КОЛОНКА ВЕРТИКАЛЬНАЯ ОХЛАЖДАЮЩАЯ

Полезная модель относится к области строительства и может быть использована для повышения несущей способности грунтов оснований и фундаментов путем охлаждения заданного интервала грунта и восстановления кровли вечномерзлых грунтов.
Рост температуры мерзлых грунтов и уменьшение их несущей способности представляют серьезную угрозу для зданий и сооружений. Многие из них построены на свайных фундаментах, используют многолетнемерзлый грунт в качестве оснований и рассчитаны на эксплуатацию в определенных температурных условиях. При отклонении от проектного режима эксплуатации отапливаемых зданий и сооружений процесс таяния льдонасыщенных мерзлых грунтов происходит интенсивнее. Особенно быстрое оттаивание мерзлых грунтов наблюдается в основании фундаментов при попадании в них грунтовых или теплых технологических вод, образующихся, например, под влиянием тепловыделения сооружений или инженерных коммуникаций.
Для уменьшения глубины чаши оттаивания и восстановления глубины залегания кровли вечномерзлых грунтов используется целый комплекс мероприятий, направленных на повышение несущей способности грунтов оснований и фундаментов. Использование устройств принудительного охлаждения - охлаждающих колонок, входящих в состав рассольной сети - один из вариантов термостабилизации грунтов.
Известны устройства для искусственного охлаждения грунта - замораживающие колонки, входящие в состав рассольной системы принудительного охлаждения. Известная замораживающая колонка состоит из замораживающей трубы, башмака, головки и питающей трубы, расположенной коаксиально замораживающей трубе с образованием кольцевого зазора для циркуляции охлаждающего рассола (Н.Г.Трупак, Замораживание грунтов при строительстве подземных сооружений. М., «Недра», 1979, сс.92-104). Также известны замораживающие колонки, включающие корпус с наглухо заваренным нижним концом, опущенные в корпус питающую и отводящую трубы. (С.Н.Власов и др. Строительство метрополитенов. М., «Транспорт» 1987, рис.83).
В результате использования известных устройств, охлаждение грунтового массива происходит по всей длине колонки, а учитывая тот факт, что грунты чаши оттаивания, как правило, обводнены и мелкодисперсны, это приводит к возникновению значительных сил морозного пучения. Если суммарная сила морозного пучения превысит несущую способность фундамента по боковой поверхности, то возникнут деформации с обратным знаком, которые приведут к скорейшему разрушению здания. Для предотвращения этого явления необходимо подбирать мощность промораживаемой толщи грунта.
Техническое решение по предлагаемой полезной модели направлено на достижение технического результата заключающегося в повышении несущей способности грунтов оснований сооружений путем охлаждения заданного интервала грунта основания в сочетании с повышением эффективности охлаждения.
Известно устройство для зонального замораживания пород (авторское свидетельство СССР №479849, кл. E02D 3/12, опубликовано 05.08.1975 г.), включающее обсадную трубу с днищем, подающую и отсасывающую трубы и разъемный фланец с уплотнительной прокладкой, который, с целью удержания рассола на заданном уровне, смонтирован внутри обсадной трубы и на который насыпан песок, пропитанный полимерным вяжущим.
Наиболее близким к предлагаемому является техническое решение, заключающееся в применении устройства для локального замораживания грунтов, входящее в состав рассольной системы принудительного охлаждения (Н.Г.Трупак. Замораживание грунтов при строительстве подземных сооружений. М., «Недра», 1979, сс.305-309). Известное устройство включает замораживающую колонку, в которую опускаются питающая и отводящая трубы. На глубине, где не требуется производить замораживание грунта, в колонку вваривается диафрагма с отверстиями для пропуска питающей и отводящей труб. Свободное пространство верхней части колонки - над диафрагмой - заполнено термоизоляционным материалом - древесными опилками, а в нижней части колонки циркулирует охлаждающий рассол.
К недостаткам известных устройств можно отнести низкую эффективность промораживания грунта, так как, во-первых, применение в качестве термоизоляционного материала песка с полимерным вяжущим или древесных опилок ведет к теплопотерям при транспортировке рассола в замораживающую часть колонки, а, во-вторых, в замораживающей части колонки происходит смешивание прибывающего и отработанного потоков охлаждающего рассола, кроме того, внутренний объем рассола не контактирует со стенками замораживающей трубы и, следовательно, не участвует в процессе охлаждения. Так же, в известном устройстве не решена проблема температурного расширения материалов при использовании разнородных металлов в конструкции колонки, что приводит к снижению срока службы устройства.
Задачей настоящей полезной модели является обеспечение возможности замораживания заданного интервала грунта, повышение эффективности работы устройства путем увеличения интенсивности теплообмена и повышении надежности устройства при длительной эксплуатации.
Решение поставленной задачи достигается тем, что колонка вертикальная охлаждающая включает погруженный вертикально в грунт герметично закрытый корпус, содержащий нагнетательную трубу, подающую охлаждающий рассол из рассольной системы принудительного охлаждения, и отводящую трубу. Согласно полезной модели, корпус состоит из двух труб одинакового диаметра: верхней - транспортной и нижней - охлаждающей, соединенных втулкой, содержащей заглушку с двумя отверстиями, через одно из которых пропущена нагнетательная труба, а к другому отверстию приварен нижний конец отводящей трубы, при этом верхняя труба корпуса герметична и заполнена термоизоляционным материалом - инертным газом, что так же позволяет избегать теплопотери при транспортировке охлаждающего рассола в нижнюю охлаждающую трубу. Для предотвращения соприкосновения нагнетательной и отводящей трубы между собой и со стенками верхней трубы корпуса, нагнетательная и отводящая трубы продеты, по крайней мере, в один резиновый диск, фиксирующий их положение, при этом диаметр диска меньше диаметра трубы корпуса.
Нижняя охлаждающая труба корпуса предназначена для циркуляции охлаждающего рассола и содержит внутри полую трубу, расположенную коаксиально корпусу с кольцевым зазором для циркуляции охлаждающего рассола, закрытую с обоих концов заглушками, имеющими по одному отверстию, через которые, сквозь полость трубы, пропущена нагнетательная труба, подающая охлаждающий рассол в пространство между нижней заглушкой внутренней трубы и нижней заглушкой корпуса. Наличие внутренней трубы увеличивает интенсивность теплообмена при одновременном снижении расхода охлаждающего рассола. Для обеспечения продвижения рассола вверх по всему пространству упомянутого кольцевого зазора и для разделения вновь поступающего и отработанного потоков рассола на нижней части внутренней трубы, с внешней стороны, навиты витки спирали с вертикальной осевой линией.
Внутренняя труба крепится посредством полой соединительной трубки, верхний конец которой приварен к отверстию в заглушке втулки, предназначенному для пропуска нагнетательной трубы, а нижний конец приварен к отверстию в верхней заглушке внутренней трубы, при этом диаметр соединительной трубки больше диаметра нагнетательной трубы.
Величина кольцевого зазора между нижней трубой корпуса и внутренней трубой меньше диаметра внутренней трубы.
Нижняя труба корпуса и содержащаяся в ней внутренняя труба выполнены из нержавеющей стали, а верхняя труба может быть выполнена из обычной промышленной стали.
Кроме того, для предотвращения температурных деформаций нагнетательная и отводящая трубы выполнены с компенсаторами температурной деформации, радиус изгиба которых 29 мм.
Сущность полезной модели поясняется чертежом, где на фиг.1 показана колонка вертикальная охлаждающая, продольный разрез, на фиг.2 - то же, разрез по линии 1-1.
Колонка вертикальная охлаждающая включает погруженный вертикально в грунт герметично закрытый корпус, содержащий нагнетательную 1 и отводящую 2 трубы, согласно полезной модели, корпус состоит из двух труб одинакового диаметра: верхней - транспортной 3 и нижней - охлаждающей 4, соединенных втулкой 5, содержащей заглушку 6 с двумя отверстиями, через одно из которых пропущена нагнетательная труба 1, а к другому отверстию приварен нижний конец отводящей трубы 2, при этом верхняя труба корпуса герметична и заполнена инертным газом. Для предотвращения соприкосновения нагнетательной 1 и отводящей 2 трубы между собой и со стенками верхней трубы 3 корпуса, нагнетательная и отводящая трубы продеты, по крайней мере, в один резиновый диск 7, фиксирующий их положение, при этом диаметр диска меньше диаметра трубы корпуса.
Нижняя труба 4 корпуса содержит внутри полую трубу 8, расположенную коаксиально корпусу с кольцевым зазором 9 для циркуляции охлаждающего рассола, герметично закрытую сверху и снизу заглушками 10 и 11 соответственно, имеющими отверстия, через которые, сквозь полость трубы, пропущена нагнетательная труба 1, подающая охлаждающий рассол в пространство между нижней заглушкой 11 внутренней трубы и нижней заглушкой 12 корпуса. Для обеспечения продвижения охлаждающего рассола вверх по всему пространству кольцевого зазора 9 и для разделения вновь поступающего и отработанного потоков охлаждающего рассола на нижней части внутренней трубы, с внешней стороны, навиты витки спирали 13 с вертикальной осевой линией.
Внутренняя труба крепится посредством полой соединительной трубки 14, верхний конец которой приварен к отверстию в заглушке 6 втулки, предназначенному для пропуска нагнетательной трубы 1, а нижний конец приварен к отверстию в верхней заглушке 10 внутренней трубы, при этом диаметр соединительной трубки больше диаметра нагнетательной трубы.
Величина кольцевого зазора 9 между нижней трубой 4 корпуса и внутренней трубой 8 меньше диаметра внутренней трубы.
Кроме того, для предотвращения температурных деформаций нагнетательная и отводящая трубы выполнены с компенсаторами температурной деформации 15, радиус изгиба которых 29 мм.
Работает колонка вертикальная охлаждающая следующим образом.
В нагнетательную трубу 1 из рассольной системы принудительного охлаждения под давлением подается охлаждающий рассол, который по упомянутой трубе 1 транспортируется в нижнюю трубу 4 корпуса в пространство между нижней заглушкой 11 внутренней трубы и нижней заглушкой 12 корпуса. Попадая в кольцевой зазор 9, охлаждающий рассол проходит по виткам спирали 13 и далее вверх по кольцевому зазору до втулки 6, охлаждая пройденный интервал грунта. В полости между верхней заглушкой 10 внутренней трубы и втулкой 6 отработанный рассол собирается и выводится по отводящей трубе 2 в систему принудительного охлаждения.