типом фундаментов при встретивш ихся грунтовых условиях. Все фундаменты были в удовлетворительном состоянии, за исключением одной термосваи, расположенной на расстоянии 6 м от неизолированного колодца паропровода.

В такой свае две из труб диаметром 300 мм работали как термо­ сваи; третья труба была освобождена от пропана и переоборудована на фреоновый цикл с подключением фреоновой холодильной уста­ новки.

На одной строительной площадке фундамент здания вначале предполагали выполнить в виде обычных полых трубных свай, но при необходимости трубы можно было заполнить жидким пропаном. Однако обнаруженный на глубине 4 м водоносный слой с темпера­ турой + 1 ,1 ° G привел к необходимости выполнить все фундаменты в виде термосвай. В течение нескольких лет эксплуатации термосвай основание здания находится в мерзлом состоянии без заметных деформаций здания.

Свайные устройства выполняют как целиком металлическими, так и бетонными или деревянными в виде свай-стоек, опирающихся нижними концами на плиту.

Рациональное применение термосвай в качестве фундаментов определяется тепловым балансом грунта в основании проектиру­ емого сооружения.

Понижение температур грунта термосваями позволяет сократить число свай или их длину по сравнению со сваями других типов. П равда, при недостаточном проветривании подполья и малом терми-

212

ческом сопротивлении перекрытия возможно повышение средне­ годовой температуры грунта под зданием.

Наблюдениями за температурами грунта вблизи термосвай, оборудованных измерительными устройствами, в течение длитель­ ного теплого периода времени при температуре атмосферного воздуха выше + 7 ,2 ° С установлено понижение температуры грунта на 0 ,5 5 — 2,9° С по сравнению с прилегающей неохлаждаемой зоной грунта.

Термосваи, используемые в южных районах распространения вечномерзлых грунтов, показали экономичность применения их, особенно как сваи-стойки, поскольку при этом исключается необхо­ димость применения холодильных установок.

Автор конструкции термосваи Э. Л . Лонг полагает, что вместо пропана в термосваях можно применять жидкую углекислоту и дру­ гие холодильные агенты, однако пропан по его свойствам, стоимости и доступности предпочтительнее.

В тонкостенных конструкциях целесообразно применять бутан,, а в термосваях малого диаметра — жидкую углекислоту.

§ 3. Применение других холодильных агентов при непосредственном испарении их для замораживания грунтов

Кроме жидкого азота и пропана для непосредственного замора­ живания грунтов применяли аммиак и углекислоту. Жидкий аммиак применяли при проходке ш ахтных стволов в СССР.

Жидкую углекислоту применяли при археологических раскопках в Италии С а также при сооружении опытного хранилища для сжиженных газов в Торнтоне (Англия). Экспериментальная емкость опытного хранилища цилиндрической формы диаметром и глубиною 1,5 м была пройдена в слабоцементированном глинистом песчанике. Естественная весовая влажность песчаника 6 ,7 — 12,3% . Д ля ими­ тации водонасыщенного разреза производили искусственное обвод­ нение толщи песчаника до насыщения.

Первоначальное охлаждение емкости осуществляли жидкой угле­ кислотой. Вследствие регулярного пополнения уровня углекислоты через 50 сут в песчанике образовалась ледогрунтовая оболочка. Толщина стенок оболочки по высоте была различна: у земной поверх­ ности она составляла около 0,9 м, а в нижней, донной, части 1,2 м. Ледогрунтовая оболочка была сплошной и достаточно плотной, чтобы предотвратить утечки и потери бензина, заполнявшего емкость.

Позже вместо бензина емкость заполнили жидким этиленом (С2Н4) путем разбрызгивания его до отметки 1,3 м; этилен хранили

1 См. Н. Г. Т р у п а к. Замораживание грунтов в строительстве. Стройиздат, М., 1970.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

промывочной жидкости путем применения метода замораживания. М., ГосИНТИ,

менного крепления стенок скважин методом замораживания М., «Недра», 1965. («Труды ЦНИИгоросушения», вып. 4).

Д о л г о в О. А. Методика расчета процесса замораживания при про­ ходке стволов шахт способом замораживания на большую глубину. — В сб. «За­ мораживание горных пород при проходке стволов шахт». М., изд. АН СССР»

1961.

И в а н ц о в О. М. Подземное хранение жидких углеводородных газов.

М., Гостоптехиздат, 1961.

Ка р а с е в Ф. А. Проходка водопонизительных колодцев с заморажива­ нием пород. — В сб. «Проектирование и строительство угольных предприятий»»

цилиндра. — В сб. «Замораживание горных пород при проходке стволов шахт».

М., Изд. АН СССР, 1961.

Ма р ш а к С. А. Проведение горизонтальных выработок способом замо­

раживания. — В сб. «Проектирование и строительство угольных предприятий»,

боток с применением подземной передвижной замораживающей установки. — «Шахтное строительство», 1968, № 11.

Т р у п а к Н. Г. Замораживание грунтов в строительной индустрииГосстройиздат, 1948.

ОГЛАВЛЕНИЕ

§4. Образование ледогрунтовых ограждений цилиндрической ,—;

277

N