Главная  Переработка нефти и газа 

Скачать эту книгу

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 [ 110 ] 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148

содержащейся в мерзлом грунте воды - незамерзшей) по сравнению с оттаиванием мерзлых грунтов (особенно сильнольдистых) и является экономически весьма выгодным. Однако, как показано Г. Н. Максимовым *, охлаждение воздухом наиболее эффективно в зоне севернее примерно границы геоизотермы --3°С на глубине нулевых теплооборотов в грунте; для геокриологических же зон, расположенных южнее геоизотермы -3°С, на глубине 10 м требуются добавочные устройства.

Отметим, что в настоящее время Красноярским Промстрой-НИИпроектом разработаны и рекомендованы конструкции пустотелых свай, а также буровых скважин для использования их при применении побудительной циркуляции в них холодного воздуха в целях усиления мерзлого состояния массива грунта и составлены указания для проектирования воздушного охлаждения вечномерзлых грунтов оснований, а также методика измерения температуры в охлаждаемых массивах грунтов.

Автоматические установки охлаждения и усиления мерзлого состояния вечномерзлых грунтов, главным образом в южной и центральной геокриологических зонах, с 60-х годов стали применяться почти одновременно в СССР (установка С. И. Гапеева по авторскому свидетельству № 163541) и США** (так называемые термосваи Е. Л. Лонга).

Термосвая Лонга (рис. 145) представляет собой стальную трубу 1 с днищем из стальной плиты толщиной 75 мм, уложенной на деревянный настил 2 по гра-велистой подсыпке. Охлаждающая жидкость конденсируется на участке трубы, расположенном над грунтом и выполненном для лучшего охлаждения в виде специального ребристого радиатора 3 с патрубком для заполнения сваи жидкостью 4.

В качестве рабочей жидкости используется пропан, эффективно работающий в интервале температур от О до -16° С. Максимальное давление газа внутри сваи равно 4 кГ/см. Лонгом произведе-

Рис. 145. Разрез по грунту и термосвае Лонга

* Г. Н. Максимов. Искусственное воздушное охлаждение при устройстве свайных фундаментов на вечномерзлых грунтах. Сб. НИИОСП, № 55. Стройиздат, 1964.

1n/o* РУ- Международной конференции по мерзлотоведению. Лафайет, ноябрь, 1963. (Praceedings Permafrost Intern. Conf.). Изд-во Нац. Ак. наук США, 1965.

ны более чем годичные наблюдения температуры мерзлых грунтов вокруг термосвай, которые показали, что предложенная конструкция для значительного автоматического охлаждения пропаном (с использованием зимнего холодного воздуха) пластично-мерзлых грунтов (в южной геокриологической зоне), работает хорошо.

Удачной установкой для охлаждения высокотемпературных вечномерзлых грунтов является автоматическая система С. И. Танеева, с успехом применяющаяся в тех случаях, когда, необходимо прекратить местное протаивание вечномерзлых грунтов или усилить мерзлое состояние пластичномерзлых грунтов. На рис. 146 показана схема установки С. И. Танеева. Она выполняется из металлических труб разного диаметра 1 я 2 я приваренной трубы расширителя 3. Расширитель заканчивается патрубком 4 с резьбой для завинчивания крышки 5. В этой установке как циркулирующий теплоноситель применяется керосин, который благодаря принятому устройству труб, в зимнее время из верхней части трубы опускается вниз, вытесняя менее плотный керосин, чем и осуществляется теплообмен. Скорость обмена керосина при перепаде температуры в 40° С равна 4 см/сек, а при перепаде в 10° С уменьшается до 1 см/сек. В летнее время циркуляция керосина автоматически прекращается. Стоимость установки с объемом теплоносителя (керосина) в 30 л не велика; установка надежна в эксплуатации.

§ 4. Расчеты фундаментов, возводимых по методу сохранения мерзлого состояния грунтов оснований

Данные, необходимые для расчета. Приступая к расчету и конструированию фундаментов сооружений, возводимых на вечномерзлых грунтах по методу сохранения мерзлого состояния оснований, необходимо прежде всего ясно себе представить особенности расчета и проектирования фундаментов в рассматриваемых условиях, обусловленные, главным образом, обязательной необходимостью учитывать добавочные характеристики мерзлых грунтов оснований, обычно не требующиеся при проектировании фундаментов, возводимых на немерзлых грунтах, такие как: глубину максимального летнего оттаивания грунтов Лт в проветриваемых зимой подпольях зданий и сооружений; глубину заложения фундаментов, отсчитываемую от глубины максимального летнего оттаивания грунтов; максимальную температуру на уровне глубины заложения фундаментов (для определения расчетных сопротивлений) и температуру вечномерзлой толщи грунтов на уровне нулевых годовых теплооборотов (необходимую по СНиПу для теплотехнических расчетов), а также

Рис. 146. Схема автоматической установки для охлаждения вечномерзлых грунтов системы С. И. Танеева

тепловые, механические и реологические свойства вечномерзлых грунтов данного гранулометрического состава, льдонасыщенности (льдистости) и величины отрицательной температуры.

Напомним, что при расчете и проектировании фундаментов на базе использования научных данных механики мерзлых грунтов необходимо знать: основные физические свойства мерзлых грунтов (Уул\ у; с. н), а по ним с помощью существующих таблиц (СНиП П-Б.б-66) и тепловые свойства (Хт*, Хм; Ст; См; СмО, позволяющие производить теплофизические расчеты температуры, глубины протаивания, промерзания и пр. (например, максимальной глубины летнего оттаивания грунтов, максимальной температуры грунтов на уровне нодошвы фундаментов, необходимой для выбора расчетных сопротивлений и т. п.), а также показатели длительной прочности мерзлых грунтов (пред Одл; Сдл; Тдл) для расчета несущей способности оснований и показатели деформируемости мерзлых грунтов (а, б и 6i или Т и йо или йо и йо и т. д.).

Отметим, что с учетом количества незамерзшей воды при заданной отрицательной температуре по СНиП П-Б.б-66

C:-[CAW,-W,)-\-C,W„] ккал1я.град, (IX.8)

где Ст и См - объемные теплоемкости грунта в талом и твердо-мерзлом (при 6 =-10°С) состояниях.

Проектирование фундаментов сооружений, возводимых на вечномерзлых грунтах по методу сохранения мерзлого состояния грунтов оснований включает в себя следующие расчеты:

1) расчет устойчивости температурного режима вечномерзлых грунтов в основаниях возводимых на них сооружений;

2) аналитическое определение глубины заложения фундаментов (при наличии проветриваемого подполья) и расчет максимальной температуры вечномерзлых грунтов на уровне заложения фундаментов;

3) расчет фундаментов по несущей способности вечномерзлых грунтов и по предельным осадкам вечномерзлых грунтов в пластич-номерзлом (высокотемпературном) состоянии.

Устойчивость температурного режима мерзлого состояния грунтов под возводимыми на них сооружениями на все время существования сооружений обеспечивается применением проветриваемого зимой подполья с размерами вентиляционных отверстий, определяемыми по теплотехническому расчету (см. § 2 и 3 настоящей главы), или путем применения в подсыпках специальных вентиляционных труб, снимающих тепло, выделяемое зданиями, и т. п. устройств. При этом возникает вопрос о необходимой глубине заложения фундаментов в зависимости от глубины протаивания грунтов в подполье.

Глубина заложения фундаментов, возводимых по методу сохранения мерзлого состояния грунтов основания, определяется по формуле