СПОСОБ ПРИНУДИТЕЛЬНОГО ПОНИЖЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ ВЕЧНОМЕРЗЛОГО ГРУНТА В ОСНОВАНИЯХ СВАЙНЫХ ФУНДАМЕНТОВ ОПОР ЭКСПЛУАТИРУЕМОГО МОСТА
METHOD OF FORCED TEMPERATURE REDUCTION OF PERMAFROST SOIL IN BASES OF PILE FOUNDATIONS OF OPERATED BRIDGE SUPPORTS

Изобретение относится к области эксплуатации постоянных мостов на вечномерзлых грунтах. Оно, в частности, может быть применено к постоянным мостам со свайными фундаментами, вечномерзлые основания которых используются по принципу I.
Согласно требований СНиП 2.02.04-88 «Основания и фундаменты на вечномерзлых грунтах» [1] и СП 32-101-95 «Проектирование и устройство фундаментов опор мостов в районах распространения вечномерзлых грунтов» [2] при использовании вечномерзлых грунтов по принципу I необходимо предусматривать мероприятия, направленные на поддержание расчетной отрицательной температуры оснований в течение всего периода эксплуатации моста.
Таким мероприятием является, например, применение сезоннодействующих охлаждающих устройств (СОУ), в которых в качестве хладоносителя используется жидкость, например, авиационный керосин с температурой замерзания ниже -40°С (С.Н. Гапеев Укрепление мерзлых свайных оснований охлаждением. Л. Стройиздат, 1969) [3].
Суть работы жидкостных (керосиновых) СОУ заключается в следующем.
Зимой керосин в надземной части СОУ охлаждается до температуры наружного воздуха, которая значительно ниже температуры вечномерзлого грунта, в котором расположена нижняя часть трубы СОУ.
Охлажденный керосин, как более тяжелый, опускается вниз и отдает часть холода окружающему СОУ мерзлому грунту, понижая его температуру и увеличивая размеры зоны охлажденного мерзлого грунта вокруг сваи.
В течение нескольких зим охлаждения зона вечномерзлых грунтов достигает свай. Происходит увеличение радиуса зоны мерзлого грунта, смерзшегося со сваями. За счет этого возрастает площадь опирания массива мерзлого грунта на основание под торцом сваи и боковая площадь смерзания сваи с мерзлым грунтом основания, окружающим сваю. В результате этого не только сохраняется мерзлое состояние основания, но и повышается его несущая способность.
Известны способы предпостроечного понижения температуры вечномерзлых грунтов оснований свайных фундаментов. Из этих способов наиболее широко применяется способ продувки холодного воздуха через скважины, в которых будут размещены буроопускные (или бурозабивные) сваи фундаментов опор моста, или через трубы, свободно опускаемые в скважины на время их продувки (Справочник по строительству на вечномерзлых грунтах. Л. Стройиздат, 1977) [4]. Продувка холодным воздухом производится, например, воздушной турбохолодильной машиной МТХМ1-25Р [5]. Данная машина предназначена для охлаждения атмосферного воздуха (в любых погодных условиях) в интервалах температур от минус -50°С до -130°С, поступающего к потребителю по трубам, уложенным на грунт или подсыпки [5].
Описанный способ принят в качестве прототипа изобретения.
В период эксплуатации моста могут возникнуть ситуации, когда температура мерзлых грунтов вокруг свай может подняться выше расчетной в результате, например, нарушения природного режима поверхностных и подземных вод, нарушения растительно-мохового покрова вокруг опоры и др.
В результате этого может произойти снижение несущей способности основания и повышение его деформативности (осадок) выше допустимого уровня, что может привести к аварийному состоянию не только опор, но и действующего моста в целом.
Возникает необходимость в принудительном (аварийном) понижении температуры вечномерзлого грунта в основаниях свайных фундаментов опор эксплуатируемого (действующего) моста до расчетных значений без изменения конструкций свайных фундаментов опор и остановки движения транспорта по мосту.
Технической задачей изобретения является разработка способа принудительного понижения до расчетных отрицательных значений температуры вечномерзлого грунта в основаниях свайных фундаментов опор эксплуатируемого моста без изменения конструкции фундаментов и глубины погружения свай в толщу вечномерзлого грунта оснований.
Данная техническая задача решена за счет того, что способ принудительного понижения температуры вечномерзлого грунта в основаниях свайных фундаментов опор эксплуатируемого моста осуществляется холодным атмосферным воздухом, отличается тем, что холодный воздух от воздушной турбохолодильной машины продувает стволы СОУ после полной откачки из них жидкого хладоносителя, который снова заливается в стволы СОУ после достижения грунтами оснований расчетных отрицательных значений температур.
Графическое изображение изобретения показано на рисунке, где обозначено: фиг. 1 - схема расположения элементов системы охлаждения; фиг. 2 - разрез СОУ; фиг. 3 - вид СОУ сверху; поз. 1 - устой моста; поз. 2 - СОУ; поз. 3 - МТХМ1-25Р; поз. 4 - передвижная электростанция; поз. 5 - трубчатые воздуховоды; поз. 6 - ствол СОУ; поз. 7 - специальный наголовник СОУ; поз. 8 - соединительные патрубки; поз. 9 - фланец патрубка; поз. 10 -разделительная диафрагма; поз. 11 - пролетное строение; поз. 12 - проезжая часть; поз. 13 - подходная насыпь; поз. 14 - электрокабель; поз. 15 - скважина для СОУ; поз. 16 - грунтовая подушка;  - движение холодного воздуха от и к МТХМ.
Предлагаемое изобретение осуществляется и работает в следующей последовательности.
На 1-м этапе производят доставку к опоре 1 всех элементов системы и размещают их по схеме (фиг. 1). После этого со стволов 6 СОУ удаляют крышки. На 2-м этапе из стволов 6 СОУ полностью откачивают насосом керосин в передвижные емкости (автоцистерны). Затем на стволы 6 СОУ устанавливают и временно закрепляют специальные наголовники 7 с прикрепленными к ним фланцами 9 двух патрубков 8 и одной диафрагмы 10. Диафрагма 10 предназначена для разделения внутри ствола СОУ потока поступающего холодного воздуха от МТХМ по трубам воздуховода 5 от потока воздуха, отдавшего часть холода основанию свай 11.
На 3-м этапе к патрубкам 8 подсоединяют воздуховоды 5, состоящие из двух линий: по одной холодный воздух от МТХМ нагнетается в стволы 6 СОУ, а по второй - использованный воздух от стволов 6 СОУ возвращается к МТХМ. Производится понижение температуры мерзлых оснований свайных фундаментов опор до расчетных значений.
После этого выполняется демонтаж системы охлаждения. В стволы СОУ снова заливается хладоноситель (керосин). В теплый сезон целесообразно керосин перед заливкой охладить до температуры минус 30-40°С. Для этого в емкость с керосином следует опустить конец воздуховода от МТХМ на нужное для охлаждения керосина время.
Последней операцией является установка крышек на торцы стволов 6 СОУ и сдача СОУ под наблюдение эксплуатационной службе.
Таким образом, предлагаемый способ обеспечивает понижение температуры вечномерзлых грунтов до расчетных значений оснований свайных фундаментов без изменения их конструкций опор эксплуатируемых автодорожных и железнодорожных мостов. Одновременно с реализацией способа следует по возможности выполнять работы по устранению причин, вызвавших повышение температуры вечномерзлых грунтов оснований.
Использованные источники
1. СНиП 2.02.04-88 Основания и фундаменты на вечномерзлых грунтах.
2. СП 32-101-95 Проектирование и устройство фундаментов опор мостов в районах распространения вечномерзлых грунтов.
3. С.Н. Гапеев Укрепление мерзлых свайных оснований охлаждением. Л. Стройиздат, 1969.
4. Справочник по строительству на вечномерзлых грунтах. Л. Стройиздат, 1977.
5. Воздушная турбохолодильная машина МТХМ1-25Р. ПМБ ЦИНТИ химнефтемаш. М.: 1980.
6. Ю.О. Таргулян Устройство свайных фундаментов в вечномерзлых грунтах. Л.: Стройиздат, 1978.