8.2. Глубина сезонного протаивания и промерзания

Глубина сезонного протаивания (или промерзания) грунта определяется по классической зависимости:

где

h — расчётная глубина сезонного протаивания (промерзания), м;

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

F — суммарный показатель морозности или теплового воздействия, °C·сут;

ρ — плотность грунта, кг/м³;

c — удельная теплоёмкость грунта, Дж/(кг·°C).

Данная формула используется при оценке глубины активного слоя и обосновании заглубления фундаментов и свай [3, 5].

8.3. Условие сохранение мерзлого состояния

Основным расчётным условием при реализации I принципа строительства является недопущение превышения температуры грунта выше расчётной отрицательной температуры:

T_гр ≤ T_доп < 0 °C,

где Tдоп — предельно допустимая температура грунта, принимаемая по результатам инженерно-геокриологических изысканий [1].

8.4. Расчет эффективности вентилируемого подполья

Тепловой баланс вентилируемого подполья может быть оценён по выражению:

где

Q — количество отводимого тепла, Вт;

G — расход воздуха, кг/с;

cₐ — удельная теплоёмкость воздуха, Дж/(кг·°C);

Tв — температура воздуха в подполье, °C;

Tн — температура наружного воздуха, °C.

Увеличение воздухообмена и снижение температуры наружного воздуха повышают эффективность охлаждения основания.

8.5. Расчет принципа работы сезонно-действующих охлаждающих устройств

Эффективность СОУ оценивается по количеству тепла, отводимого за холодный период года:

где

Qсоу — количество отведённого тепла, Дж;

m — масса рабочего агента, участвующего в фазовом переходе, кг;

r — удельная теплота фазового перехода, Дж/кг.

Применение СОУ позволяет формировать устойчивую отрицательную температуру грунта и компенсировать тепловые потоки от сооружения [5].

9. Пример теплотехнического расчета

Для наглядности применения приведённых выше соотношений рассмотрим упрощённый пример теплотехнического расчёта основания здания, возводимого на многолетнемерзлых грунтах по I принципу строительства.

Исходные данные: T₁ = +15 °C; T₂ = −2 °C; λ = 0,035 Вт/(м·°C); δ = 0,10 м; ρ = 1700 кг/м³; c = 900 Дж/(кг·°C); F = 4000 °C·сут.

Плотность теплового потока:

Глубина сезонного протаивания:

Проверка условия сохранения мерзлоты:

T_гр =-2°C ≤ T_доп < 0 °C, условие выполнено.

Вывод

Сохранение мерзлого состояния оснований инженерных сооружений является ключевым условием их надёжной и безопасной эксплуатации в криолитозоне. Применение комплекса естественных, конструктивных и активных методов термостабилизации позволяет обеспечить устойчивость температурного режима грунтов и предотвратить развитие опасных деформаций.

Список использованных источников

1. СП 25.13330.2020. Основания и фундаменты на многолетнемерзлых грунтах.

2. СП 496.1325800.2020. Основания и фундаменты зданий и сооружений на многолетнемерзлых грунтах.

3. Ершов Е.Д. Геокриология. — М.: МГУ, 2002.

4. Цытович Н.А. Механика грунтов. — М.: Высшая школа, 1983.

5. Кудрявцев В.А. Основания и фундаменты на вечномерзлых грунтах. — Л.: Стройиздат, 1978.

6. Мустякимов В.Р. Проектирование зданий в особых природно-климатических условиях. — Казань, 2018.