Способ замедления процесса сезонного промерзания

Способ замедления процесса сезонного промерзания

Реферат

Изобретение относится к строительству, а именно к способам защиты фундаментов зданий и сооружений от морозного пучения в сезоннопромерзающих грунтах.

В настоящее время наиболее распространенными способами защиты фундаментов от морозного пучения являются применение обмазок и покрытий, препятствующих их смерзанию с грунтом, снижение влажности грунтов основания, замена пучинистого грунта основания на непучинистый и, наконец, увеличение глубины заложения фундаментов [М.Ф.Киселев. Предупреждение деформации грунтов от морозного пучения. Стройиздат, Ленинградское отделение, 1985].

Эти способы либо малоэффективны и недолговечны по положительному действию, либо требуют выполнения больших объемов дорогостоящих земляных и гидромелиоративных работ.

Наиболее близким к предлагаемому по своей сущности и достигаемому результату является способ защиты фундамента от морозного пучения, включающий образование вокруг фундамента до глубины промерзания котлована шириной, равной глубине промерзания, и заполнение его крупнообломочным грунтом, заключенным в многосекционную клеть (см. RU 2024691, А1. 12. 1994).

Недостатками способа являются технологическая сложность, большой объем земляных работ, а также высокая стоимость и трудоемкость.

Задачей изобретения является упрощение технологии осуществления способа защиты фундамента от морозного пучения, а также снижение трудоемкости и стоимости при повышении эффективности и надежности.

Задача решается за счет того, что предложен способ защиты фундамента от морозного пучения, характеризующийся тем, что он предусматривает управление процессом естественного сезонного промерзания окружающего фундамент грунта, которое осуществляют путем искусственного замедления процесса естественного сезонного промерзания массива окружающего фундамент грунта, глубиной, равной глубине залегания слоя сезонного промерзания, и шириной, равной ширине фундамента, причем искусственное замедление процесса естественного промерзания массива грунта начинают при установлении отрицательной среднесуточной температуры наружного воздуха и производят одновременно со всех сторон фундамента по всей глубине залегания слоя сезонного промерзания со скоростью, меньшей скорости естественного сезонного промерзания и составляющей 0,5-1,0 см/сут, причем указанную скорость промерзания поддерживают до момента естественного промерзания сезоннопромерзающего слоя на всю глубину залегания.

Искусственное замедление процесса естественного сезонного промерзания окружающего фундамент грунта производят с помощью сезоннодействующих устройств для охлаждения и замораживания грунта, включающих испаритель, конденсатор и соединительный теплопровод, причем устройства устанавливают в вертикальном положении по наружному контуру фундамента, при этом испаритель размещается ниже глубины сезонного промерзания, а конденсатор - ниже дневной поверхности. При этом осуществляют теплоизоляцию поверхности окружающего фундамент грунта с помощью теплоизоляционных покрытий.

Для повышения эффективности замедления процесса естественного сезонного промерзания грунта может осуществляться аккумуляция тепла в окружающем фундамент грунте с помощью сезоннодействующих термоаккумулирующих устройств, а также путем нагревания окружающего фундамент грунта с помощью теплогенерирующих устройств.

Технический результат, обеспечиваемый приведенной совокупностью признаков, состоит в упрощении технологии противопучинных мероприятий, повышении производительности, снижении трудоемкости и стоимости, повышении эффективности и надежности.

Технический результат достигается за счет исключения необходимости выполнения земляных и гидромелиоративных работ с заменой пучинистого грунта на непучинистый, увеличения глубины заложения фундамента, применения обмазок и специальных покрытий фундаментов, а также введения химических компонентов и полимерных добавок. При этом следует учитывать, что все перечисленные мероприятия (кроме первого) носят временный характер.

Предлагаемый способ осуществляют следующим образом. Вокруг предохраняемой от морозного пучения сваи на расстоянии, равном двойному размеру ее поперечного сечения, устанавливают сезоннодействующие охлаждающие устройства (СОУ), заглубляемые на глубину, превышающую глубину сезонного промерзания грунтового массива. При этом конденсатор СОУ должен располагаться ниже дневной поверхности.

При этом производят теплоизоляцию поверхности окружающего фундамент грунта.

В течение летнего периода может также осуществляться аккумуляция тепла в окружающем фундамент грунте с помощью сезоннодействующих термоаккумулирующих устройств, накапливающих тепло от наружного воздуха и инсоляции при нагревании металлических элементов конструкций и специальных солнечных нагревателей.

При установлении отрицательной температуры наружного воздуха и охлаждении верхнего слоя грунта СОУ включаются в работу и передают тепло из нижних слоев в верхние, замедляя их промерзание. При этом окружающий грунтовый массив, промерзающий с естественной скоростью, опережает процесс промерзания в пределах управляемой локальной зоны и отсасывает содержащуюся в грунтах влагу, устраняя их пучинистые свойства.

Таким образом, к моменту промерзания окружающего фундамент грунта прилегающий грунтовый массив промерзает до глубины сезонного промерзания, осушив окружающий фундамент грунт и лишив его пучинистых свойств.

Пример осуществления способа.

Вокруг трубчатой металлической сваи диаметром 325 мм, заглубленной на 8 м, на расстоянии 0,6 м были установлены три СОУ парожидкостного типа на глубину 4,5 м с расположением конденсатора на глубине 0,5 м от поверхности земли. СОУ были изготовлены из алюминиевого сплава, обладающего высокой теплопроводностью.

При установлении отрицательной среднесуточной температуры наружного воздуха и охлаждении верхнего слоя грунта СОУ включились в работу и начались процессы отепления грунта вокруг сваи и замедления его промерзания. Отепление происходило по всей глубине слоя сезонного промерзания равномерно по всему объему локальной регулируемой зоны.

Через 10 суток при изменении температуры воздуха от -15 до -25°С глубина естественного промерзания окружающего фундамент грунта от поверхности составила 0,1 м, а в локальной регулируемой зоне - 0,02 м. За последующие 20 дней глубина естественного промерзания окружающего фундамент грунтового массива достигла 0,6 м, а в локальной зоне с замедлением процесса - 0,05 м.

Таким образом, на полную глубину сезонного промерзания (2,0 м) окружающий грунтовый массив естественным путем промерз за 2,5 месяца, а в локальной регулируемой зоне грунт промерз только за 5 месяцев.

Процесс промораживания контролировался с помощью наблюдательных температурных скважин, пробуренных в зоне промораживания и оборудованных термоизоляцией.

Как в период искусственного регулирования процесса промерзания окружающего фундамент грунта, так и в течение последующего зимнего сезона перемещения сваи не наблюдалось.

Предохранение фундамента от морозного пучения описанным способом упрощает и ускоряет технологические операции, которые сводятся лишь к установке СОУ, не требует выполнения большого объема трудоемких земляных работ по замене пучинистых грунтов в основании фундамента и гидромелиоративных работ по их осушению, не требует применения специальной землеройной техники и при этом обеспечивает надежность защиты фундаментов от морозного пучения и стабильность их работы в течение всего периода эксплуатации сооружения.

Предлагаемое техническое решение может быть эффективно использовано при строительстве новых и в эксплуатационном обслуживании существующих объектов, в частности при профилактических и противоаварийных мероприятиях на линиях электропередачи в сложных климатических и геокриологических условиях северных районов.

1. Способ защиты фундамента от морозного пучения, характеризующийся тем, что он предусматривает управление процессом естественного сезонного промерзания окружающего фундамент грунта, которое осуществляют путем искусственного замедления процесса естественного сезонного промерзания массива окружающего фундамент грунта глубиной, равной глубине залегания слоя сезонного промерзания, и шириной, равной ширине фундамента, причем искусственное замедление процесса естественного промерзания массива грунта начинают при установлении отрицательной среднесуточной температуры наружного воздуха и производят одновременно со всех сторон фундамента по всей глубине залегания слоя сезонного промерзания со скоростью, меньшей скорости естественного сезонного промерзания и составляющей 0,5-1,0 см/сут, причем указанную скорость промерзания поддерживают до момента естественного промерзания сезоннопромерзающего слоя на всю глубину залегания.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что искусственное замедление процесса естественного сезонного промерзания окружающего фундамент грунта производят с помощью сезоннодействующих устройств для охлаждения и замораживания грунта, включающих испаритель, конденсатор и соединительный теплопровод, причем устройства устанавливают в вертикальном положении по наружному контуру фундамента, при этом испаритель размещается ниже глубины сезонного промерзания, а конденсатор ниже дневной поверхности.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что искусственное замедление процесса естественного сезонного промерзания производят путем теплоизоляции поверхности окружающего фундамент грунта с помощью теплоизоляционных покрытий.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что искусственное замедление процесса естественного сезонного промерзания грунта производят путем аккумуляции тепла в окружающем фундамент грунте с помощью сезоннодействующих термоаккумулирующих устройств.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что искусственное замедление процесса естественного сезонного промерзания производят путем нагревания окружающего фундамент грунта с помощью теплогенерирующих устройств.