Оттаивание мерзлого грунта

Оттаивание мерзлого грунта проводят способами, которые классифицируются как по направлению распространения тепла в грунте, так и по виду теплоносителя.

По направлению распространения тепла в грунт можно выделить следующие три способа оттаивания грунта. Оттаивание грунта сверху вниз. Этот способ является наиболее эффективным, так как источник тепла размещается в зоне холодного воздуха, что вызывает большие потери тепла.В то же время этот способ достаточно легко и просто осуществим, требует минимальных подготовительных работ, в связи с чем часто применяется на практике.

Оттаивание грунта способом снизу вверх требует минимального количества энергии, так как оттаивание происходит под защитой ледоземляной корки и теплопотери при этом практически исключаются. Главный недостаток этого способа -необходимость выполнения трудоемких подготовительных операций, что ограничивает область его применения.

Оттаивание грунта способом электропрогрева

Оттаивание грунта электропрогревом

При оттаивании грунта по радиальному направлению тепло распространяется в грунте радиально от вертикально установленных прогревающих элементов, погруженных в грунт на необходимую глубину. Этот способ по экономическим показателям занимает промежуточное положение между двумя ранее описанными, а для осуществления требует также значительных подготовительных работ. По виду теплоносителя различают следующие основные способы оттаивания мерзлых грунтов.

Рисунок-1. Оттаивание грунта огневым способом

Оттаивание грунта огневым способом

1-камера сгорания; 2-вытяжная труба; 3-обсыпка талым грунтом

Огневой способ ( рис-1).В этом случае можно обойтись костром, разводимым на участке предполагаемой разработки грунта.Но сжигаемое на костре топливо расходуется весьма неэкономно-лишь ничтожная часть выделяемой тепловой энергии используется на оттаивание грунта.Этот способ может применяться в исключительных случаях для очень малых объемов работ.

Для отрывки зимой небольших траншей более экономично применять звеньевой агрегат, состоящий из ряда металлических коробов в форме разрезанных по продольной оси усеченных конусов, из которых собирают сплошную галерею.Первый короб представляет собой камеру сгорания, в которой сжигают твердое или жидкое топливо.

Вытяжная труба последнего короба обеспечивает тягу, благодаря которой продукты сгорания проходят вдоль галереи и прогревают расположенный под ней грунт. Для уменьшения теплопотерь, галерею обсыпают слоем талого грунта или шлака. Полосу оттаявшего грунта засыпают опилками, а дальнейшее оттаивание вглубь продолжается за счет аккумулированного в грунте тепла.

Способ электропрогрева основан на пропуске тока через разогреваемый материал, в результате чего последний приобретает положительную температуру. Основные технические средства электропрогрева -горизонтальные и вертикальные электроды.
При оттаивании грунта горизонтальными электродами по поверхности грунта укладывают электроды из полосовой или круглой стали, концы которых отгибают на 15…20 см для подключения к проводам( рис-2, а).

Рисунок-2. Оттаивание грунта способом электропрогрева

Оттаивание грунта способом электропрогрева

а-горизонтальными электродами; б, в-вертикальными электродами; 1- трехфазная электрическая сеть; 2-горизонтальные полосовые электроды; 3-слой опилок, смоченный солевым раствором; 4-слой толя или рубероида ; 5-стержневой электрод.

Поверхность отогреваемого участка покрывают слоем опилок толщиной 15-20 см, который смачивают солевым расвтором концентрацией 0,2…0,5 % с таким расчетом,чтобы масса раствора была не менее массы опилок. Вначале смоченные опилки являются токопроводящим элементом, так как замерзший грунт не проводит ток.

Под воздействием тепла, генерируемого в слое опилок, оттаивает верхний слой грунта, который превращается в проводник тока от электрода к электроду. После этого под воздействием тепла начинает оттаивать верхний слой грунта, а затем -нижележащие слои. В дальнейшем опилочный слой защищает отогреваемый участок от потерь тепла в атмосферу, для чего слой опилок покрывают толем или щитами. Этот способ применяется при глубине промерзания грунта до 0,7 м. Расход электроэнергии на отогрев 1 м° грунта составляет 150…300 МДж, температура в опилках не превышает 90° С.

Оттаивание грунта вертикальными электродами.

Электроды представляют собой стержни из арматурной стали с заостренными нижними концами.При глубине промерзания более 0,7 м их забивают в грунт в шахматном порядке на глубину 20…25 см, а по мере оттаивания верхних слоев грунта погружают на большую глубину. При оттаивании сверху вниз необходимо систематически убирать снег и устраивать опилочную засыпку, увлажненную солевым раствором.

Режим прогрева при стержневых электродах такой же, как и при полосовых, причем во время отключения электроэнергии электроды следует дополнительно заглублять до 1,3…1,5 м. После отключения электроэнергии в течение 1…2 сут глубина оттаивания продолжает увеличиваться за счет аккумулированного в грунте тепла под защитой опилочного слоя. Расход энергии при этом способе несколько ниже, чем при способе горизонтальных электродов.

Применяя прогрев снизу вверх, до начала прогрева необходимо бурить скважины, расположенные в шахматном порядке на глубине, превышающей на 15…20 см толщину мерзлого грунта ( рис-2,б). Расход энергии при отогреве грунта снизу вверх существенно снижается составляя 50…150 МДж на 1 м³, а засыпать слой опилок не требуется.

При заглублении стержневых электродов в подстилающий талый грунт и одновременном устройстве на дневной поверхности опилочной засыпки, пропитанной солевым раствором, оттаивание происходит в направлении сверху вниз и снизу вверх( рис-2,в).При этом трудоемкость подготовительных работ значительно выше, чем в первых двух вариантах. Применяют этот способ лишь в исключительных случаях, когда необходимо срочно оттаять грунт.

Оттаивание грунта паром

Паровое оттаивание ( рис-3) основано на выпуске пара в грунт, для чего служат специальные технические средства -паровые иглы.Паровая игла -это металлическая труба длиной до 2 м диаметром 25…50 мм.

Рисунок-3. Оттаивание грунта паром

Оттаивание грунта паром

а-общая схема;б-паровая игла; 1-паропровод; 2-паровой вентиль; 3-колпак; 4-пробуренная скважина; 5-паровая игла; 6-наконечник

На нижнию часть трубы насажен наконечник с отверстиями диаметром 2…3 мм.Иглы соединяются с паропроводом гибкими резиновыми шлангами с кранами. Иглы заглубляются в скважины, предварительно пробуриваемые на глубину, равную 0,7 глубины оттаивания. Скважины закрывают защитными колпаками, снабженными сальниками для пропуска паровой иглы.

Пар подается под давлением 0,06…0,07 МПа. После установки аккумулирующих колпаков прогреваемую поверхность покрывают слоем термоизолирующего материала ( например, опилок). В целях экономии пара режим прогрева иглами должен быть прерывистым ( например, 1 ч-подача пара, 1 ч -перерыв) с поочередной подачей пара в параллельные группы игл.

Иглы располагают в шахматном порядке с расстоянием между центрами 1…1.5 м. Расход пара на 1 м³ грунта составляет 50…100 кг.При этом методе расходуется примерно в два раза больше тепла, чем при методе глубинных электродов.

Рисунок-4.Оттаивание грунта электронагревателями

Оттаивание грунта электронагревателями

а-общая схема; б-схема электроиглы; 1-электрическая сеть; 2-электроигла; 3-нагревательный элемент( электроспираль);4-стальная труба

Оттаивание электронагревателями ( рис-4) основано на передаче тепла мерзлому грунту контактным ( кондуктивным) способом.При этом способе в качестве основных технических средств применяют так называемые электроиглы. Электроиглы представляют собой стальные трубы длиной около 1 м и диаметром 50…60 мм.

Внутри иглы установлен нагревательный элемент, изолированный от корпуса трубы, который имеет контактные выводы для подключения к электрической цепи.Нагреваясь элемент передает тепловую энергию стальному корпусу, а тот -мерзлому грунту. В настоящее время в практике строительства применяют много типов электроигл( жидкостно-статические, коаксиальные, трубчатые электронагреватели и другие), сохраняющих указанный принцип действия и отличающихся только конструктивным испольнением.

При оттаивании грунтов электронагревателями тепло распространяется в радиальном направлении, а мерзлые перемычки имеют вид конусов, постепенно уменьшающихся со временем размеров. Скорость оттаивания зависит от температуры поверхности нагрева электронагревателей. С повышением температуры скорость оттаивания увеличивается, но повышается удельный расход энергии на оттаивание единицы объема грунта.Наиболее экномичной считается температура нагрева в пределах 60…80° С. Расход электроэнергии составляет 30…35 кВт ·ч/м³ мерзлого грунта.

РЕКОМЕНДУЕМ выполнить перепост статьи в соцсетях!

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован.