БУРООПУСКНАЯ ВОЗДУШНО-КОНВЕКТИВНАЯ ТРУБЧАТАЯ ТЕРМОСВАЯ С ДИАФРАГМОЙ

Полезная модель относится к строительству временных мостов (а также виадуков, путепроводов, эстакад), и может применяться при возведении свайных фундаментов временных мостов на вечномерзлых грунтах, используемых в качестве основания в мерзлом состоянии в течение всего срока эксплуатации моста [1, 2, 3].
3
Наиболее близкой к заявляемой полезной модели по технической сущности является буроопускная термосвая [4], состоящая из стальной трубы с герметичной полостью и стального плоского опорного листа, жестко прикрепленного к верхнему торцу трубы. После установки сваи в скважину полость трубы заполняется жидким хладагентом (например, керосином, антифризом и т.п.). Поэтому такая свая одновременно используется в качестве сезоннодействующего охлаждающего устройства - СОУ, обеспечивающего сохранение в мерзлом состоянии вечномерзлых грунтов оснований и постепенное понижение их температуры и, как следствие, повышение несущей способности мерзлых грунтов и свай [5, 6]. Недостатком указанных термосвай-СОУ является необходимость заполнения их герметичных полостей жидким хладагентом. Учитывая, что в фундаментах мостовых опор размещается несколько свай-СОУ (обычно не менее 6-8 штук, имеющих длину до 10 м и диаметром до 0,2 м), то общий расход жидкого хладагента может составлять значительные объемы (1,8-2,4 м на 1 фундамент).
Технической задачей полезной модели является разработка конструкции буроопускной трубчатой термосваи, в которой в качестве хладагента используется холодный атмосферный воздух.
Указанная техническая задача решена за счет того, что буроопускная воздушно-конвективная трубчатая термосвая с диафрагмой, состоящая из стальной трубы (ствола сваи) с герметичной полостью и стального плоского опорного листа, жестко прикрепленного к верхнему торцу трубы, отличается тем, что полость трубы через патрубки заполняется атмосферным холодным воздухом, используемым в качестве хладагента для сохранения в мерзлом состоянии вечномерзлого грунта, окружающего сваи фундамента. При этом внутри трубы размещена вертикальная плоская диафрагма, разделяющая падающий и восходящий потоки холодного воздуха, повышая за счет этого охлаждающую эффективность термосваи.
Предлагаемая полезная модель показана на фиг. 1, где обозначены:
поз. а - вертикальный разрез сваи; поз. б - надземная часть сваи;
поз. 1-1 - поперечный разрез сваи; поз. 1 - стальной плоский опорный лист; поз. 2 - ствол сваи (труба); поз. 3 - элемент крепления опорного листа к стволу сваи; поз 4 - верхний и нижний патрубки; поз. 5 - вертикальная диафрагма; поз. 6 - толща вечномерзлого грунта; поз. 7 - снежный покров; поз. 8 - скважина; поз. 9 - элемент крепления диафрагмы к опорному листу.
Стрелками на фиг. 1 указано движение струй холодного атмосферного воздуха внутри ствола сваи.
Предлагаемая конструкция буроопускной воздушно-конвективной трубчатой термосваи с диафрагмой работает следующим образом. Атмосферный воздух, поступивший в полость ствола сваи 2 через нижний патрубок 4, расположенный обязательно выше снежного покрова 7, опускаясь вниз, где между диафрагмой и дном ствола сваи 2 имеется зазор для прохождения холодного воздуха из одной части ствола сваи 2 в другую, отдает часть холода окружающему сваю мерзлому грунту. Став несколько теплей и легче, воздух поднимается вверх и через верхний патрубок 4 удаляется в атмосферу. В результате конвекции холодного воздуха в полости ствола сваи 2 происходит значительное понижение температуры грунта 6, окружающего ствол сваи 2. В результате сохраняется мерзлое состояние вечномерзлого грунта, окружающего сваи фундамента. В теплый период года, который значительно короче холодного периода, конвекция прекращается автоматически. Постепенно происходит понижение температуры мерзлого грунта и, как следствие, поднятие верхней границы вечномерзлого грунта вокруг фундамента из термосвай. За счет этого повышается несущая способность термосвай, надежность фундамента и моста в процессе его эксплуатации. Устройство свайного фундамента из описанных выше термосвай осуществляется в следующей последовательности. Готовые полностью термосваи опускаются в скважины 8. При этом нижняя часть стволов сваи 2 должны погружаться в толщу вечномерзлого грунта 6 до проектной глубины, но не менее 1 м. После этого свободное пространство скважины 8 засыпается грунтом. В зимний холодный период в полость ствола сваи через нижний патрубок 4 проникает холодный атмосферный воздух и опускается вниз в ограниченную диафрагмой 5 часть полости ствола сваи 2. Опускаясь вниз, холодный воздух отдает часть холода окружающему сваю мерзлому грунту 6, понижает его температуру и ускоряет процесс смерзания свай 2 с окружающим мерзлым грунтом 6. Холодный воздух, отдав часть холода грунту и став несколько легче, поднимается к верхнему патрубку 4 и удаляется из ствола сваи. В течение зимы происходит значительное понижение температуры мерзлого грунта 6 непосредственно под сваями и вокруг них. В результате этого повышается несущая способность мерзлого грунта, а также возрастают силы смерзания ствола сваи с окружающим мерзлым грунтом. Все это обусловливает повышение несущей способности сваи и возрастание сопротивляемости свай воздействию сил морозного пучения грунтов деятельного слоя.
Таким образом, предлагаемая полезная модель позволяет сохранять вечномерзлые грунты оснований свайных фундаментов временных мостов в мерзлом состоянии в течение всего срока их эксплуатации. Также происходит экономия значительных объемов жидкого хладагента (керосина, антифриза и т.п.).
Список источников
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. Справочник по строительству на вечномерзлых грунтах. Л., Стройиздат, 1977.
4. Патент на полезную модель №66750. Буроопускная термосвая с повышенной несущей способностью.
5. Светлов Л.П., Озорнин А.А. Основания и фундаменты: Учебное пособие. - СПб: ВАТТ, 2011.
6. Рекомендации по проектированию опор военных мостов на вечномерзлых грунтах. СПб, ВАТТ, 2010.