Крепление термостабилизаторов грунта от ветровых нагрузок. — Проектирование систем термостабилизации грунтов

Для работы в условиях Ямала предусматривается использование специальных материалов для укрепления грунтовых поверхностей - биоматов. Это полноценный искусственный заменитель почвы на период ее восстановления.

Биомат представляет собой многослойную полностью биологически разлагающуюся основу, между слоями которой уложена рекультивационная смесь, включающая семена многолетних растений, питательные вещества (минеральные и органические удобрения, стимуляторы роста растений, почвообразующие бактерии) и влагоудерживающие компоненты (в виде синтетических полимеров), которые улучшают способность почвы к удержанию влаги.

Использование биоматов направлено на защиту и укрепление поверхностей грунтовых насыпей и откосов, грунтовых обваловок трубопроводов. Применение биомата особенно эффективно в сложных природных условиях в районах Крайнего Севера, где природная среда особенно чувствительна к внешним воздействиям, и происходящее полное или частичное уничтожение растительного покрова крайне резко активизирует процессы водной и ветровой эрозии, оврагообразования.

Применение биоматов позволяет практически восстанавливать почвенно-растительный слой уже в течение первого летнего сезона без укладки плодородного слоя почв и последующего досева трав.

Они изготавливаются в промышленных условиях и доставляются на объект в полностью готовом виде. Строителям останется лишь закрепить их с помощью специальных стержней на месте завершившихся работ.

Термостабилизаторы грунта.

Одним из важнейших направлений, отражающих современную практику северного строительства, является сохранение традиционного состояния многолетнемерзлых грунтов в зоне хозяйствования человека. При этом условии сохраняется равновесное состояние окружающей среды и устойчивость сооружений, возводимых на этих грунтах.

Эффективным способом поддержания или усиления мерзлого состояния грунта в основаниях сооружений является использование низких температур наружного воздуха с помощью парожидкостных термосифонов, называемых термостабилизаторами.

Термостабилизаторы предназначены для охлаждения и замораживания многолетнемерзлого грунта с целью повышения его несущей способности.

Область конкретного использования термостабилизаторов грунтов весьма широка: стабилизация грунта в основаниях фундаментов и сооружений, опор мостов, трубопроводов, линий электропередач.

Конструкция термостабилизатора грунтов представляет собой гравитационно-ориентированную тепловую трубу, в которой осуществляется испарительно-конденсационный процесс передачи тепла с помощью паров легкокипящего хладагента (хладона, пропана, аммиака и т.д.). Оребренная надземная часть представляет собой конденсатор, заглубленная в грунт часть термостабилизатора является испарителем.

Термостабилизатор для грунта содержит внутри герметичного корпуса конструктивные элементы, обеспечивающие его устойчивую работу как в вертикальном, так и в наклонном положениях.

Профиль (рейка) футеровочный полимерный.

Профиль футеровочный полимерный предназначен для защиты наружной поверхности трубопровода при установке чугунных или железобетонных пригрузов (утяжелителей), а также для защиты от механических повреждений изоляционного покрытия трубопроводов в процессе протаскивания трубопровода через футляр подводного перехода в сложной местности. Профили «Нефтегаз» могут также применяться в качестве футеровочных матов под опорными элементами и трубопроводной арматурой.

Применение профилей в значительной мере сокращает время футерования, обеспечивает гарантированную сохранность изоляционного покрытия трубопровода и продлевает срок эксплуатации подводного перехода. Материалы профилей не подвержены гниению, пригодны для использования в агрессивных средах, экологически безопасны, не причиняют вреда окружающей среде и могут применяться в водоёмах с пресной питьевой водой.

Георешётка.

Георешётка позволяет оптимальным образом произвести стабилизацию нагрузки и сопротивление эрозии почвы, что обеспечивает стабильное положение грунта.

Георешётка используется при строительстве газопроводов для укрепления прибрежной береговой линии.

Искусственно созданные насыпи, возникающие при строительстве или работе на строительных участках, невозможно себе представить без применения надлежащей фиксации. Стойкость откосов в данном случае может быть повышена при помощи георешётки, которая позволит увеличить темпы строительства объектов.

Наполнитель георешётки, состоящий из специальной прослойки, проходящей между георешёткой и грунтом, играет важную роль в надёжности создаваемой конструкции.

Георешётка сдерживает энергию потоков воды, предотвращает эрозию, уменьшает сдвигающие силы направленные вдоль склона в контактной зоне с заполнителем.

Скальный лист полимерный для защиты изолированной поверхности трубопроводов.

Скальный лист предназначен для защиты изолированной поверхности трубопроводов диаметром до 1420 мм, включительно, при их подземной прокладке в скальных и вечномерзлых грунтах с острыми фракциями, а также в минеральных грунтах с включениями дресвы, гальки, отдельных каменных глыб.

Скальный лист состоит из нетканого синтетического материала со специальным пластичным и в то же время твердым покрытием. СЛП - абсолютно новое экологически чистое покрытие, предназначенное для защиты изолированной поверхности трубопровода любого диаметра. СЛП могут использоваться в любых климатических условиях.

Конструкция скального листа удовлетворяет таким основным требованиям, как:

1. Обеспечение экологической чистоты окружающей среды;
2. Упрощение процесса футеровки трубопровода (процесса монтажа);
3. Упрощение процесса транспортировки и хранения;
4. Не препятствует катодной защите.

Полимерконтейнерное балластирующее устройство-модернизированная конструкция сдвоенная ПКБУ-МКС.

Полимерно-контейнерное балластирующее устройство-модернизированная конструкция сдвоенная ПКБУ-МКС является изделием, которое состоит из двух контейнеров, соединенных четырьмя силовыми лентами, а также металлических распорных рамок. Такие контейнеры изготавливают из мягких синтетических материалов. Для производства балластирующих устройств используют технические ткани, которые отличаются высокой прочностью и обеспечивают длительность эксплуатации в грунтовых условиях. Их можно применять для балластировки трубопроводов, диаметр которых составляет до 1420 мм, а также тех сооружений, которые плавают в обводненной траншее или эксплуатируются в болотистой местности при таком условии, что глубина траншеи превышает мощность залежей торфа.

Основной особенностью ПКБУ-МКС является отсутствие контакта металлической рамки с изоляционным покрытием трубопровода. ПКБУ-МКС включает в себя контейнерную часть КЧ, представленную одним мешком, а также четырех продольных и четырех поперечных труб - элементов распорных рамок жесткости ЭРРЖ. В случае необходимости балластирующие устройства могут быть объединены в группы посредством соединительных муфт. При диаметре трубопроводов от 1420 до 1620 мм группа может состоять из четырех устройств, а при диаметре 720–1220 мм - из двух.

Термостабилизация грунтов оснований — комплекс тепломелиоративных мероприятий, направленных на обеспечение стабильного устойчивого теплового состояния грунтов в соответствии с выбранным проектным принципом использования грунтов в качестве основания на протяжении всего периода эксплуатации объекта (СТО Газпром 2-2.1-390-2009).

При проектировании сооружений на многолетнемерзлых грунтах (ММГ) проектные организации сталкиваются со следующими проблемами:

1) Грунты находящиеся в мерзлом состоянии не обладают необходимыми несущими характеристиками (высокотемпературные мерзлые грунты), что ведет к увеличению количества свай фундамента для восприятия нагрузок от сооружения и удорожанию проекта.

2) Геологический разрез на площадке строительства представлен ММГ не сливающегося типа, что в процессе эксплуатации объекта может привести как дальнейшему их оттаиванию (осадки фундаментов), так и к промерзанию (пучение фундаментов).

3) По технологическим причинам есть ограничения для устройства проветриваемого подполья под тепловыделяющим зданием или сооружением (либо его высоты недостаточно), что без дополнительных мероприятий может привести к оттаиванию ММГ.

4) В районе распространения ММГ проектируемая площадка попадает на участок распространения талых грунтов, имеющих низкие несущие характеристики.

5) В связи с удаленностью района строительства и сложностями с доставкой буровой и сваебойной техники, Заказчик хочет сократить расходы и рассматривает вариант устройства фундаментом неглубокого заложения вместо свайного.

6) В районе широко распространены пучинистые грунты, что оказывает негативное воздействие на фундаменты сооружений и ведет к их деформации (особенно это касается малонагруженных фундаментов мачт, эстакад, небольших блок-боксов и т.д.).

7) Необходимо запроектировать грунтовую дамбу местного назначения, а грунтов обладающих требуемыми характеристиками (низкие коэффициенты фильтрации) не достаточно.

Все эти проблемы, в той или иной степени можно решить применив системы термостабилизации грунтов.

Наша компания выполняет как полный комплект проектной документации по термостабилизации грунтов (разделы: теплотехническое моделирование термостабилизационных систем с прогнозом состояния грунтов, геотехнического мониторинга), так и частичное моделирование взаимодействия сооружения и геологической среды, вариабельные расчеты термостабилизации и д.р. Пример графического приложение к проекту можно посмотреть

Пример расчета термостабилизации грунтов с помощью ВЕТ

Приборы и устройства применяемые для термостабилизации грунтового основания: сезоннодействующие охлаждающие устройства (СОУ ), круглогодичнодействующие охлаждающие устройства (КОУ ), открытые охлаждающие устройства (ООУ ), теплоизоляционные экраны, мониторинговые системы (логгеры, термокосы, реперы).

СОУ (в литературе можетвстречаться название термосифоны или одиночные термостабилизаторы)- устройства основанные на ускоренном теплообменом между грунтом и воздухом за счет фазовых превращений и циркуляции теплоносителя в замкнутом теплообменнике. СОУ состоит из конденсатора (который расположен в надземной части) и испарителя (подземная часть) иногда выделяют транзитную часть, что важно для СОУ анкерного типа. Работоспособность СОУ во многом зависит от соотношения площади испарителя к общей площади конденсатора. На данный момент СОУ повсеместно применяются во всех северных регионах России. СОУ устанавливают как в вертикальном положении, так и горизонтально. На некоторых устройствах с большой протяженностью испарительной части устанавливают насосы для ускорения процесса теплообмена.

СОУ с раздвоенной системой радиаторов, в верхней части расположен кран для дозаправки (Республика Коми, г.Воркута).

СОУ с одним радиатором, в верхней части расположен кран для дозаправки (Республика Коми, г.Воркута).

Соу с раздвоенной системой радиаторов наклонных V образной форме. Подобная форма была задумана для более эффективной работы с ветром и без ветра (Республика Коми, г.Воркута).

СОУ с горизонтальным оребрением и применением гильзы, служащей для управления процессом промораживания, а также для возможности смены термостабилизатора.

Применение одиночных СОУ с горизонтальным оребрением для замораживания части площадки (Ямало-Ненецкий АО, Юбилейном месторождении Газпром добыча Надым).

Применение СОУ с вертикальным оребрением для промораживания Ядра плотины (Республика Якутия (Саха), г. Якутск).

Модель взаимодействия горизонтальных систем термостабилизации из одиночных СОУ со зданием без проветриваемого подполья.

КОУ — термостабилизаторы круглогодичного действия подключены к холодильным машинам, включающимся в теплое время года. Такие системы применяют как правило в двух случаях. Первый — при сложных грунтовых условиях (текучие грунты и т.д.), когда необходимо проморозить (понизить температуру) грунт(а) в сжатые сроки. Второй — объекты на поверхностном фундаменте с высоким требованием к несущей способности (крупные резервуары), когда нет возможности применить теплоизоляционный экран. Реальное применение КОУ существует на Харасавейской нефтепроводной системе. Также существует легенда, что под зданием Московского государственного университета для обеспечения лучшей несущей способности юрских глин стоит схожая система.

ООУ — различные воздухонагнетательные устройства действующие, как правило, за счет естественного движения воздуха. до активного применения СОУ были основным средством для охлаждения подполья под домами. Устройство состоит из воздухозаборника различных конструкций и воздухопроводящего короба (трубы). В случае установки ООУ в подполье с оборудованное снегозащитными щитами при прохождении воздуха с улицы через узкое отверстие происходит дроссельный эффект, понижающий температуру в подполье.

Для корректного проектирования термостабилизационных систем необходимо произвести теплотехнические расчеты взаимодействия грунтов, сооружения и термостабилизационной системы на весь период эксплуатации. Проведение моделирования до достижения расчетной температуры недостаточно, ввиду возможного переохлаждение грунта и активизации морозобойного растрескивания. Наша компания имеет все разрешения на производство проектных работ по термостабилизации грунта все расчеты производятся на собственном сертифицированном программном обеспечении , созданном для производства подобных работ.

Термостабилизация грунтов

Последние десятилетия отмечается рост температуры вечномерзлых грунтов. Это вызывает риски возникновения запроектных напряженно-деформированных состояний грунтов оснований, фундаментов, зданий и сооружений, возводимых на таких грунтах.

Эта серьезная проблема с каждым годом затрагивает все большее число объектов, эксплуатируемых на основаниях, сложенных вечномерзлыми грунтами (происходят неравномерные осадки, просадки фундаментов, разрушение элементов конструкций и т.д.).

Возведение зданий и сооружений на вечномерзлых грунтах ведется по двум принципам:

Первый принцип основывается на сохранении вечномерзлого состояния грунтов на период всей эксплуатации здания или сооружения;

Второй принцип подразумевает использование грунтов в качестве оснований в оттаянном или оттаивающем состоянии (производится предварительное оттаивание на расчетную глубину до начала строительства или допускается оттаивание в период эксплуатации;

Выбор принципа зависит от инженерно-геокриологической обстановки. Необходимо учесть и сравнить целесообразность принципов. Первый принцип подразумевает, что выгоднее поддерживать грунты в мерзлом состоянии, чем усилять оттаявшие грунты.

Второй принцип больше подходит, когда оттаивание грунтов приводит к деформациям грунтов оснований, которые находятся в области допустимых значений для конкретного здания или сооружения. Этот принцип, например, подходит для скальных и твердомерзлых грунтов, деформации которых невелики в оттаянном состоянии.

Термостабилизация грунтов

Термостабилизация мерзлых грунтов призвана обеспечить возможность возведения зданий и сооружений по второму принципу.

Для поддержания грунтов в мерзлом состоянии применяется ряд мер. Одним из эффективных и экономически целесообразных методов является понижение температуры грунтов с помощью термостабилизаторов .

Термостабилизатор грунтов (ТСГ) представляет из себя парожидкостный сифон. Это заправленное хладагентом сезоннодействующее охлаждающее устройство для понижения температуры грунтов.

ТСГ погружают в пробуренные скважины рядом с фундаментом для понижения температуры массива грунта, являющуюся основанием фундамента. Часть устройства представляет из себя испаритель, забирающий тепло из грунтов, и конденсатор, отдающий тепло в окружающую атмосферу.

В термостабилизаторе происходит естественная конвекционная циркуляция хладагента, который переходит из одного агрегатного состояния в другое: из газа в жидкость и обратно.

Сконденсировавшийся хладагент (сжиженный аммиак или диоксид углерода) естественным образом под действием разности температур опускается в нижнюю часть ТСГ к грунтам. После, забрав от них тепло, превращается в пар и, испаряясь, возвращается на поверхность, где снова передает тепло окружающему воздуху через стенки радиатора-конденсатора, конденсируется. После цикл повторяется снова.

Циркуляция хладагента может быть ествественной конвекционно-гравитационной или принудительной. Это зависит от конструкции термостабилизатора.

Тип, конструкция и количество термостабилизаторов подбираются на основе индивидуальных расчетов для каждого объекта.

Термостабилизаторы показали свою эффективность, - с их помощью удается поддерживать грунты в вечномерзлом состоянии и обеспечивать прочность и неизменность льдогрунтовой плиты под сооружением.

Конвекционная циркуляция хладагента основывается на градиенте температур грунтов и наружного воздуха.

Во время летнего периода, как

только температура конденсатора - верхней, находящейся в атмосфере части термостабилизатора,

становится выше температуры теплоносителя,

циркуляция прекращается и процесс приостанавливается с частичным инерционным оттаиванием верхнего слоя грунта до следующего похолодания.

Схемы установок по способу монтажа и конструкции:

Одиночный скважинный термостабилизатор (ОСТ)

Наиболее простое устройство, позволяющее проводить монтажные работы как для строящихся, так и для существующих зданий и сооружений. ОСТ допускается устанавливать как вертикально, так и под углом наклона 45 градусов к поверхности;

Горизонтальная система термостабилизаторов (ГСТ) представляет из себя систему труб-испарителей, расположенных в одной горизонтальной плоскости в массиве грунта, являющегося основанием фундамента. Хладагент из труб испарителя переносится к конденсатору, расположенному на поверхности. Устройство ГСТ целесообразно при новом строительстве, когда возможно устройство котлована;

Вертикальная система термостабилизаторов (ВСТ) сочетает в себе горизонтальную систему, к трубам-испарителям, которой присоединены вертикальные трубы-испарители, уходящие вглубь массива грунта. Эта конструкция позволяет замораживать грунты на большую глубину, чем по схеме ГСТ. Устройство ВСТ целесообразно при новом строительстве, когда возможно устройство котлована;

Система термостабилизаторов, устанавливаемых в основание существующего здания или сооружения с помощью наклонно-направленного бурения.

Последний метод не требует разработки котлованов, траншей, укрепления, позволяет сохранить естественную структуру грунтов. Допустимо устройство системы термостабилизации грунтов параллельно со строительством самого здания или сооружения, что ускоряет процесс строительства.

Технико-экономические показатели при применении термостабилизации грунтов

Термостабилизация грунтов с помощью различных систем ТСГ позволяет снизить стоимость строительства до 50% и сократить срок строительства объектов почти в 2 раза.

"Термостабилизация грунтов" (скачать в PDF формате)

Все права защищены, 2014-2030.

Копирование информации с данного сайта допускается только со ссылкой на http://сайт

Предложения, размещенные на данном интернет-сайте, не являются публичной офертой.

Сезонно-действующие охлаждающие устройства (СОУ) предназначены для поддержания грунта в мерзлом состоянии, что обеспечивает устойчивость зданий, сооружений на сваях, а также сохраняет замерзший грунт вокруг опор ЛЭП и трубопроводов, вдоль насыпей железнодорожных путей и автомобильных магистралей. В основе технологии сезонно-действующих охлаждающих устройств лежит устройство передачи тепла (термосифон), которое в зимний период извлекает тепло из почвы и передает его в окружающую среду. Важной особенностью этой технологии является то, что она естественно-действующая, т.е. не нуждается во внешних источниках энергии.

Принцип работы всех видов сезонно-действующих охлаждающих устройств одинаков. Каждый из них состоит из герметичной трубы, в которой находится теплоноситель - хладагент: углекислота, аммиак и др. Труба состоит из двух секций. Одна секция размещается в земле и называется испарителем. Вторая, радиаторная секция трубы, расположена на поверхности. Когда температура окружающей среды опускается ниже температуры земли, где залегает испаритель, пары хладагента начинают конденсироваться в радиаторной секции. В результате снижается давление и хладагент в испарительной части начинает вскипать и испаряться. Этот процесс сопровождается переносом тепла из испарительной части в радиаторную.

Теплопередача с использованием термосифона

В настоящее время существует несколько типов конструкций сезонно-действующих охлаждающих устройств:

1) Термостабилизатор . Представляют собой вертикальную трубу термосифона, вокруг которой замораживается грунт.

2) . Представляет собой вертикальную сваю с интегрированным термосифоном. Термосвая может нести некоторую нагрузку, например опору нефтепровода.

3) Глубинное сезонно-действующее охлаждающее устройство . Представляет собой длинную (до 100 метров) трубу термосифона с увеличенным диаметром. Такие охлаждающие устройства применяются для температурной стабилизации грунтов на большой глубине, например для термостабилизации дамб и плотин.

4) . Этот тип охлаждающего устройства отличается от термостабилизатора тем, что установка испарительной трубы выполняется под уклоном около 5%. В этом случае существует возможность установки наклонной испарительной трубы непосредственно под зданиями, возведенными на бетонных плитах.

5) Горизонтальное охлаждающее устройство . Особенностью горизонтального сезонно-действующего охлаждающего устройства является то, что оно устанавливается полностью горизонтально на уровне подготовленного насыпного основания. В этом случае здание возводится непосредственно на непросадочном грунте, расположенном на слое изоляции и испарительных трубах. Преимуществом горизонтальных охлаждающих устройств является возможность их использования в двух конфигурациях: на плитных и свайных фундаментах.

6) Система вертикальных охлаждающих устройств . Этот тип сезонно-действующих охлаждающих устройств похож на горизонтальное охлаждающее устройство, но в отличие от него, помимо горизонтальных испарительных труб, может содержать до нескольких десятков вертикальных испарительных труб. Преимуществом этой системы является более эффективное поддержание грунта в мерзлом состоянии. Недостатком вертикальных систем охлаждающих устройств является затруднительность их ремонта и обслуживания.