Системы термостабилизации грунта для зданий и сооружений с проектным решением полов по грунту

ТЕХНИКА И ТЕХНОЛОГИИ. ПРОИЗВОДСТВО

УДК 624.15

СИСТЕМЫ ТЕРМОСТАБИЛИЗАЦИИ ГРУНТА ДЛЯ ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙ С ПРОЕКТНЫМ РЕШЕНИЕМ ПОЛОВ ПО ГРУНТУ

ИБРАГИМОВ Энвер Валерьевич, начальник проектного отдела ООО «НПО «Север»

ГАМЗАЕВ Ринат Гамидович, ведущий инженер проектного отдела ООО «НПО «Север»

КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА:

вечная мерзлота, замораживание грунтов, основания, фундаменты, термостабилизация, системы термостабилизаторов грунта, наклонно-направленное бурение, капиллярное покрытие

Необходимость применения инновационных способов и устройств для поддержания отрицательных температур в мерзлых грунтах и замораживания талых грунтов обусловлена существенным ростом строительства отечественных объектов газовой и нефтяной отрасли в пределах криолитозоны, где сосредоточены основные разведанные запасы природного газа и нефти. Область распространения многолетнемерзлых пород является наиболее перспективным ресурсным регионом страны, без освоения природных богатств которого невозможно представить устойчивое развитие России и мира в целом.

Рост температуры мерзлых грунтов и уменьшение их несущей способности представляют серьезную угрозу для зданий и сооружений. Многие из них построены на свайных фундаментах, используют многолетнемерзлый грунт в качестве оснований и рассчитаны на эксплуатацию в определенных температурных условиях. Исследования показали, что при оттаивании мерзлых грунтов изменяются их физико-механические свойства (объемный вес, влажность, пористость, адгезия к сваям-основаниям), что в конечном счете уменьшает несущую способность фундаментов, приводя к повреждению построенных на них сооружений. При пересадке фундаментов на сваи их боковая поверхность в ходе оттаивания будет загружаться силами отрицательного трения. По мере оттаивания величина этих сил будет расти, а несущая способность свай, остающихся в еще не оттаявшем грунте, снижаться. Это будет вести к осадкам, что часто наблюдается на реальных объектах, построенных на свайных фундаментах  при поверхностном оттаивании, особенно если длина свай является небольшой.

Для повышения несущей способности оснований и фундаментов требуется разработка целого комплекса мероприятий. Эффективным способом поддержания или усиления мерзлого состояния грунта в основаниях сооружений является использование низких температур наружного воздуха с помощью парожидкостных термосифонов, называемых термостабилизаторами.

При возведении зданий и сооружений, в том числе и резервуаров с проектным решением полов по грунту и необходимостью искусственного закрепления грунтов в условиях Крайнего Севера и вечной мерзлоты применение вертикальных термостабилизаторов нецелесообразно. Вертикальные термостабилизаторы для данного типа зданий и сооружений можно установить только по их контуру, так как конденсаторная часть должна располагаться на открытой площадке для беспрепятственного обдува воздухом, а при больших габаритах зданий и сооружений этих термостабилизаторов будет недостаточно для закрепления грунтов непосредственно под сооружениями в центре, что может привести к просадке полов, а далее к потере устойчивости несущих конструкций зданий и сооружений. В таких случаях решением является пологонаклонная система термостабилизации грунтов.

Пологонаклонная система термостабилизации грунтов состоит из отдельных термостабилизаторов, длина и количество которых подбирается в зависимости от габаритов здания или сооружения, а также определяется на основании расчетов теплофизических свойств грунтов. По расчетам определяется шаг расположения термостабилизаторов и, если есть необходимость, корректируется для предотвращения помех при укладке от несущих конструкций сооружений и систем коммуникаций. Укладка системы осуществляется в открытом котловане по грунту с уклоном испарительной части термостабилизаторов и выводом конденсаторной части на открытую площадку.

При небольших габаритах зданий и сооружений применяются пологонаклонные термостабилизаторы с диаметром испарителя 38 мм и длиной до 16 м (рисунки 1, 2). Для монтажа конструкции в проектное положение используются поддерживающие конструкции.

Рисунок 1.

Схема системы пологонаклонных термостабилизаторов грунта с диаметром испарителя 38 мм: 1 – конденсатор; 2 – транспортный участок; 3 – испаритель; 4 – поддерживающая конструкция

Рисунок 2.
Система пологонаклонных термостабилизаторов грунта с диаметром испарителя 38 мм на площадке Ванкорской группы месторождений

Для габаритных зданий и сооружений применяется система пологонаклонных термостабилизаторов с диаметром испарителя 76 мм и длиной до 60 м (рисунки 3, 4).

Рисунок 3. 
Схема системы пологонаклонных термостабилизаторов грунта с диаметром испарителя 76 мм: 1 – конденсатор; 2 – транспортный участок; 3 – испаритель; 4 – площадка обслуживания; 5 – поддерживающая конструкция

Рисунок 4.
Система пологонаклонных термостабилизаторов с диаметром испарителя 76 мм на площадке Ванкорской группы месторождений

Каждый термостабилизатор состоит из трех основных частей: испаритель – труба, укладываемая непосредственно под сооружением с уклоном к горизонту, служащая для отвода тепла от грунта посредством циркуляции хладона; транспортный участок – труба, служащая для транспортирования хладона от конденсатора к испарителю и обратно, укладывается горизонтально; конденсатор – конструкция из труб и дисков, устанавливаемая вертикально и на достаточной высоте над землей для свободного обдува воздухом, служащая для охлаждения хладона. Использование конструкции анкерного термостабилизатора позволяет исключить потери мощности на транспортном участке, что повышает эффективность установки.

Конденсаторы термостабилизаторов выводятся на площадку обслуживания – это металлическая конструкция, служащая для обслуживания системы, а также как поддерживающая конструкция для конденсаторов. Такая площадка позволяет минимизировать площадь, занимаемую надземными конструкциями термостабилизаторов, дает возможность беспрепятственного подъезда к сооружению, что повышает эксплуатационные показатели системы.

Предлагаемая система термостабилизации грунта имеет ряд преимуществ, даже при выходе из строя одного из термостабилизаторов вся система продолжает функционировать и в достаточной мере способна создать льдогрунтовую плиту под сооружением для обеспечения необходимой несущей способности фундаментов.

Такую систему термостабилизации можно устраивать и под существующие здания и сооружения при помощи наклонно-направленного бурения (ННБ), этот способ бурения позволяет протянуть испаритель на необходимой глубине под сооружением без разработки котлована…

 

Полностью со статьей можно ознакомиться на сайте журнала «Журнал нефтегазового строительства».

Ссылка на источник >>