4.2. Подсыпки и искусственные основания

Подсыпки из песчано-гравийных (рисунок 3) и щебёночных материалов применяются для снижения теплопритока и выравнивания температурного поля. Такие подсыпки обладают меньшей теплопроводностью и меньшей склонностью к пучению по сравнению с природными грунтами [2].

Рисунок 3 – подсыпка из песчано-гравийного материала

5. Теплоизоляционные и теплозащитные мероприятия

Теплоизоляция используется для ограничения теплового воздействия зданий, фундаментов и инженерных коммуникаций на мерзлые грунты. Наиболее широко применяются экструдированный пенополистирол и пеностекло, обладающие низкой теплопроводностью и достаточной прочностью (рисунок 4) [2].

Рисунок 4 – теплоизоляция фундаментов на мерзлых грунтах

Теплозащитные экраны могут располагаться горизонтально и вертикально, формируя барьер тепловому потоку. Их применение требует обязательного теплотехнического расчёта с учётом климатических и геокриологических условий района строительства [1].

6. Вентилируемые каналы и воздушные система охлаждения

Вентилируемые каналы и трубы представляют собой системы, обеспечивающие циркуляцию холодного наружного воздуха в зоне основания. Они могут располагаться под фундаментами или в толще грунта и использоваться как самостоятельный метод либо в сочетании с подпольями [6].

Эффективность метода определяется интенсивностью воздухообмена и температурой наружного воздуха.

7. Методы стабилизации грунтов

7.1. Сезонно-действующие охлаждающие устройства

Сезонно-действующие охлаждающие устройства (термосифоны (рисунок 5)) являются одним из наиболее эффективных средств искусственной стабилизации мерзлоты. Их работа основана на использовании фазовых переходов рабочего агента и естественной циркуляции тепла в холодный период года [5].

Рисунок 5 – термосифон

СОУ широко применяются при строительстве ответственных сооружений, включая магистральные трубопроводы и здания повышенной ответственности. Их применение регламентировано СП 25.13330.2020 [1].

7.2. Круглогодичные системы охлаждения

Круглогодичные системы охлаждения используются в условиях высокой тепловой нагрузки или при деградации мерзлоты (рисунок 6). Они обеспечивают поддержание отрицательных температур независимо от сезона, но требуют значительных эксплуатационных затрат и постоянного контроля [3].

Рисунок 6 – система круглогодичного охлаждения

8. Теплотехнические расчетные соотношения при сохранения мерзлого состояния

Теплотехнические расчёты являются обязательным элементом обоснования мероприятий по сохранению мерзлого состояния грунтов основания. Их целью является определение температурного поля грунта, глубины сезонного протаивания и оценки эффективности применяемых конструктивных и инженерных решений [1, 3].

8.1. Тепловой поток через основание сооружения

Основным расчётным параметром является плотность теплового потока, передаваемого от сооружения к грунту:

где

q — плотность теплового потока, Вт/м²;

λ — коэффициент теплопроводности материала, Вт/(м·°C);

T₁ — температура внутренней поверхности конструкции, °C;

T₂ — температура грунта, °C;

δ — толщина теплоизолирующего слоя, м.

Снижение величины q достигается за счёт увеличения толщины теплоизоляции и применения материалов с низкой теплопроводностью.