СПОСОБ ТЕРМОСТАБИЛИЗАЦИИ ГРУНТОВ ОСНОВАНИЙ СВАЙНЫХ ФУНДАМЕНТОВ ОПОР ТРУБОПРОВОДА
METHOD OF THERMAL STABILIZATION OF SOIL BASE OF PILE FOUNDATION OF PIPE SUPPORTS

Изобретение относится к теплотехнике в области строительства, а именно к термостабилизации грунтовых оснований свайных фундаментов опор трубопровода и трубопроводов подземной прокладки, расположенных на многолетнемерзлых грунтах.
Известен способ устройства основания в вечномерзлых грунтах [патент на изобретение RU 2034955 С1, опубл. 10.05.1995, МПК: E02D 3/12], включающий монтаж охлаждающих вентиляционных каналов и создание мерзлой плиты в приповерхностной зоне грунта. Перед монтажом охлаждающих вентиляционных каналов по всей поверхности плиты под ней отрывают котлован, укладывают на его дно защитный слой, перекрывающий ослабленные зоны, производят послойную обратную засыпку грунта в котлован с уплотнением каждого слоя и устанавливают арматурные сетки. Монтаж охлаждающих вентиляционных каналов ведут поярусно.
Недостатком известного решения является высокая себестоимость и трудоемкость работ по устройству основания в вечномерзлых грунтах. Кроме того, в зимний период времени, при высокой влажности и колебаниях температур воздуха могут наблюдаться образования конденсата на внутренних стенках охлаждающих вентиляционных каналов, приводящие к формированию «ледяной пробки».
Наиболее близким аналогом заявленного изобретения является способ осуществления устройства грунтового основания для здания или сооружения на вечномерзлых грунтах [патент на полезную модель RU 94992 U1, опубл. 10.06.2010, МПК: E02D 27/35, E02D 3/00], заключающийся в том, что производят интенсивное замораживание грунтов основания путем регулярной расчистки территории застройки от снега в зимний период. Производят работы по устройству гидроизоляционного слоя по материнскому грунту основания: укладывают гидроизоляционный материал в заранее подготовленный котлован. Укладывают слой песчаного грунта, обработанного заранее приготовленным известным водным раствором поливинилового спирта (ПВС) послойно, с уплотнением и укладкой слоя изотропного армирующего элемента в середине слоя песчаного грунта. Обработка слоя песчаного грунта водным раствором ПВС с помощью растворосмесителя повышает предельно-длительную прочность смерзания раствора с фундаментом. При этом используют соотношение: 1 см раствора пропитывает 2,5-3 см грунта. Переувлажненный грунт предварительно дренируют. Для перевода основания фундамента и самого фундамента в рабочее состояние закрепляющий состав замораживают и выдерживают при температуре окружающих мерзлых грунтов в течение не менее пяти суток до полного завершения процессов кристаллизации ПВС в мерзлом грунтовом растворе.
Пока грунт, обработанный ПВС, находится в талом состоянии и на нем выполняют работы по монтажу фундаментной плиты. Прочность слоя песчаного талого грунта основания, обработанного ПВС, усиливают путем армирования изотропным армирующим элементом, например георешеткой «TENSAR». Армирование производят следующим образом: после укладки половины высоты слоя песчаного грунта укладывают слой георешетки «TENSAR», после чего заканчивают укладку слоя песчаного грунта.
К недостаткам наиболее близкого аналога можно отнести применение токсичного химического раствора для повышения предельно длительно-длительной прочности смерзания раствора с фундаментом, перераспределение водного раствора по разрезу слоя грунта за счет гравитационных сил и его аккумулирование на гидроизолирующем основании до начала промораживания закрепляющего состава. Также данное устройство характеризуется значительными экономическими затратами на формирование основания фундамента и отсутствием параметрических характеристик закрепляющего раствора.
Задачей, на решение которой направлено заявленное изобретение, является предотвращение просадки грунтовых оснований свайных фундаментов опор трубопровода и трубопроводов подземной прокладки при формировании ореолов оттаивания и осадке льдистых грунтов.
Техническим результатом, достигаемым при использовании заявленного изобретения, является повышение надежности конструкции при строительстве свайных фундаментов опор трубопровода и трубопроводов подземной прокладки, расположенных на многолетнемерзлых грунтах, а также безопасной эксплуатации магистральных нефтепроводов на проектных режимах в течение заданного срока на территории распространения многолетнемерзлых грунтов (ММГ).
Указанная задача решается, а технический результат достигается за счет того, что при осуществлении способа термостабилизации грунтов оснований свайных фундаментов опор трубопровода и трубопроводов подземной прокладки производят выемку льдистых грунтов в основаниях свайных фундаментов опор трубопровода, трубопроводов подземной прокладки и укладку в выемку композитного материала, установку по меньшей мере двух термостабилизаторов грунта по краям выемки, при этом композитный материал имеет состав при соотношении компонентов, мас. %:
гравелистый песчаный грунт
60-70
вспененный модифицированный полимер
20-25
жидкий теплоноситель
5-20
или
крупный песчаный грунт
70-80
вспененный модифицированный полимер
10-15
жидкий теплоноситель
5-20,
причем для пропитки полимера выбирают жидкий теплоноситель, характеризующийся высокой теплоемкостью и низкой температурой замерзания до -25°С.
Кроме того, охлаждение композитного материала производят с применением термостабилизаторов грунта либо за счет сезонного промораживания грунтов.
Дополнительно, перед укладкой композитного материала в выемку укладывают геотекстильный материал.
Кроме того, композитный материал закладывают при минимальном значении влажности в диапазоне 0-10%.
Дополнительно, для подготовки композитного материала производят последовательно обезвоживание и сушку песчаного грунта, смешивание компонентов композитного материала и подачу композитного материала для укладки в выемку.
Заявленное изобретение поясняется чертежом (фиг.1), на котором изображено основание свайных фундаментов опор трубопровода и трубопроводов подземной прокладки, и позициями обозначены:
1 - свайный фундамент;
2 - грунтовое основание;
3 - домкратная установка;
4 - льдистый грунт;
5 - геотекстильный материал;
6 - мерзлое основание выемки оттаявшего грунта;
7 - композитный материал;
8 - песчаный грунт;
9 - термостабилизатор грунта.
На начальном этапе способа термостабилизации грунтов оснований свайных фундаментов 1 опор трубопровода и трубопроводов подземной прокладки проводят работы по снятию нагрузки свайного фундамента 1 на грунтовое основание 2, путем фиксирования свайного фундамента 1 в вертикальном положении, например, при помощи домкратной установки 3. После этого производят выемку оттаявших льдистых грунтов 4. Затем проводят укладку геотекстильного материала 5 на мерзлое основание выемки оттаявшего грунта 6, расположенное под свайным фундаментом 1.
Далее проводят подготовку композитного материала 7, состоящего из песчаного грунта 8, вспененного модифицированного полимера (на чертеже не показан), например, низкопентанового полистирола, пропитанного жидким теплоносителем (на чертеже не показан), например, модифицированным глицериновым антифризом, характеризующимся высокой теплоемкостью и низкой температурой замерзания до -25°C. Композитный материал 7 может иметь два варианта состава в соответствии с Таблицей 1.
Для подготовки композитного материала 7 производят последовательно обезвоживание и сушку песчаного грунта 8, смешивание компонентов композитного материала 7 и подачу композитного материала 7 для укладки в выемку. Подготовленный композитный материал 7 укладывают на геотекстильный материал 5, который затем сшивают по краям с образованием замкнутой полости с композитным материалом 7 внутри. Затем при помощи домкратной установки 3 свайный фундамент 1 опускают на подготовленную подушку из композитного материала 7. Композитный материал 7 закладывают при минимальном значении влажности в диапазоне 0-10%, что предотвращает возможность развития морозного пучения и осадки грунтовых оснований 2 в пределах глубины залегания слоя сезонного промерзания-оттаивания.
После установки свайного фундамента 1 на подушку из композитного материала 7 проводится засыпка основания свайного фундамента 1 и подушки из композитного материала 7 песчаным грунтом 8.
Затем для охлаждения композитного материала 7 и поддержания в мерзлом состоянии льдистого грунта 4 вблизи свайного фундамента 1 устанавливают по меньшей мере два термостабилизатора грунта 9 с противоположных краев выемки. Каждый термостабилизатор грунта 9 устанавливают на расстоянии 0,3-0,7 м от края заложения композитного материала 7. Охлаждение композитного материала 7 производят с применением термостабилизаторов грунта 9, либо за счет сезонного промораживания грунтов.
В результате достигается повышение надежности конструкции при строительстве свайных фундаментов опор трубопровода и трубопроводов подземной прокладки, расположенных на многолетнемерзлых грунтах, а также безопасной эксплуатации магистральных нефтепроводов на проектных режимах в течение заданного срока на территории распространения многолетнемерзлых грунтов.