ТЕРМОСТАБИЛИЗАТОР ГРУНТОВ
HEAT SETTING OF GROUNDS

Изобретение относиться к области строительства в районах со сложными инженерно-геокриологическими условиями, а именно термостабилизации многолетнемерзлых и слабых грунтов.
Известно, при строительстве капитальных сооружений, дорог, путепроводов, нефтяных скважин, резервуаров и т.д. на вечномерзлых грунтах необходимо применять специальные меры по сохранению температурного режима грунтов в течение всего периода эксплуатации и предотвращения разупрочнения несущих оснований при оттаивании. Наиболее эффективным методом являются расположение в основании сооружения стабилизаторов пластично-мерзлого грунта, обычно содержащих систему труб, заполненных хладагентом и соединенных конденсаторной частью (например: патентная заявка РФ №93045813, №94027968, №2002121575, №2006111380, Патенты РФ №2384672, №2157872.
Обычно установку СПМГ проводят до строительства сооружений: готовят котлован, отсыпают песчаную подушку, монтируют термостабилизаторы, производят отсыпку грунта и устанавливают слой теплоизоляции (Журнал «Основания, фундаменты и механика грунтов, №6, 2007, с. 24-28). После завершения строительства сооружения контроль работы термостабилизатора и ремонт отдельных частей сильно затруднен, что требует дополнительного резервирования (Журнал «Газовая промышленность», №9, 1991, с. 16-17). Для улучшения ремонтопригодности термостабилизаторов предлагается размещать их внутри защитных труб с одним заглушенным торцом, заполненных жидкостью с высокой теплопроводностью (патент РФ №2157872). Защитные трубы располагают под отсыпкой грунта и слоем теплоизоляции с уклоном 0-10° к продольной оси основания. Открытый торец трубы выведен за пределы контура отсыпки грунта. Такая конструкция позволяет в случае нарушения герметичности, деформации или при других дефектах охлаждающих труб извлекать их, производить текущий ремонт и устанавливать обратно. Однако в этом случае значительно увеличивается стоимость изделия за счет использования защитных труб и специальной жидкости.
Для охлаждения грунта в основании сооружений в эксплуатационный период используют тепловые трубы различных конструкций (патент РФ №2327940, патент РФ на полезную модель №68108), устанавливаемые в скважины. Для обеспечения удобства изготовления, транспортировки и монтажа тепловых труб их корпус имеет по крайней мере одну вставку, выполненную в виде сильфона (патент РФ на полезную модель №83831). Вставка обычно снабжена жесткой съемной обоймой для фиксации взаимного положения секций корпуса. Жесткая обойма может иметь перфорацию для заполнения пространства между ней и сильфоном грунтом с целью уменьшения теплового сопротивления. Погружение тепловой трубы в скважину предполагается посекционное, путем статического вдавливания. Это приводит к большим изгибающим нагрузкам на конструкцию, что может привести к ее повреждению.
Близким к настоящему изобретению является способ устранения осадок насыпей на вечной мерзлоте замораживанием оттаивающих грунтов длинномерными термосифонами (ОАО «РЖД», ФГУП ВНИИЖТ, «Технические указания по устранению осадок насыпей на вечной мерзлоте замораживанием оттаивающих грунтов длинномерными термосифонами» М., 2007). Этот способ предусматривает бурение нескольких наклонных скважин навстречу друг другу с противоположных концов сооружения, после чего охлаждающие устройства (термосифоны) погружаются до конечной глубины скважины статической вдавливающей нагрузкой. Как уже отмечалось, при этом возникают значительные разрушающие нагрузки на конструктивные элементы охлаждающего устройства.
Наиболее близким к настоящему изобретению является изобретение №2454506 C2 МПК Е02Д 3/115 (2006.01) «Охлаждающее устройство для температурной стабилизации многолетнемерзлых грунтов и способ монтажа такого устройства». Данное изобретение направлено на повышение технологичности процесса монтажа длинномерных термостабилизаторов, уменьшение времени установки, увеличение надежности конструкции и замены поврежденных участков при этом одновременно уменьшается стоимость монтажа устройства.
Заявленный технический результат достигается тем, что монтаж охлаждающего устройства для температурной стабилизации многолетнемерзлых грунтов включает:
- прохождение сквозной скважины;
- протяжку в направлении, обратном направлению проходки скважины термостабилизатора;
- монтаж конденсаторов.
Термостабилизатор (длинномерный термосифон) содержит заправленные хладагентом трубы конденсатора и испарителя, соединенные сильфонными рукавами (сильфонами). Каждый из рукавов укреплен бандажами. Трубы конденсатора расположены по краям термостабилизатора и протяжку осуществляют до положения, при котором трубы конденсатора будут расположены над поверхностью грунта.
Конденсаторы (теплообменники) включают в себя трубы конденсатора с установленными на них охлаждающими элементами (ребордами, дисками, ребрами и т.п.или радиаторами иной конструкции). Обычно монтаж теплообменника осуществляют путем напрессовки дисковых реборд на трубу конденсатора. Такой способ является наиболее удобным в таких климатических условиях. В случае необходимости могут быть использованы сварка и монтаж посредством болтовых соединений. В рамках настоящего изобретения можно применять также конденсаторы другой конструкции. То, что окончательный монтаж конденсатора осуществляют после протягивания термостабилизатора через скважину, позволяет использовать скважины меньшего диаметра и не требует больших материальных и трудозатрат.
Установка конденсаторов с обеих сторон термостабилизатора позволяет повысить эффективность работы устройства. А способ установки позволяет использовать термостабилизаторы значительно большей длины и, как следствие, значительно увеличить зону охлаждения. Один из конденсаторов может быть смонтирован еще на заводе-изготовителе, что упрощает процедуру монтажа в трудных климатических условиях. (Поскольку вместо обычной процедуры вдавливания термостабилизатора в соответствии с настоящим изобретением используют протягивание, уменьшается опасность повредить конденсатор при установке термостабилизатора).
Таким образом, данное изобретение улучшает технологичность процесса монтажа длинномерных термостабилизаторов за счет изменения направления установки термостабилизатора; уменьшает время установки устройства за счет снижения количества операций и возможности вести работы с одной стороны сооружения; увеличивает надежность и безопасность монтажа; упрощает процедуру замены поврежденных участков. Благодаря низкой стоимости монтажных работ и возможности их проведения уже в процессе эксплуатации объекта, более рентабельным является замена вышедших из строя термостабилизаторов путем прокладки дополнительных линий, чем их демонтаж и ремонт.
Недостатком известного технического решения является сложное конструкционное решение и в следствие этого узкая область применения в связи с ограниченными по глубине заложения сваи и при глубоком замораживании грунта в других случаях, а также низкий коэффициент полезного действия вследствие горизонтальной системы охлаждения принудительного действия.
Задачей настоящего изобретения является создание рационального, надежного термостабилизатора грунтов, отвечающего высоким технологическим и конструктивным требованиям сохранения температурного режима грунтов в течение всего периода эксплуатации, благодаря соответствию термостабилизатора архитектурным особенностям сооружения.
Термостабилизаторы поставляются на место проведения монтажа полностью собранными, не требующими сборки на месте эксплуатации. При этом термостабилизатор изготовлен в исполнении для сейсмических районов (до 9 баллов по шкале MSK-64) с сроком службы и сроком службы антикоррозионного покрытия 50 лет. Термостабилизатор имеет антикоррозионное покрытие (цинковое), выполненное в заводских условиях.
Термостабилизатор погружается непосредственно после бурения скважины. Зазор между термостабилизатором и стенкой скважины заполняется грунтовым раствором влажностью 0,5 и выше. Используется грунт выбуренный при проходке скважины или глинисто-песчаная смесь.
Уровень низа термостабилизатора и уровень низа скважины определяются при монтаже термостабилизатора.
Сущность изобретения поясняется рис. 1.
Термостабилизатор состоит из: конденсатора термостабилизатора 1, корпуса конденсатора 2, колпачка конденсатора 3, трубы стальной термостабилизатора 4, трубы алюминиевой конденсатора 5, скобы монтажной термостабилизатора 6, корпуса термостабилизатора 7, наконечника термостабилизатора 8, вставки теплоизолирующей термостабилизатора 9.
Конденсатор термостабилизатора 1 выполнен в виде вертикальной трубы - корпуса конденсатора 2, состоящей из колпачка конденсатора 3 и двух оребренных конденсаторов с внешней стороны, оребрение накатывают, установив трубу алюминиевую конденсатора 5 вплотную к сварному шву.
2
Оребрение высокоэффективное, винтовое направление витков произвольное. На поверхности оребрения допускается деформирование на витках не более 10 мм, покрытие поверхности трубы алюминиевой после накатки - химическое пассивирование в растворе щелочи и соли. Площадь оребрения - не менее 2,43 м.
Эффективное охлаждения термостабилизатора достигается за счет большой площади поверхности оребрения.
Корпус термостабилизатора допускается изготавливать из двух-трех частей, сваренных на установке автоматической сварки стальных труб МД (шов нестандартный, сварка производиться вращающейся магнитоуправляемой дугой).
2
Сварной шов испытывается на прочность и герметичность воздухом при избыточном давлении 6,0 МПа (60 кгс/см) под водой.
Оребрение конденсатора накатывать, установив трубу алюминиевую конусом вплотную к сварному шву.
2
На поверхности оребрения допускается деформация на витках глубиной не более 10 мм - линейная, продольная и радиальная - винтовая, а также до семи витков с каждого торца менее диаметра 67. Покрытие поверхности трубы алюминиевой после накатки - химическое пассивирование в растворе щелочи и соли. Площадь оребрения не менее 2,3 м.
Термостабилизатор имеет элемент для строповки в верхней части в виде монтажной скобы. Строповка осуществляется с помощью текстильной стропы в виде петли, грузоподъемностью 0,5 т.
Термостабилизаторы имеют наружное антикоррозионное цинковое покрытие, выполненное в заводских условиях.
Климатические условия проведения монтажа термостабилизаторов:
- температура не ниже минус 40°C;
- относительная влажность воздуха от 25 до 75%;
- атмосферное давление 84,0-106,7 кПа (630-800 мм рт.ст.).
Место для проведения монтажа термостабилизаторов должно отвечать следующим условиям:
- иметь достаточную освещенность, не менее 200 лк;
- должно быть оборудовано грузоподъемными механизмами.
Зазор между термостабилизатором и стенкой скважины заполняется грунтовым раствором влажностью 0,5 и выше. Используется грунт, выбуренный при проходке скважины, или глинисто-песчаная смесь.
Теплоизоляция термостабилизатора 9 производят в зоне сезонного протаивания.
Сталь для стальных труб термостабилизатора является адаптированной к условиям севера и имеет антикоррозионное цинковое покрытие. Термостабилизатор имеет малый вес благодаря небольшому диаметру, при этом сохраняется широкий радиус промерзания грунта.
Термостабилизаторы поставляются на место проведения монтажа полностью собранными, не требующими сборки на месте эксплуатации. При этом термостабилизатор изготовлен в исполнении для сейсмических районов (до 9 баллов по шкале MSK-64) со сроком службы антикоррозионного покрытия 50 лет. Термостабилизатор имеет антикоррозионное покрытие (цинковое), выполненное в заводских условиях.