СПОСОБ УСТРОЙСТВА ПЛИТНОГО ФУНДАМЕНТА НА СВАЯХ ДЛЯ РЕЗЕРВУАРА С НИЗКОТЕМПЕРАТУРНЫМ ПРОДУКТОМ
METHOD OF ARRANGEMENT OF FOUNDATION SLAB ON PILES FOR LOW-TEMPERATURE PRODUCT TANK

Изобретение относится к строительству, области сооружения оснований и фундаментов резервуаров в вечномерзлых грунтах.
Прочность пластично-мерзлых и засоленных грунтов иногда недостаточна, чтобы выдержать давление от плитных фундаментов надземных сооружений.
В этих случаях плиты опирают на свайные поля из большого количества мощных длинных свай. Метод усиления плитных фундаментов свайными полями из большого количества свай, расположенных под фундаментами, изложен в СП 50-102-2003, М.,2004, с. 30-31. Грунтовое основание, усиленное сваями, иногда дополнительно охлаждают через отдельно стоящие трубки с охлаждающим газом (СОГ), но только в зимнее время. При положительных температурах наружного воздуха охлаждение вынужденно прекращается. Предельная глубина охлаждения грунта СОГ невелика и не превышает 12 м. При этом интенсивность охлаждения невелика и с глубиной уменьшается до нуля. Направленное регулирование интенсивности охлаждения СОГ невозможно.
Недостатком этого способа является невозможность осуществить промораживание слабого вечномерзлого грунтового основания на большую глубину, соответствующую расчетной глубине погружения свай в условиях Крайнего Севера и высокая себестоимость работ.
Он не учитывает также возможности полного прекращения дополнительного охлаждения грунтового снования через определенной время, когда требуемая низкая температура основания будет поддерживаться за счет образования ореола промерзания от воздействия низкотемпературного продукта в резервуаре.
Не учитывается также возможность уменьшения глубины погружения свай за счет значительного понижения температуры слабого вечномерзлого грунта при принудительном охлаждении.
Целью изобретения является:
- повышение экономичности работ при эксплуатации плитных фундаментов в пластичномерзлых и засоленных (слабых) вечномерзлых грунтах;
- повышение надежности плитного фундамента резервуара.
Цель достигается тем, что плитный фундамент резервуара с низкотемпературным продуктом в слабом вечномерзлом грунте, опирающийся на свайное поле, охлаждают дополнительным промораживанием массива вечномерзлого грунта глубинными термоэлементами методом принудительной регулируемой подачи в них хладагента заданной температуры от внешнего источника его охлаждения по закольцованным распределительным магистралям, а для замораживания грунтового основания под плитой дополнительно используют собственную отрицательную температуру охлажденного продукта, при этом через определенное время, когда ореол промерзания грунтового основания от воздействия низкотемпературного продукта в резервуаре достигнет расчетных температур, дополнительное принудительное промораживание глубинными термоэлементами прекращают.
Цель также достигается тем, что глубинные термоэлементы изготавливают в форме петель, устанавливаемых в предварительно пробуренные скважины и соединенных с магистралью, при этом скважины и траншеи после установки глубинных термоэлементов и магистралей засыпают, а дополнительное промораживание термоэлементами производят на глубину ниже подошвы свай на 6 диаметров свай.
Цель также достигается тем, что глубинные термоэлементы для охлаждения свайного поля разделяют на сектора, объединенные отдельными закольцованными распределительным магистралями, в которые, при необходимости усиления отдельных участков свайного основания, подается хладагент с более низкой температурой, чем в остальных секторах.
Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемый способ отличается всей совокупностью изложенных признаков. Это позволяет сделать вывод о соответствии признаку ″новизна″.
Сравнение не только с прототипом, но и с другими техническими решениями в данной области техники не позволило выявить в них признаки, отличающие заявляемый способ от прототипа, что позволяет сделать вывод о соответствии критерию ″существенные отличия″.
На фиг.1 изображены плитный фундамент на слабом вечномерзлом грунте по предлагаемому способу, опирающийся на свайное поле, и проточные термоэлементы для принудительного охлаждения слабого грунта.
Надземный резервуар 1 с низкотемпературным продуктом установлен на плитном фундаменте 2, который через свайное поле из свай 5 опирается на слабый вечномерзлый пластично-мерзлый или сильнозасоленный грунт 4 (фиг.1a). Между нижней поверхностью плиты 2 и грунтовой поверхностью 3 имеется воздушное пространство для вентиляции и охлаждения поверхности 1 грунта в зимний период.
Температура вечномерзлого грунтового основания в процессе погружения свай значительно повышается. Это приводит к уменьшению несущей способности основания. Обычно после погружения свай грунт дополнительно охлаждают через отдельно стоящие трубки с охлаждающим газом (СОГ), но только в зимнее время. Как было показано выше, это длительный и малопроизводительный процесс, может продолжаться от нескольких месяцев до нескольких лет, а для длинных свай просто невозможен.
Предлагается промораживание массива вечномерзлого грунта 4 осуществлять методом принудительной регулируемой подачи хладагента 8 заданной температуры от источника его охлаждения (фиг.1а, 1b). Для этого необходимо использовать термоэлементы 6, соединенные с закольцованными распределительными магистралями 7. Постоянная бесперебойная подача хладагента позволяет ускорить процесс охлаждения грунта 4 в свайном поле из свай 5. В итоге вокруг свай получают грунтовый массив с заданной температурой и прогнозируемой расчетной прочностью.
После принудительного промораживания грунтового основания в резервуар заливают продукт с отрицательной температурой (например, сжиженный природный газ с температурой минус 160°С). В течение длительного многолетнего срока эксплуатации резервуара, благодаря теплообмену, этот продукт будет дополнительно охлаждать грунтовое основание свайного поля. При этом через определенное время, когда ореол промерзания 10 основания от воздействия низкотемпературного продукта в резервуаре достигнет достаточно низких температур, значения которых определяют теплотехническим расчетом, дополнительное принудительное промораживание глубинными термоэлементами частично, а затем и полностью, прекращают (фиг.1а).
3
2
S
S
Глубинные охладители 6 (фиг.1а) изготавливают из труб небольшого диаметра в форме петель (фиг.1b), устанавливают ниже слоя сезонного оттаивания грунта 11 в предварительно пробуренные скважины 9 и соединяют с закольцованной магистралью 7, при этом скважины и траншеи после установки глубинных охладителей и магистралей засыпают вынутым ранее грунтом. В целях обеспечения несущей способности свай нижний конец термоэлементов должен быть ниже подошвы свай на 6 диаметров свай. То есть должно соблюдаться условие (L-L>6D), где D - диаметр сваи (фиг.1а).
Хладоноситель поступает из охлаждающей установки (например, из агрегатов для сжижения газа), проходит по магистралям через охлаждаемые термоэлементы 6 и возвращается к охлаждающей установке для повторного цикла охлаждения. Теплотехническим расчетом определяется оптимальная длина магистрали.
Щеленарезными машинами устраивают узкие траншеи глубиной 1,0-2,0 м. В них прокладывают магистрали из транспортирующих теплоизолированных оцинкованных трубок и засыпают вынутым грунтом (фиг.1а). Магистрали оборудуют задвижками и приборами наблюдений и автоматического регулирования температуры замороженного грунта.
При контрольном нагружении резервуара могут возникнуть просадки отдельных участков свайного поля, вызванные неправильной технологией погружения или попаданием отдельных свай в грунтовые рассолы или локальные слабые грунты, не выявленные в процессе инженерно-геологических изысканий. Для этих случаев предлагается глубинные термоэлементы для охлаждения свайного поля разделить на секторы. Каждое из них объединяют автономными закольцованными распределительным магистралями, в которые, при необходимости усиления отдельных участков свайного основания, подается хладагент с более низкой температурой. Более низкая температура увеличит прочность основания в отдельном секторе. Местное укрепление слабых секторов свайного поля необходимо производить при первых же признаках просадки фундаментной плиты в процессе испытаний.