Способ установки термостабилизаторов в проветриваемом подполье эксплуатируемых зданий

Изобретение относится к области строительства и эксплуатации зданий в районах со сложными инженерно-геокриологическими условиями, а именно к термостабилизации многолетнемерзлых и слабых грунтов. Способ установки термостабилизаторов в проветриваемом подполье эксплуатируемых зданий включает бурение, по крайней мере, одной вертикальной скважины в проветриваемом подполье без нарушения перекрытий здания. Установку в скважине термостабилизатора, содержащего заправленную хладагентом трубу испарителя и конденсатор, причем труба выполнена с возможностью изгиба, радиус которого не превышает высоту проветриваемого подполья. Глубина установки термостабилизатора при этом такова, что конденсатор расположен выше уровня грунта в проветриваемом подполье. Технический результат состоит в упрощении процедуры монтажа термостабилизаторов под эксплуатируемым зданием, улучшении ремонтопригодности системы охлаждения грунта и упрощении ее обслуживания, увеличении несущей способности грунтов основания за счет их охлаждения по всей площади проветриваемого подполья эксплуатируемого здания при одновременном уменьшении количества используемых термостабилизаторов и освобождении прилегающей территории за счет размещения охлаждающих элементов в проветриваемом подполье. 3 з.п. ф-лы, 3 ил.

 

Изобретение относится к области строительства и эксплуатации зданий в районах со сложными инженерно-геокриологическими условиями, а именно к термостабилизации многолетнемерзлых и слабых грунтов.

Известно, что при строительстве капитальных сооружений на вечномерзлых грунтах необходимо применять специальные меры по сохранению их температурного режима в течение всего периода эксплуатации и предотвращению разупрочнения несущих оснований при их оттаивании. Обычно основания зданий включают свайный фундамент и имеют проветриваемое подполье (Справочник по строительству на вечномерзлых грунтах. Л.: Стройиздат (Ленинградское отделение), 1977, с. 551). При этом охлаждение и стабилизация грунта происходят за счет естественной циркуляции воздуха. Такой способ имеет невысокую эффективность, зависит от сезонно-климатических условий, разветвленности коммуникаций и т.д.

Наиболее эффективным методом является расположение в основании сооружения стабилизаторов пластично-мерзлого грунта (СПМГ), которые содержат систему труб, заполненных хладагентом и соединенных с конденсаторной частью (РФ №93045813, РФ №2002121575, РФ №2384672, РФ №2157872). Обычно установку СПМГ проводят до строительства сооружений: готовят котлован, отсыпают песчаную подушку, монтируют термостабилизаторы, производят отсыпку грунта и устанавливают слой теплоизоляции (Журнал «Основания, фундаменты и механика грунтов, №6, 2007, стр. 24-28). При этом могут использоваться термостабилизаторы различных типов, работающих в разных режимах, например, предварительно осуществляют активную заморозку грунта и в последующем поддерживают требуемую температуру (РФ №2039861). После завершения строительства сооружения контроль работы термостабилизатора и ремонт отдельных их частей сильно затруднен, что требует дополнительного резервирования охлаждающих труб (Журнал «Газовая промышленность», №9, 1991, стр. 16-17). К общим недостаткам описанных способов термостабилизации грунтов относятся: низкая ремонтопригодность, ограниченный срок эксплуатации, определяемый сроком работы термостабилизаторов; высокий расход материалов за счет дублирования систем.

Для уменьшения трудозатрат, связанных с дополнительным размещением системы охлаждения, могут использовать совмещение термостабилизаторов с несущими элементами конструкции, так называемые термосваи (РФ №2256746, РФ №2250302, РФ №2384671, РФ №139080, РФ №2149239). Обычно свайная опора содержит вертикальный трубчатый ствол с горизонтальной опорной площадкой, расположенной над поверхностью грунта, и охлаждающее устройство в виде тепловой трубы. Транспортная зона и зона испарения тепловой трубы выполнены внутри вертикального железобетонного трубчатого ствола, а зона конденсации расположена наклонно над поверхностью грунта под горизонтальной опорной площадкой и выполнена в виде симметрично изогнутой трубы. Могут также использоваться сваи специальной конструкции с термоизолирующей и защитной оболочкой, намороженными элементами и т.д. (например, РФ №2348759). Ограничения в применении таких конструкций связаны с низкой ремонтопригодностью и ограниченным сроком эксплуатации, кроме того, они отличаются относительно невысокой эффективностью термостабилизации за счет значительной толщины стенок, определяемой прочностным требованиям к силовым элементам конструкции. Зона охлаждения локализована вблизи свай, что в целом снижает надежность таких оснований.

Для улучшения ремонтопригодности термостабилизаторов предлагается устанавливать их под небольшим углом к поверхности в насыпном основании под фундаментом сооружения (РФ №2454506, РФ №2157872, РФ №83779). Например, термостабилизаторы размещают внутри защитных труб с одним заглушенным торцом, заполненных жидкостью с высокой теплопроводностью (РФ №2157872). Защитные трубы располагают под отсыпкой грунта и слоем теплоизоляции с уклоном 0-10° к продольной оси основания. Открытый торец трубы выведен за пределы контура отсыпки грунта. Такая конструкция позволяет в случае нарушения герметичности, деформации или при других дефектах охлаждающих труб извлекать их, производить текущий ремонт и устанавливать обратно. Известен способ температурной стабилизации многолетнемерзлых грунтов, включающий прохождение сквозной скважины в основании, протяжку в направлении, обратном направлению проходки скважины термостабилизатора, который содержит заправленные хладагентом трубы конденсатора и испарителя, соединенные сильфонными рукавами, которые укреплены бандажами (РФ №2454506). Трубы конденсатора расположены по краям термостабилизатора и на каждой из труб конденсатора монтируют охлаждающие элементы.

Ограничения применения этих методов определяются предварительной подготовкой отсыпного основания до возведения сооружений. Используются они в основном для насыпных оснований дорог, легких технических сооружений, площадок и т.д. Кроме того, такое расположение термостабилизаторов может приводить к вспучиванию грунта. Выведение охлаждающих элементов термостабилизаторов наружу здания сильно загромождает прилегающую территорию и может приводить к их повреждению в процессе эксплуатации (особенно это актуально для жилого фонда).

Для термостабилизации грунта в основании уже возведенных сооружений используют установку вертикальных термостабилизаторов по контуру фундамента здания. Например, известен способ исправления положения здания или сооружения, подвергшегося неравномерному морозному пучению (РФ №2164275). Способ включает размещение термоэлементов вокруг свайного фундамента здания и последующее поочередное замораживание и оттаивание грунта, которое осуществляют в пределах слоя сезонного промерзания грунта вокруг свай, выпученных на величину, не превышающую разность максимальной и минимальной величин выпучивания свай фундамента. Вокруг свай, выпученных на величину, превышающую вышеупомянутую разность, осуществляют замораживание грунта ниже глубины его сезонного промерзания с защемлением нижних концов этих свай в промороженном грунте для исключения их дальнейшего выпучивания. После выравнивания положения здания его фиксируют.

Известен способ сохранения мерзлоты в течение всего сезонно-годового цикла (РФ №2006111380). Способ предусматривает дополнительное искусственное охлаждение окружающего фундамент грунта в пределах слоя сезонного промерзания, которое осуществляют с помощью сезонно действующих охлаждающих устройств, устанавливаемых по периметру фундамента на расстоянии, не превышающем его ширину, с заглублением грунтового теплообменника до глубины сезонного промерзания грунтов от дневной поверхности. К недостаткам описанного способа относятся ограниченность зоны промораживания, трудности в долговременной стабилизации всего массива грунта в основании здания, что может приводить к локальным пучениям; ограничения, накладываемые на размер фундамента, позволяющий эффективно стабилизировать грунт под ним. Кроме того, наружное расположение термостабилизаторов также загромождает прилегающую территорию.

Настоящее изобретение направлено на устранение описанных выше недостатков. Описываемый способ позволяет упростить процедуру монтажа термостабилизаторов под эксплуатируемым зданием, улучшить ремонтопригодность системы охлаждения грунта и упростить ее обслуживание. Техническим результатом его применения будет увеличение несущей способности грунтов основания за счет их охлаждения по всей площади проветриваемого подполья эксплуатируемого здания при одновременном уменьшении количества используемых термостабилизаторов и освобождение прилегающей территории за счет размещения охлаждающих элементов в проветриваемом подполье.

Заявленный технический результат достигается тем, что способ установки термостабилизаторов в проветриваемом подполье эксплуатируемых зданий включает:

- бурение, по крайней мере, одной вертикальной скважины в проветриваемом подполье без нарушения перекрытия здания;

- установку в скважине термостабилизатора, содержащего заправленную хладагентом трубу испарителя, конденсатор, причем труба выполнена с возможностью изгиба, радиус которого не превышает высоту проветриваемого подполья;

- глубина установки термостабилизатора при этом такова, что конденсатор расположен выше уровня грунта в проветриваемом подполье.

Высота подполья в эксплуатируемых зданиях обычно составляет величину от 0,7 до 1,7 м. Бурение скважин под термостабилизаторы осуществляют преимущественно с использованием малогабаритных буровых станков. Если высота подполья меньше габаритов бурового станка в рабочем положении, то в соответствующем месте подполья отрывается шурф достаточных размеров для его размещения. После завершения всех работ шурф засыпается.

В заявляемом изобретении используют термостабилизаторы из легко деформируемых сплавов (например, алюминиевых). Такие термостабилизаторы представляют собой цельнотянутую трубу с одним швом в месте соединения оребренного конденсатора с транспортной зоной. На место монтажа их доставляются в виде бухт и, постепенно разворачивая, погружают в скважину. Эти термостабилизаторы отличает надежность (отсутствие швов ниже уровня грунта, по которым обычно и происходит разгерметизация) и высокая ремонтопригодность.

В настоящем изобретение могут также использоваться термостабилизаторы любых других конструкций, обеспечивающих заявленный технический результат. Например, это может быть термостабилизатор с сильфонными соединениями, аналогичный описанному в патенте РФ 2387937.

При необходимости конденсатор могут выносить из подполья за габариты здания. Например, при низкой высоте подполья и недостаточной интенсивности естественной циркуляции воздушных масс в подполье.

При осуществлении способа в зависимости от состояния грунтов под зданием после бурения скважины в ее устье могут устанавливать кондуктор, через который заводят трубу термостабилизатора.

Сущность заявляемого изобретения поясняется следующими фигурами чертежей:

На Фиг. 1 представлена схема установки термостабилизатора в высоком подполье;

На Фиг. 2 представлена общая схема размещения системы термостабилизации грунта;

На Фиг. 3 представлена схема установки термостабилизатора в низком подполье.

Примеры реализации

Пример 1.

Осуществление заявляемого способа проводилось для эксплуатируемого здания в условиях Крайнего Севера (Фиг. 1, 2). Здание 1 располагалось на сваях 2 с образованием проветриваемого подполья 3 высотой 1.8 м. После проведения первичных изысканий размечались места 4 в проветриваемом подполье для бурения скважин и монтажа необходимого количества термостабилизаторов 5. Для бурения скважин использовалась установка 6 малогабаритная буровая УКБ-12/25. Параметры установки: глубина бурения - 15 м; мощность двигателя 3 кВт; габаритные размеры - 1375×1062×2000 мм. Размеры установки 6 позволяли устанавливать ее в рабочее положение в проветриваемом подполье 3. Глубина бурения соответствует длине термостабилизатора. В готовой скважине 7 размещался термостабилизатор 5, имеющий испаритель 8 длиной 14,2 м при диаметре трубы 38 мм. Конденсатор 9 термостабилизатора высотой 1,3 м и с диаметром ребра 82 мм размещался выше уровня грунта в подполье. Общая схема размещения системы термостабилизации грунта представлена на Фиг. 2. Термостабилизаторы 5 размещались около несущих свай 2 на расстоянии, не превышающем радиус промораживания грунта.

Такой способ монтажа охлаждающих устройств сократил сроки их установки и позволил стабилизировать грунты основания по всей площади здания в течение всего периода эксплуатации здания.

Пример 2.

Аналогично заявленный способ осуществляется и для зданий с низким проветриваемым подпольем (Фиг. 3). Высота проветриваемого подполья 3 эксплуатируемого здания 1 не превышает 1 м. Используется установка 6 буровая КМ-10. Параметры установки 6: глубина бурения - 10 м; мощность двигателя 3,6 кВт; диапазон углов наклона вращателя - 45-90°; габаритные размеры - 595×525×1340 мм. Для ее размещения в рабочем положении в соответствующем месте роется шурф 10 размерами 1×1×0,5 м. Применяемый термостабилизатор 5 аналогичен описанному выше. Для его заведения в случае слабых грунтов используется кондуктор 11, размещаемый в устье скважины 7. Конденсатор 9 загибается под некоторым углом к оси испарителя 7, чтобы разместиться по высоте проветриваемого подполья 3. После установки термостабилизатора шурф заполняется отсыпкой 12.

Результаты монтажа охлаждающих устройств аналогичны описанным в предыдущем примере.

Настоящее изобретение не ограничивается только приведенными примерами, при осуществлении способа установки термостабилизаторов в проветриваемом подполье эксплуатируемых зданий могут быть использованы любые буровые установки, термостабилизаторы и прочие устройства, позволяющие достичь заявляемого технического результата.

1. Способ установки термостабилизаторов в проветриваемом подполье эксплуатируемых зданий, включающий:

- бурение, по крайней мере, одной вертикальной скважины в проветриваемом подполье без нарушения перекрытий здания;

- установку в скважине термостабилизатора, содержащего заправленную хладагентом трубу испарителя и конденсатор, причем труба выполнена с возможностью изгиба, радиус которого не превышает высоту проветриваемого подполья;

- глубина установки термостабилизатора при этом такова, что конденсатор расположен выше уровня грунта в проветриваемом подполье.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в проветриваемом подполье выкапывают шурф, в котором размещают устройство для бурения скважины, после установки термостабилизатора шурф засыпают.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что после бурения скважины в ее устье устанавливают кондуктор, через который заводят трубу испарителя.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что конденсатор выносят за габариты здания.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области строительства трубопроводов подземной прокладки и может быть использовано для обеспечения термостабилизации грунтов при подземной прокладке трубопроводов на многолетнемерзлых и слабых грунтах.

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.

Изобретение относится к области строительства в северных районах и предназначено для возведения ледяных инженерных сооружений, аккумуляции холода и образования сводчатых ледяных сооружений для хранения на (не)плавучих ледяных или ледопородных платформах на шельфах морей.

Изобретение относится к строительству, а именно к устройствам, используемым при термомелиорации грунтов основания фундаментов сооружений, возводимых в районах распространения вечной и сезонной мерзлоты.

Изобретение относится к строительству в зонах вечной мерзлоты, а именно к термостабилизаторам грунта для замораживания фундаментов. Термостабилизатор грунта содержит герметичный вертикально расположенный корпус с теплоносителем, в верхней и нижних частях которого расположены зоны теплообмена.

Изобретение относится к строительству промышленных и гражданских объектов в криолитозоне с целью обеспечения их надежности. Термосифон включает конденсатор, испаритель и транзитный участок между ними в виде круглой с обеих сторон заглушенной трубы, вертикально установленной и погруженной на глубину испарителя в грунт, из полости трубы откачан воздух, взамен полость заправлена аммиаком, часть полости заполнена жидким аммиаком, остальной объем - насыщенным паром аммиака.

Изобретение относится к области строительства в районах со сложными инженерно-геокриологическими условиями и может быть использовано для термостабилизации многолетнемерзлых и замораживания слабых пластичномерзлых грунтов.

Изобретение относится к области строительства на многолетнемерзлых грунтах с искусственным охлаждением грунтов основания и одновременным обогревом сооружения с помощью теплового насоса.

Изобретение относится к устройствам для теплообмена в дренажной системе, а также на строительной площадке. Устройство для теплообмена в дренажной системе содержит теплообменный компонент, имеющий наружный канал и внутренний канал, причем внутренний канал расположен внутри наружного канала.

Изобретение относится к теплотехнике в области строительства, а именно к индивидуальным сезонно-действующим охлаждающим устройствам - термостабилизаторам грунтов.

Изобретение относится к области строительства сооружений в сложных инженерно-геологических условиях криолитозоны. Изобретение направлено на создание глубинных термосифонов со сверхглубокими подземными испарителями, порядка 50-100 м и более, с равномерным распределением температуры по поверхности испарителя, расположенного в грунте, что позволяет более эффективно использовать его потенциальную мощность по выносу тепла из грунта и увеличить энергетическую эффективность применяемого устройства. По первому варианту термосифон вместе с гильзой погружают вертикально в грунт на глубину 50 м. Термосифон содержит герметичный трубчатый корпус с зонами испарения, конденсации и транспортной зоной между ними. Конденсатор в зоне конденсации выполнен в виде центральной трубы большого диаметра и восьми патрубков меньшего диаметра с внешним оребрением из алюминия, расположенных вокруг центральной трубы. Патрубки соединены с отверстиями в ней, а в нижней части центральной трубы размещен сепаратор со сквозными патрубками для прохода парокапельной смеси хладагента (аммиака в первом варианте или углекислого газа - во втором) из испарителя в конденсатор и стока конденсата аммиака из конденсатора. Сквозные патрубки смонтированы на трубной доске. К патрубку для стока конденсата, расположенного по центру доски, снизу подсоединена внутренняя полиэтиленовая труба, которая опущена до низа трубы корпуса испарителя. В нижней части полиэтиленовой трубы выполнены отверстия для перетока жидкого хладагента в межкольцевое пространство, образованное стенками труб корпуса испарителя и внутренней трубы. По первому варианту (хладагент - аммиак) термосифон погружен в гильзу, заполненную 25-30%-ной аммиачной водой. Степень заполнения термосифона жидким аммиаком ε=0,47-0,52 при 0°С. По второму варианту термосифон заполняют углекислым газом и погружают вертикально в грунт без гильзы, степень заполнения жидким углекислым газом ε=0,45-0,47. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 5 ил., 2 пр.

Изобретение относится к области строительства в районах со сложными инженерно-геокриологическими условиями, где применяется термостабилизация многолетнемерзлых и пластично-мерзлых грунтов, и может быть использовано для поддержания их мерзлого состояния или замораживания, в том числе и в скважинах, неустойчивых в стенках и склонных к оползанию и обвалообразованию. Способ включает бурение вертикальной скважины полой шнековой колонной (ПШ) до проектной отметки с последующим извлечением съемного центрального долота, установку на верхнюю часть ПШ цементировочной головки со шлангом от цементонасоса, извлечение ПШ с одновременной подачей цементного раствора через ПШ до заполнения скважины и установку охлаждающего устройства с теплоизоляционным кожухом на конденсаторе (при отрицательных температурах атмосферного воздуха), который демонтируют после твердения цементного раствора. Предлагаемое техническое решение позволяет обеспечить технологичность монтажа охлаждающих устройств, эффективность процесса охлаждения грунтов и долговечность охлаждающих конструкций, заглубленных в грунтовый массив. 2 з.п. ф-лы, 6 ил.

Изобретение относится к системам для охлаждения и замораживания грунтов в горнотехническом строительстве в областях распространения вечной мерзлоты (криолитозоне), характеризующихся наличием природных рассолов с отрицательными температурами (криопэгами). Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение экономичности, надежности и стабильности работы. Технический результат достигается тем, что система для охлаждения и замораживания грунтов, включающая установку подземных теплообменников с жидким теплоносителем с температурой замерзания ниже нуля градусов по Цельсию (рассолом), характеризуется тем, что в качестве жидкого теплоносителя используют криопэги, причем криопэг подается в замораживающие колонки из криолитозоны в теплообменники. Отработанные криопэги могут принудительно отводиться в массив криолитозоны. Наружная часть циркуляционного контура может быть термоизолирована. Технический результат – повышение экономичности достигается отсутствием энергозатратных холодильных машин и за счет отсутствия необходимости в приготовлении специального охлаждающего раствора. Технический результат – повышение надежности достигается снижением количества компонентов системы, вероятность выхода из строя каждого из которых отличается от нулевой. Технический результат – повышение стабильности работы достигается стабильностью температуры криопэга, общее количество которого значительно превышает количество используемого за сезон криопэга. Изобретение может с успехом применяться при строительстве промышленно-гражданских сооружений. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

Предлагаемое устройство относится к строительству одноэтажных зданий на многолетнемерзлых грунтах с искусственным охлаждением грунтов основания здания с помощью теплового насоса и одновременным обогревом здания с помощью теплового насоса и дополнительного источника тепла. Техническим результатом является создание конструкции фундамента, в полной мере обеспечивающей обогрев здания с одновременным сохранением грунтов основания в мёрзлом состоянии вне зависимости от изменения климата и при этом не вызывающей чрезмерного охлаждения многолетнемёрзлых грунтов, которое может привести к их растрескиванию, без устройства подсыпки. Технический результат достигается тем, что поверхностный фундамент для одноэтажного здания на многолетнемерзлых грунтах состоит из совокупности фундаментных модулей полной заводской готовности, которые подключаются к тепловому насосу параллельно с помощью теплоизолированных коллекторов греющего и охлаждающего контуров теплового насоса, при этом теплоизолированный коллектор греющего контура имеет дополнительный источник тепла, компенсирующий недостаток низкопотенциального тепла, перекачиваемого тепловым насосом из грунта для обогрева здания, интенсивность которого автоматически регулируется в зависимости от теплопотерь здания и количества низкопотенциального тепла, перекачиваемого тепловым насосом. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретения относятся к средствам для охлаждения грунта, работающим по принципу гравитационных тепловых труб и парожидкостных термосифонов, и предназначены для использования при строительстве сооружений в зоне вечной мерзлоты. Техническим результатом является упрощение конструкции установки в целом, позволяющим уменьшить количество выходящих на поверхность трубопроводов, соединяющих зону испарения с зоной конденсации, без снижения эффективности работы этих зон. Технический результат достигается тем, что установка имеет зону испарения с несколькими патрубками и зону конденсации с несколькими конденсаторами, соединенные через транспортную зону. Особенности установки заключаются в выполнении зоны конденсации в виде моноблочной конструкции, имеющей штуцер для стравливания воздуха, и связь ее с зоной испарения через единственный транспортный канал в виде верхнего и нижнего трубопроводов, соединенных через запорный вентиль, а также наличие в зоне испарения коллектора, к которому присоединены патрубки. Оба соединения трубопровода являются разъемными. Трубопровод и патрубки выполнены из легко деформируемого материала, а используемый жидкий теплоноситель имеет пары тяжелее воздуха. Комплект для сооружения установки включает первое изделие - моноблочный конденсатор, второе изделие - верхний транспортный трубопровод и третье изделие в виде последовательно соединенных вентиля, трубопровода и коллектора с патрубками. Третье изделие при изготовлении заполняют теплоносителем, его трубопровод и патрубки сгибают в бухты вокруг коллектора. Конструкция установки и ее комплектация обеспечивают технический результат, заключающийся в более удобной транспортировке и возможности разнесения во времени работ по размещению подземной и надземной частей на месте будущей эксплуатации. Связь этих частей через единственный указанный канал и возможность изгиба его нижней части облегчает размещение установки при наличии в непосредственной близости от нее других строящихся объектов. Установка после соединения ее частей не требует заправки теплоносителем в неблагоприятных условиях строительства и запускается в действие открыванием вентиля с последующим стравливанием воздуха через штуцер. 2 н. и 4 з.п. ф-лы, 5 ил.
Наверх