Термостабилизация грунта – это метод сохранения отрицательной температуры грунтов оснований с целью обеспечить устойчивость зданий и инженерных сооружений. В зонах распространения многолетнемерзлых грунтов задача термостабилизации крайне важна. Как известно, грунты в мерзлом состоянии являются надежной основой для будущих сооружений, но повышение температурного режима грунтов с последующим выходом за предельное значение может повлечь за собой ряд негативных последствий: деформации сооружений, просадки грунта основания, потеря несущей способности свайного основания. Это, в свою очередь, приводит к необходимости выводить объект в ремонт или и вовсе выводить из эксплуатации вследствие неремонтопригодного состояния.
C помощью пакета программ профильные специалисты моделируют будущий объект, используют текущие мерзлотно-грунтовые условия в качестве исходных и выполняют прогноз состояния грунтов основания. Результаты расчетов позволяют сравнить эффективность разных вариантов термостабилизации и выбрать оптимальный.
Один из самых популярных активных способов термостабилизации сегодня – сохранение мерзлого состояния грунта посредством термостабилизаторов, которые являются одним из видов сезоннодействующих охлаждающих устройств (СОУ).
Конструкция и принцип работы термостабилизатора грунта
Термостабилизатор представляет собой герметичную трубу, которая заправлена хладагентом, например, углекислотой или аммиаком. Труба термостабилизатора состоит из двух основных секций: одна размещается подземно и называется испарителем, вторая – конденсатор – расположена надземно. Циркуляция хладагента внутри трубы позволяет охлаждать грунт, реализуя принцип работы термосифона. СОУ включается в работу, когда температура окружающей среды опускается ниже температуры грунта, где залегает испарительная часть термостабилизатора. При этом в конденсаторной части СОУ происходит снижение давления и хладагент начинает конденсироваться на внутренние стенки устройства. В испарительной части хладагент начинает вскипать и испаряться, при этом перенося тепло из грунта в окружающую среду, тем самым понижая его температуру. Важной особенностью термостабилизаторов является то, что они естественно действующие, то есть не нуждаются во внешних источниках энергии.
Наиболее широко сегодня применяются следующие виды СОУ:
1. Вертикальный термостабилизатор грунта
Типоразмерный ряд каждого производителя данного вида оборудования индивидуален. Ориентировочно, геометрические параметры длины такие: для верхней конденсаторной части – до 3 м, для нижней испарительной части – до 25 м (до 100 м – в случае с глубинными СОУ для термостабилизации гидротехнических сооружений). Существуют также малогабаритные термостабилизаторы с меньшей длиной конденсаторной части, предназначенные для установки в стесненных условиях, например, в подпольях зданий.
Вертикальные термостабилизаторы грунта в основании антенно-мачтового сооружения
2. Наклонный термостабилизатор грунта
Этот вид СОУ имеет угол загиба порядка 50–85° относительно поверхности земли, что позволяет ему термостабилизировать грунт в районе более удаленных от края опор здания. Также может использоваться и для других сооружений, например, насыпей автомобильных и железных дорог, подземных трубопроводов и др. Типоразмерный ряд соответствует вертикальным термостабилизаторам.
Наклонные термостабилизаторы грунта под основанием резервуара с нефтью
3. Пологонаклонные (слабонаклонные) термостабилизаторы и их системы
Имеют угол наклона в 2–4° к поверхности земли. Чаще всего данный вид термостабилизаторов используется для зданий и сооружений с фундаментом на естественном или насыпном основании с полами по грунту. Также пологонаклонные СОУ применяются для стабилизации основания линейных сооружений, например, железных дорог.
Пологонаклонные термостабилизаторы грунта в основании железной дороги
Впрочем, ассортимент термостабилизаторов и подобных систем постоянно расширяется. Так, в проекте резервуара на ММГ, смоделированном в программе Frost.Термо, основание фундамента охлаждается горизонтальными термостабилизирующими системами (ГЕТ), каждая из которых состоит и отдельного конденсаторного блока и змеевика горизонтальных охлаждающих труб. Конденсаторный блок может располагаться на расстоянии до 70 метров от сооружения. Главное преимущество ГЕТ-систем – возможность использования в труднодоступных местах или там, где размещение надземных элементов невозможно или нецелесообразно, например, на плитных и свайных фундаментах.
Горизонтальная термостабилизирующая система в основании резервуара
Смотреть теплотехнический расчет резервуара с нефтью
Смотреть теплотехнический расчет туннелей (с горизонтальными СОУ)
Чтобы обосновать необходимость применения термостабилизации для конкретного сооружения, вы можете воспользоваться нашим ПО. Для ознакомления с Frost 3D оставьте заявку на получение бесплатного доступа к ПО – и мы свяжемся с вами.