УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОХЛАЖДЕНИЯ ВЕЧНОМЕРЗЛЫХ ГРУНТОВ

Полезная модель относится к области мостостроения, а именно к устройствам по поддержанию отрицательной температуры грунтов при сооружении свайных фундаментов опор мостов на вечномерзлых грунтах.
Известны безростверковые опоры мостов со стойками из полых стальных свай-оболочек, используемые кроме своего основного назначения как несущей конструкции, еще и в качестве охлаждающих устройств для поддержания в течение всего периода эксплуатации моста отрицательной температуры грунтов основания не выше принятой в расчетах его несущей способности («Проектирование и устройство фундаментов опор мостов в районах распространения вечномерзлых грунтов». СП 32-101-95. Система нормативных документов в строительстве. Свод правил. М., Корпорация «Трансстрой», 1996 г., с.65).
Недостаток таких опор состоит в малой несущей способности и в том, что металл подвергается коррозии.
Наиболее близким к заявляемому является устройство для охлаждения грунтов, выполненное из сталежелезобетонной оболочки, частично погруженной в грунт и частично расположенной выше уровня грунта, содержащей теплообменник и имеющей замкнутую сквозную полость в пределах подземной и надземной частей, причем полость ограничена железобетонными пробками и сверху, и снизу («Проектирование и устройство фундаментов опор мостов в районах распространения вечномерзлых грунтов». СП 32-101-95. Система нормативных документов в строительстве. Свод правил. М., Корпорация «Трансстрой», 1996 г., с.65).
Недостаток этого устройства состоит в резком ухудшении степени охлаждения грунтов основания вследствие увеличения термического сопротивления стенок оболочки.
Задача предлагаемой полезной модели состояла в увеличении эффективности работы устройств для охлаждения вечномерзлых грунтов, выполненных из сталежелезобетонных оболочек.
Для достижения указанного технического результата в устройстве для охлаждения вечномерзлых грунтов, выполненном из сталежелезобетонной оболочки, частично погруженной ниже уровня естественной поверхности и частично расположенной выше уровня грунта, содержащей теплообменник и имеющей замкнутую сквозную полость в пределах подземной и надземной частей, причем сверху и снизу полость ограничена железобетонными пробками, замкнутая сквозная полость выполнена в виде двух параллельных стальных труб - трубы для нисходящих потоков и трубы для восходящих потоков. Сама сталежелезобетонная оболочка сформирована объемлющей стальной трубой, ограничивающей трубы для нисходящих и восходящих потоков, пространство между которыми за исключением длины теплообменника заполнено бетоном или железобетоном. А теплообменник расположен в надземной части сталежелезобетонной оболочки на участке длиной «l» в пределах высоты замкнутой сквозной полости и содержит параллельные участки труб для нисходящих и восходящих потоков и объемлющей трубы, причем труба для нисходящих потоков имеет вырез шириной «a», соединяющий полости объемлющей трубы и трубы для нисходящих потоков, а труба для восходящих потоков снабжена верхним каналом, соединяющим полости трубы для нисходящих потоков и трубы для восходящих потоков, при этом внизу труба для нисходящих потоков, труба для восходящих потоков и перепускная соединены нижним каналом. Длина теплообменника определяется из соответствующей зависимости.
Сущность полезной модели поясняется чертежами, где представлено:
на фиг.1 - сечение оболочки плоскостью, проходящей через ее продольную ось (сечение А-А на фиг.2 и 3);
на фиг.2 - сечение Б-Б на фиг.1;
на фиг.3 - сечение В-В на фиг.1.
т
т
Устройство для охлаждения вечномерзлых грунтов выполнено из сталежелезобетонной оболочки 1, частично погруженной ниже уровня 2 естественной поверхности и имеющей замкнутую сквозную полость 3. Замкнутая сквозная полость выполнена в виде двух параллельных стальных труб: трубы 4 для нисходящих потоков и трубы 5 для восходящих потоков. Обе трубы помещены в общую трубу 6, которая сверху и снизу заглушена соответственно верхней 7 и нижней 8 бетонными пробками. В верхней части полости на высоте h между низом верхней пробки 7 и уровнем 9 воды в период ледостава расположен теплообменник. Ниже теплообменника пространство между внешними поверхностями труб 4 и 5 и внутренней поверхностью общей трубы 6 заполнено бетоном 10. Трубы 4 и 5 внизу снабжены перепускным каналом 11. В верхней части трубы 5 имеются выпускные отверстия 12. В верхней части трубы 4 имеется вырез 13 на высоте h теплообменника. На этой высоте пространство между внешними поверхностями труб 4 и 5 и внутренней поверхностью трубы 6 бетоном не заполнено и представляет единую воздушную полость, в которой осуществляется воздухообмен между полостями 4 и 5. Направление конвекции показано стрелками 14. Труба 5 для восходящих потоков должна быть покрыта теплоизоляцией 15 (внутренней или внешней).
Устройство для охлаждения вечномерзлых грунтов работает следующим образом.
т
В зимний период воздух внутри термоопоры охлаждается в пределах теплообменника, который содержит воздушную полость на высоте h. Полость образована пространством между внутренней поверхностью общей трубы 6 и внешними поверхностями труб 4 и 5. При этом вырез 13 в трубе позволяет охлажденному воздуху свободно поступать вниз по трубе 4, вытесняя более теплый (и, следовательно, более легкий) воздух в трубу 5. Этот воздух через перепускной канал 11 поступает в трубу 5, поднимается вверх и через отверстия 12 поступает опять в воздушную полость теплообменника. Таким образом, осуществляется замкнутый цикл движения воздуха и перенос «холода» в грунты. В летний период конвекция прекращается. В процессе движения вверх по трубе 5 теплый воздух не должен охлаждаться по двум причинам: во-первых, не должно передаваться тепло в грунт, а, во-вторых, не должна замедляться конвекция. Поэтому труба 5 должна быть покрыта внутренней или внешней теплоизоляцией 15.
Эффективность предлагаемого технического решения определяется следующим. Первоначально термоопоры предполагалось изготавливать (и изготавливались) из стальных труб. В этом случае теплообменник представляет собой надземную часть термоопоры. Тонкие металлические стенки трубы обеспечивают хорошие условия для теплообмена.
Существенно не изменялся теплообмен и при применении центрифугированных железобетонных труб. Но когда толщина стенок достигает 0,5 м, теплообмен существенно ухудшается. Предложенное техническое решение позволяет обеспечить эффективный теплообмен в термоопорах с мощными железобетонными стенками.