Термостабилизатор грунта с винтовым наконечником

УДК 624.13

В. С. Евдокимов, В.А. Максименко, М.В. Васина

Омский государственный технический университет, г. Омск

ТЕРМОСТАБИЛИЗАТОР ГРУНТА С ВИНТОВЫМ НАКОНЕЧНИКОМ

Проблемы фундаментостроения в районах распространения вечномерзлых грунтов, в первую очередь, определяются особенностями инженерно-геокриологических условий площадок размещения газопромысловых сооружений. Мерзлые грунты являются нестабильными, динамичными во времени образованиями, характеризующимися специфическими свойствами: реологическими, просадочными, пучинистыми и т.д. В зависимости от комплекса природных факторов, формирующих геокриологические условия, грунты могут находиться в многолетне- и сезонномерзлом, сезонноталом, талом и переохлажденном состояниях, а, следовательно, обладать различными прочностными и деформационными свойствами.

Одним из важнейших направлений, отражающих современную практику северного строительства, является сохранение традиционного состояния многолетнемерзлых грунтов в зоне хозяйствования человека. При этом условии сохраняется равновесное состояние окружающей среды и устойчивость сооружений, возводимых на этих грунтах.

Эффективным способом поддержания или усиления мерзлого состояния грунта в основаниях сооружений является использование низких температур наружного воздуха с помощью парожидкостных термосифонов, называемых термостабилизаторами.

Область использования термостабилизаторов весьма широка: стабилизация грунта в основаниях фундаментов и сооружений, опор мостов, трубопроводов, линий электропередач, создание противофильтрационных завес, ледовых переправ, стабилизация полотна железных дорог и др.

На кафедре «Холодильная и компрессорная техника и технология» на базе запатентованных элементов разработан лабораторный стенд для исследования характеристик термостабилизатора грунта с винтовым наконечником и винтовым оребрением на испарительных зонах. (Рис 1.) Применение винтовых термосвай обусловлено наличием следующих преимуществ относительно обычных термосвай:

1. Повышается эффективность процесса теплообмена с грунтом за счет увеличения площади контактной поверхности испарительных зон;

2. Увеличение устойчивости свай в вертикальном положении, что значительно продлевает срок ее службы;

81

3. Упрощение установки термостабилизатора в некоторые типы грунта путем ввинчивания, что позволяет устанавливать его вручную, несколькими рабочими, без использования строительной техники.

4. Конструкция винтовых свай бывает различной в зависимости от типа охлаждаемых грунтов, климатических условий.

5. Увеличение шага установки термостабилизаторов, благодаря большему радиусу заморозки. Шаг корректируется с учетом взаимного воздействия двух охлаждающих колонок.

Рис. 1. Поле температур от двух термостабилизаторов, построенное с помощью программного комплекса Ansys

Также благодаря винтовому наконечнику и винтовому оребрению на испарительных зонах усиливается эффект «зональной» заморозки (Устройство для аккумуляции холода: пат.62617) из-за увеличения площади теплообмена (Рис.2). Винтовые лопасти стальные или чугунные. Существуют несколько методик расчета винтовых свай [1].

4 11

Рис. 2. Схема устройства для аккумуляции холода

82

Устройство для аккумуляции холода включает трубу, выполненную в виде термосваи

1, состоящую из испарителей 2с винтовым наконечником и 3 с винтовым оребрением, заполненных хладагентом, конденсатора 4, состоящего из конденсаторных зон А и В, вокруг конденсаторной зоны А расположен трубопровод 5, выполняющий роль испарителя и выполненный в виде трубки эллипсного сечения плотно навитой на термосваю 1 вокруг трубопровода 5 смонтирована оболочка с теплоизоляцией 6 для уменьшения теплопритоков от грунта к зоне А. Термосвая 1 помещается в грунт на глубину L (до 50 метров), содержит испаритель

2, который через промежуточную трубу 7 соединен с воронкой 8. Воронка 8 расположена на расстоянии L2 от конденсаторной зоны А и выполнена с трапециевидными отверстиями с размерами Rl, R2, m, ^ г и бортиком f таким образом, чтобы бортик f был направлен в сторону движения пара для сбора испаряющихся паров и поступления их в зоны конденсации А или В и во избежание попадания хладагента в отверстия С. Испаритель 3 (рис.5), выполненный из теплоизоляционного материала, через соединенную с внутренней стороны стакана промежуточную трубу 9, соединен с воронкой 10. Воронка 10 расположена на расстоянии Ll

от конденсаторной зоны А и выполнена с трапециевидными отверстиями с размерами Я^, Я2, т, И, г и бортиком Г, таким образом, чтобы бортик { был направлен в сторону движения пара для сбора испаряющихся паров и поступления их в зоны конденсации А или В и во избежание попадания хладагента в отверстия С.[2]

Сваи, в зависимости от предлагаемого использования имеют различный диаметры опорной трубы, различные диаметры, шаг винта (Рис. 3). Чем больше шаг винта, тем быстрее происходит монтаж. Для песчаных грунтов рекомендуется больший шаг, это меньше взрыхляет грунт. Для плотных глиняных грунтов, для облегчения установки, лучше небольшой шаг винта.

А Б В

Рис. 3. Различия в конструкциях винтовых наконечников термостабилизатора в зависимости от охлаждаемой среды. Для вечномерзлых грунтов

83

Библиографический список

1. Свайные фундаменты : учебное пособие / С. А. Пьянков. - Ульяновск : УлГТУ, 2007. - 105 с.

2.Пат. 62617 Российская Федерация, МПК Е 02 Б 3/115. Устройство для аккумуляции холода / В. А. Афанасьев. - № 2006130575/22 ; заявл. 24.08.2006 ; опубл. 27.04.2007. - Бюл. № 12.

3. Механика мерзлых грунтов и принципы строительства нефтегазовых объектов в условиях Севера : учебник / под ред. Н. Н. Карнаухова. - М. : Изд. центрЛитНефтеГаз, 2008. -432 с.