Бесплатный автореферат и диссертация по геологии на тему

Разработка и исследование методов радикального понижения температур оснований зданий и сооружений в районах распространения вечномерзлых грунтов

ВАК РФ 04.00.07, Инженерная геология, мерзлотоведение и грунтоведение

Автореферат диссертации по теме "Разработка и исследование методов радикального понижения температур оснований зданий и сооружений в районах распространения вечномерзлых грунтов"

Академия наук СССР Сибирское отделение Ордена Трудового Красного Знамени Институт мерзлотоведения

На правах рукописи

МАКСИМОВ ГЕОРГИЙ НИКОЛАЕВИЧ

УДК 624.139.62

РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ МЕТОДОВ РАДИКАЛЬНОГО ПОНИЖЕНИЯ ТЕМПЕРАТУР ОСНОВАНИЙ ЗДАНИИ И СООРУЖЕНИИ В РАЙОНАХ РАСПРОСТРАНЕНИЯ ВЕЧНОМЕРЗЛЫХ ГРУНТОВ

04.00.07 - инженерная геология, мерзлотоведение

и грунтоведение

Автореферат диссертации на соискание учёной степени доктора технических наук

Якутск 1989

Работа выполнена в Дальневосточном научно-исследовательском институте по строительству Госстроя СССР.

Официальные оппоненты - доктор технических наук, профессор

К.Ф.Войтковский

доктор технических наук И.К.Растегаев

доктор технических наук, профессор, заслуженный деятель науки и техники РСФСР В.И.Федоров

Ведущая организация - Ленинградский зональный научно-исследовательский и проектный институт (ЛенЗНИИЭП) Госграяданстроя СССР.

Защита диссертации состоится " 25 " мая 1989 г. в 9-00 на заседании специализированного совета по мерзлотоведению Д 003.48.01 при Институте мерзлотоведения СО АН СССР по адресу: 677010, Якутск,10, Институт мерзлотоведения СО АН СССР, конференц-зал.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института мерзлотоведения СО АН СССР. ,

Отзывы в двух экземплярах, заверенные печатью* учреждения, просьба направлять по вышеуказанному адресу ученому секретари специализированного совета.

Автореферат разослан и 1985 г.

Ученый секретарь спецсовета, к.г.-м.н., с.н.с. (у'^Ьгл

З.И.Заболотяик

Глава I

ВВЕДЕНИЕ

.....Основные направления экономического и социального развития СССР на период до 2000 годэ, предусматривают широкое развитие строительства в районах распространения вечноыерзлых грунтов. При этом приоритет отдается нилищному строительству.

Вновь осваиваемые районы Сибири раополояены в южной зоне распространения вечномерзлых грунтов о неблагоприятными для устройсп фундаментов, высокотемпературными а плаотячноыерз-лыми грунтами при их температурах, близких к 0°С. В ухе освоенных районах, строительство будет осуществляться то яе на грунтах с повышенными температурами поскольку другие площадки ухе застроены, что значительно усложняет процессы воаведеная фундаментов и увеличивает затраты на ях устройство об-

щей стоимости сооружения.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

В конце прошлого столетия А.И.Воейков (1881) предполоаил, что наличие вечномерзлых грунтов в Сибири, связано со среднегодовой температурой воздуха в данном районе и снеговым покровом. Он предполагал, что мерзлоты не будет при среднегодовой температуре воздуха вьше -5°С. Существенно развил этот вопрос в работе "Температура вечномералой толида в пределах СССР" В.А.Кудрявцев (1954).

Озера, реки большие и средние, особенно проходящие по равнинной местности значительно отепляют прилегающие к ним террв-тории, а они, как правило, застраиваются в первую очередь.Поэтому дане в северных районах, где сейчас развивается строительство часто встречаются пластичноыерзлые и вечноиерэлыв грунты с температурами близкими к 0°С /I/. При таких температурах грунты обладают реологическими свойствами а невысокими прочностными показателями со смерзаеыостьи с поверхностью фундаментов (С.С.Вялов, 1959 г.).

В то зе время многими исследователями установлено, что по;, зданиями,построенными по первому принципу, с венлялпруянцмп подпольями, под поселковыми з городскими улицами г.х 'л:г.толпе<:г' температуры грунтов по сряркедия о их знччепяяы? - ?. л'1 ая-

стройки, со временем понипаются. До последнего времени практически приемлемых предпостроечных мероприятий по охлаждению и -о!,мро:п',:ваш:ю грунтов оснований под схройцнкпся зданиями не прод^-лагалось и этот резерв г.озыаения несущей способности вочломепзлых грунтов не использовался. Разработка теории к методов, позволяющих охлакдвть грунты оснований в период устройства фундаментов является новым, перспективным направлением в ¡технологии .ведения рябо? в районах распространения вечноыерз-."¿IX грумов.

Актуальность работы я ее важное народнохозяйственное значение обусловлено бодьпим объемом планового строительства в западно); к восточной Сибири.

Ге:гь:о диссертационной работы является разработка аналитических методов расчета оптимальных условий радикального понижения температуры грунтов в основании строящихся зданий в период возведения фундаментов о сохранением этих условий и в эксплуатационный период. Для достижения ее было необходимо:

- уточнение и развитие ыегодшси расчета замораживания, доноракивания и охлаждения грунтов для ососпшдотричних задач о фазовыми переходами на границе их начала замерзания (оттаивания);

- учет тепловыделений от погружения свай я общее влияние этого фактора на позшение температуры грунтов основания под зданием.

Научная новизна работы заключается:

- в развитии и проверке на практике нового научного направления, управления процессом формирования температур в основами зданий в период их возведения за счет радикального охлаждения грунтов о использованием скважин под сваи как элементов стока тепло;

- разработка аналитических решений одномерных и осе симметричных задач доморакивания, охлаждения и замораживания грунтов с применением предложенного автором диссертации метода аппроксимации изменения градиентов во времени, в зона еще не ка-ьеииакей овоего агрегатного состояния и получение функций в далькойыем сводящих решение дифференциальных уравнений типа Схефсна, в частных производных, к решению обычных'дифференциальных уравнений.

При атом:

- разработана я уточнено янхенерноя схека расчета .\s;:;m~ нопъних размеров пьрззчно-охлз'кденних: зон грунтов ь сскоззгл-.я зданий о рядовьа расположением свай и прз пранек-лга:! фуидзменгол;

- ргзрэботтн метод учега гепяоього злкящ/л ст norpy¿e:i¿:a сьаЯ з хиятуре строящегося эдаыш но обцсе лгиолелас тсллсрз-хурнозо pesiiiia ссиозснля;

- обэбцеч большой прашачеожЗ опиг, г.а (5эоо mroporo ол-т;:мизироаан р- зентялзрозскка подпол;.,! здаагЛ, лло^огклг'х по первому принципу, поззоляа^в.1 поело охльгрунтов достигать сга<5ил;:зац?.л их г^.-дсуврзлого ссс?оян::л г зегзх расположения фундаментов суке сменного позшоизя соя ..отл^л ;л;;1Я ах едзлгу по g'ckosum ;.о/>срхносслч ¡¡ундз.мелтоз, с

л: -í недолуезякем излагай; vo оглавления ссновзлзл.зизлззя^егс ускорение процесса* деструкции материала .¿у. дшолтиз.

Реализация резулы^гов незлодоьзкл;; г. прзютческое г::зчо~ яие работ состоит з го:-', vio лзраллельно с разработкой геор.ш вопроса и проведения экспериментальных рзЗог, зли о'или внедрены з практике строителютва на ряде Сезерлих строе;:, з sol: числе на 4-х больших обьсктах, расс^0'л'р!ял:;;х в дяссертацнл, успеиьо возведенных з рз&иых риЛоаэх страны. На этр.х оСьз'со:; била получена хорошая сходимость предлагаемых ыотодоз рзечегтз о данныиз наблюден;!,'*, прозедошшх в лерзед ах строительства л прз пооледуааей экоплуагоди::. "с эл.х объектах реальная эяояо-иап составила I млн 300 тыс.р/б;.еи. На других объектах затрзгы на воззелегие фундаментов сокращалась кa 25-S0£.

П.убля.'нь1.:::! результатов исследовании имеется в натерпзлзх Международных совещаний по шпг.екерноку ¡.;срзлохсзоде;!л:о,з сбор-пиках Общесоюзных совещаний по вопроези тохилчесзсоЯ велюр.* для грунтов и фуидаментостроения на Севере, з сборниках ¡¡11:;ССПЗ, курнало "Основания, фундаменты л механика грунтов" и друиих йтроигелышх ьурнзлзх. Непосредственно i. томе диссертации откосятся 18 рзост. Следует отмстить ззлонченнле работа, пелоль^уе-ше при проектировании и строительстве здзчз? с г:с;;усстзешн.м охлаждение« грунтов ccHOüatfflü: "Реногандзнли по лрлпечр'оваа::» я устройству искусственного охлаядзния oc¡¡Cu3hk¡i". Ц., ЛКПС-П, 1971. (Ротапринт, IS0 окр: 3,2 я.л.) и "Руководство по усгрой-ству свайных фундаментов л вечнонорзлых грунтах с нредяарихель-

ним охлакдениеы оснований". М., Стройиздат, 1979, 18000 эка., 1,68 п.л.

Глава 2. АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР СОВРЕМЕННОГО СОСТОЯНИЯ ВОПРОСА ОХЛАЖДЕНИЯ ГРУНТОВ ОСНОВАНИЙ ФУНДАМЕНТОВ

В первом разделе втой главы рассмотрены геокриологические условия вызывающие формирование и наличие пластичноыерзлых и грунтов о близкими к 0°С температурами в разных районах СССР. Они существенно отличаются друг от друга.

В Воркутинскоы районе среднегодовая температура наружного воздуха колеблется около минус 5°С. Распределение снегоотлоке-ний, хзрактер рельефа местности и некоторые другие факторы ■ приводят к тону, что слой сезонного промерзания чэсго не оли-ваетоя о подстилающими пластичноыерэльши грунтами.

В районе г.Игарки пластичномерзлые грунты распространены повсеместно. В верхних горизонтах это суглинки сетчатой текстуры, а нике глины толотослоиотой шлировой текстуры.Слой сезонного промерзания не всегда сливается с подстилающим плао-тичномерзлым грунтом. ,

В г.Мирном Якутокой АССР слой сезонного промерзания, как правило, сливается о подстилающим мерзлым грунтом и на небольшой глубине появляются осадочные породы, просадочные при оттаивании, но в иералом состоянии при нулевых температурах проявление в них реологических свойств, в течение 2-3 лвт маловероятно.Глубина сезонного оттаивания велика и он промерзает медленно, часто к концу зимы. При бурении сквакин под фундаменты, наблюдается значительное поступление надыералотных вод в скважины.

В Норильском районе пластичномерзлые грунты и грунты о температурами близкими я 0°С\реют локальное распространение и приурочены к пойменной и первой террасам р.Норильской в к площадкам с пониженным рельефом местности при значительных онего-отлокениях (~1 и) и между многочисленными озерами норильской долины. Слой сезонного оттаивания не велик и при применении соответствующих снегозащитных мероприятий промерзает в конце ноября, нэчале декабря.

Около Якутска в пойме р.Лены и даае на противополокном высоком ее береге мы, как правило, встречались с песчанными грунтвма о температурой близкой к 0°С.

б

Все вышерзссмотренные грунта характерны наличием в них не-замерзшей воды. При проведения их охлаждения она долкна б^ть доморонено в процессе охлаждения основания. Этот фактор оказывает с; ;естзенное влияние нэ время, необходимое для охлаждения даже песчаных грунтов. В пылеватых песках ее содержится до 2/5.

В пластпчномерзлых и высокотемпературных зечномерзлых грунтах буроопускные сваи после их погружения смерзаются годами, дэяе при редком их располонении под зданием. При строительстве Профилактория вблизи р.Норильской и на доме 74/75 в городе, где били.встречены такие грунты,вмерзание свай длилось 34 годз и ьозведение этого осъекта прекращалось. Но песчаных грунтах с близкой к 0°С температурой, возведение здьний не прекращают, но это вызывает появление недопустимых деформаций ростверков и наголовников свай. В то ае время применение забивных я даке бурозабивпых свай в условиях упомянутых грунтов невозможно, а там где возможно нецелесообразно, так как требует применения большого количества длинных свай, несущая способность которых, после последующего длительного периода вмерзания в результате охлаждения грунтов основания от вентилируемого подполья не будет использована. Поэтому автором и предлагается использование буримых для погрукения свай скззнин как радиальных элементов стока тепла перед погружением в них свай, охландая их в зимнее время года, как правило, морозным воздухом. Если свая расположены редко, необходимо дополнительно установить з свайном поле сезонно-охлаждаювдю устройства (СОУ) согласно предлагаемым автором диссертаций расчетных схем.

Сезонно-охлэждающие устройства это термосифоны а перожид-костные устройства. Термосифоны предложены С.И.Гапеевым (1963). Пароалдкостные устройства были впервые запатентованы Монбейгом (Франция - 1915), а несколько видиоизмененнне вторично предложены Е.Л.Лонгом (США - 1963). К недостаткам термосифонов относится применение в них в качестве теплоносителя горячей жидкости - керосина. К недостаткам пароаидкостных устройств применение предпочтительного холодильного агента фреона-12, значительное давление газа в конденсаторах устройств, расположенных над землей в летнее время года. В г.Якутске теыператур'ы летом держатся в пределах В0°С, давление в конденсаторах при теплоносителе фреоне будут достигать 0,65 МПа; т.е. 6,5 кгс/см2.Тагам образом пароаидкостные устройства требуют высокой пэдег-

ноств их выполнения по герметичности и в течение всего срока эксплуатации зданий. Практически реальным для строителей,является предложение В.И.Макарова о применении термосвай или "холодных" свай - аелезобетонных полях свай с внутренней капсулой, заполненной керосином а струенаправляюциы устройством внутри. Диаметр сейчас принятой металлической капсулы 108 мм, длина меньше дайны сваи, но не более 8 и. На один дом в г.Мирном, где.они иароко применяется, расходуется около 50 т керосина. Указанные термосваи, кап показал ошт их применения (В.И.Макаров, А.А.Плотников - IS80), позволяю? в течение первого года в грунтовых условиях г.Мирного охладить грунт на 50$ по сравнению с предельным охлажденный состоянием, рассчитанным на ЭВМ. Оно примерно соответствует радикальному охлакденному состоянию, рекомендуемому автором диссертации, т.е. в тайнах среднегодовой температуры tr = -2°С в зоне смерзания свай под краями здания. В районе г.Мирного для достикения радикального охлаждения, при примененном там саге свай, для достикения радикального охлаждения термосваямл достаточно двух лет. В дальнейшем это охлажденное состояние стабилизирует вентилируемое подполье.

Как показано автором диссертации, имеются районы, где вентилируемое подполье не обеспечивает сохранение охлааденного состояния грунта, достигнутого в период во^-едения фундаментов, там для его восстановления ежегодно, необходимо наряду с применением проветриваемого подполья, применение "холодных" свай в течение всего срока эксплуатации зданий. В работе приведена полученная расчетом карта,на которой указаны эти районы, они тяготеют к БАМу и Читинской области. "Холодные" сваи домораживают грунт очень медленно, так как скорость теплоносителя в них составляет 1-3 си/сок, т.е. движение его ламинарное.

Парожидкостнне установи нашли применение в Воркуте. Том распространены природные талики глубиной от 5 до 10 м. Для стабилизации р-ч'цпров этих таликов под зданиями, необходимо применять либо сненн-тьпо регулируемое вентилируемое подполье или по внешнему контуру здтпш залокить ряды сезонно-охлахдающих устройств (COY), Автор диссертации является соавтором второго предложения, которое оовдщено авторским свидетельство. Пока построено несколько одащй. Результаты изучаются.

Сезовно-охлахдаищие устройства но охлахдэют грунты основания в летнее время года. 3 то яе время, например, для грунтовых условий г.Якутска,, где несмотря на наличие значительного слоя летнег. оттаивания, наблюдается незначительное высачивание вод в пробуренные скважины, полонптелыше результат могут быть достигнута за счет уклад:« летом в пробуренные сквакины твердой двуокиси углерода. В г.Якутске имеется промышленная установка, производящая твердую двуокись углерода (сухой лед) из отходящих газов ТЗЦ. В третьей главе диссертации предлагаются расчеты, позволяющие определить необходимый расход двуокиси углерода для обеспечения вме рзаемости свай. Это позволит возводить здания непрерывно без ожидания длительного их естественного вмерзания, т.е. ликвидирует долгострой и позволит укладываться в рекомендуемые СНиПом нормативные сроки строительства, что для этих районов очень важно. Пока ввиду дефицитности сухого льда в этих регионах, рекомендуется его применение только для быстрого вмораживания свай.

Все эти вопросы рассмотрены во второй главе диссертации п в результате анализа дана классификация рекомендуемых методов охлаждения грунтов в зависимости от мерзлотно-груитовпх условий площадок с пластичномерзлымп грунтами и грунтами о близкой к 0°С.

Глара 3. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ЗАХОРАНИВАНИЯ НЕМЕРЗЖХ И ДСШРАНИЗАНКЯ ПЛАСТИЧНОМЕРЗЛЫХ ГРУНТОВ

В третьей главе диссертации получены аналитические решения, позволяющие наметить необходимый размер минимальных радикальных зон охлаждения грунтов з основании зданий, определить предельные температурные условия, которые необходимо достичь в результате охлаждения, показано как учитывать влияние тепловыделения от погруяения свай в контуре здания а даны формулы для определения продолаительности необходимого процесса охлаждения.

Решение дифференциального уравнения теплопроводности Фурье без изменения агрегатного состояния среда:

(I)

для различных, в том числе осесимиетричннх задач имеется в работах Гребера Г; Эрка С. (1933); Кзрслоу X., Егерз Д. (1?ЗЧ, 1969); Ингерсоллэ Л., Ингерсолла А., Зобеля 0. С?59); л-»-"-

ва A.B. и др. Классический метод реиения дифференциального уравнения теплопроводности в частных производных имеет в виду оты-окание частного решения в виде произведения двух функций:

-Г= г) (2)

одной зависящей от времени, а второй от геометрической формы тела, краевых условий и координатной системы, в которой решается данная задача. Обычно в качестве функции -^"С) используется экспоненциальная функция, тогда решение задач сводится к реаекию дифференциальных уравнений Покеля и Бесселя. С значительной полнотой эти вопросы рассмотрены в монографии А.В.Лыкова "Теория теплопроводности" (IS67).

Задача с изменением агрегатного состояния среды (грунта) известная как задача Стефана (I8S0) основным дифференциальным уравнением которой является:

> dt Л _ d

л'Ж е^ ~ ^-ТТ^у ~ С8)

где - линейный размер; - подвившая граница промерзания-оттаивания; ¿jo- объемное теплосодержание плавления (отвердевания) грунта; f- время.

Задача решена точно только для одномерного процесса в неограниченном полупространстве. Рассматривая уравнение (3) видно, что для решения ее для других случаев необходимо отыскать закономерности изменения градиентов температур на условной подвижной границе изменения агрегатного состояния среды во времени.

Для случая -¿к-/, -т.е. на границе, где ухе произошло изменение агрегатного состояния грунта по предложению Л.С.Лейбензо-Н8 (1931), распределение температур аппроксимируется как стационарное. Достаточная достоверность такой аппроксимации под-хверкдается опытами и наблюдениями в натуре.

Сущность новых теоретических разработок автора заключается в отыскании прибликенных функций, характеризующих изменение параметра градиента - Gr во времени на условной границе, где еще не произошло изменение агрегатного состояния грунта; для плоской стенки, бесконечного цилиндра, радиального отверстия в грунте, вара в шаровой полости в грунте. Этот параметр выражается полученной автором формулой:

С,* А

/f

здс-оь о - лоэйздяолг хег'яоратуропрозодпосш грунта. Вначошгя полученных постоянных даны в таблице .1.

Таблица I

Значения постоянных ;

а/а Характер зэдочп з ; ;

I Одномерное :олупроотрзяст.чо О -К :

;

2 Плоская отопка -0,^35 0,71 ;

3 Бесконечный цпяшпф -0,64 0,-7 ;

?ПДЗЗЛ£НС0 птверехл'-: з груптэ 0,372 1

5 Пар -15 у ?5 о.«?-; |

б Зэрогая полость з грунг; Т

гС-Г ;

Кал злдпо из таблицы параметра изнсизшля грэлаоптп «го .'.-рс; • зепз определяются точно только для двум сдупэоя п.-^кюр::« о подупрострэнсмз 1! варозсй ПОЛОСТИ 3 грунте.

3 дзссоргоали показано, что позучзгишэ прзбатздиод цпя позволяет выразить зависимость грпдлептз от вропеп:: в диапазоне технических расчетов о точностью от 5 до 10*. Волшш-шоя точность соответствует реаснаяа с быстро сходячзкяся рядами экспоаелт для цилиндра п пора.

Долее дпффзрелцпальнсз уравнение Стефана (3) решается методом разделения переменных, при введении новой боэрзэаернсЯ величии»:

а

^ " "7Г 3 поскольку -21 ~ ¿(т), т.е. зависимая переменная от •с О '

времена еэ'производная с[7, ¿"Г \

В диссертации показано, что для одномерном задача ^ - О т.о. = Се>п-}^ я ро - комплексу Фурье, в чем нетрудно убедить-оя, так как "С—^-^Т^ Для осеопмыстричных, радиальных задач /= а для двухмерных показатель степени Л<Г т, т.е. Ф О

аГ

Полученное решение дифференциального уравнения (3) для

•Jíncaspncii еэдз4z прс^згсзялл-стхзлллллл -сиг i: ssûsïîî» 2.

Тгблгца 2

flpcüspsains-ciiüzxcmc' rpjnxa

Характер процесса Ооаожаа çoyisysu Ейэчопяз р, ¡:.

'njcaspsan^s грунта • ? /г*-

i f0 > G°C

"V-í-

r1- -

^лгзлгз грунте. ■ J;" ¿^T/tw.*-^)

; -

< cC A'-":- -r

i___:_

i ^

глз .i-, t-'-т — геплепрзюднеегь -;:сглсгс л гглеге rpyr.t , i*; п 6г- объемные теплс£ь::ссти csoneicxEsiuio uofx-crc с т слсгс грунтов. Объемное тсплоооцзрлзнла срсцеуаз^ге rpyucs; r

^О =¡¿£¿">-- - ""'Vfci /г?, s ^¿rrâc -ZI-s- ;i6>

a ->

где - удзльпзл тепдстз gasetere прзгпзцзюх: rj - обьсицзд

:;с-ссз скелета грунта.

Для процзеез citazrsuzn Си i: 6<г кек.-шге.: :>;стаг>:, причем лля otero случил сг.ечзпгл лг.:: ¿д г.глх^зсгся £>»■, соглулз для зпр-олелзнля хапе % ллзсзртеялл (2; £; 4),

Для npcsooccs СЛХГЛЛДЗЛЛЛ (лс- ЭРЗЛЛЛЕЛЛЯ) Л ЕЛГр-ЗО горелого ггунгз, ллллкслхь груш2 содзрлзниу го-

г дзннзл г: прп ярлрелло: : ....л..; ••тур. ; i Гц - еллзр-лзннз :р-;лзи юл: дг.п ;;:лс::;ол гсгп-;;;згла керзходз

грунта s riep-0'Uc?0.-.cc ccctc."-;;:-¡-j. ¡'стсд ялрзлзлзнля st о,': го^-перехуг.» предлагался злгспси л еллела;: ir; Сллллзлно:: Еяпрхкзл-üstpr се в грулгел. Алхорси пс::пггнс, «пт пак правило сдеино такая «оелс^ссгв характеризует езлзрлзпле нсгзх:"рг.со11 води z груктех. Чю ne кэсзеюг. лолулзпгл, что ¡:с :;*л:тилосхся развитая грагЕсз пролерззяяп ог Хц.ъ. дз ~Ù~t~i тс сто ут-тиЕзегся тег:,что

зене не г.ч;оп;;елзП сгозгс erprsmere ссстечися в расчсгзг np2i>ru-c-icH ппчзнлз С??. Cr- условная т?::перзтурз перехода груптг г и.лекзрглое состояние по СНгП П-18-76.

гг-,"кяЯ с рагвадыпх происсозх Ехгрохнввэяхш тсиаоратур в о^л'-'-л'-.'п-'х зопзх Е прз вкзргзпгг СЕЧИ, ЧТО ЕГЗРЕЬ'2 получено ет-т-r-"" г"-1ртн, Еспсльзуя прздлссзЕшЕ кзюд Бппроксаиацка гра-длегтол

о -

с — —

гтгпз гзс-"^ "г--::"; с■ ".:".•:.'.-

"г::сг.".;г,.) -'г.тгс::::з 'Г;-:-ох.", (134.*}, .\гт:з пспзззя ::пг2ггг,л /\> пр ко^орчх мезг-у

ползл::;;;л» Г1сг.слсг.зп;пг-!П з рлд з цглггэ, дсгтпгз-тсл ггиягрь-гуги = Ол гг:о«!32 угз гзлзсс.Т-сэлэ ззс-згз по уярспеллсй с ор^тлэ "з^-сгэ (1С-'-:0), пгггг.азлсяь пи, --:го Те - 0°С.

Бола кэлгагз з Г", п-Г-з'^сз ^злпчензе р::и'врсз

льдогруктсгг::: гплгллрсп гэ тз^гг":! :ггрсг;и слсдуз? лестп пз формуле Б.Г.Ттгттппа (12 П), пга':::: "^"сргагго групгз прспс^с-

Сасгрео, *.ги по г-фсг-'т^ги ала по доз-

пиа модзларсаапгя гз гпгГ-~пгег-2СЗГ2 гтггзчясЗ яолсякл (3).

3.2. Гаерзсзгз с длг ^аппиа гззютэ по полупен-

Ш31 фсраулзи срзгнлзспгся з рзспгг;а;аз Г.Спсгтз (СА) и Ф.Кро-ра (Квяадз) а ап-гг.зрпиа -с:: е лаза пзлучзкшп гаторои (1967).

На грзфгкэ раз.2а псагзаяо, пто бурсзауспних свай пегие пе учитывать - 20 параметр сбсгрзвз стензг: сквз":н в результате ах прохода, резулызги рзсчгта лрзкгзчззна совпадает о ?.Скоттом. Одпзкз нзчзльпий сбогрзз стенок сзрзлзго групгз аыэ-ет из сто пра бурзнал ах о годоЛ зла лра лзрзс.ттзЗх:з грунта. Автор узсзеркепстЕОззл сзсз разназ для гоз-'-'З^госга учета сбсгрз-вз мерзлых стенок пра прзхздаэ. Срэвязназ грзазгзд.плось о р-ие-наеи Ф.Крора. Созпздеааа зполнэ удозлеглорательсза (рас.26). Сравнение расчетов по уточненной формуле автора для одиночных сззЯ с рзсчзгзма на НВ!1 !1ансп-22, выполненных Ю.Е.Гаврицеи а Н.С.ХворостозскаЛ показало, что з зампв!} пераод рзсчеты хорошо совп-дтт, если принять рзксасндуешЯ ппторсы пэрзиегр начальное оЗогря^з Я„= 5. Надо отметить, что на БЕУ- учитывалась

Рис.1. Продолжительность радиального зашрахшкашт льдо-грунтовой зоны

I - по формуле"автора; 2 - по И.А.Чарному; 3 - по Х.Р.Х.ч-кимолу при а = 4; 4 - то же пой а = 5; 5 - промерзание по оси ряда замораживания устройств, ослн Ьц - 0°С при 0,375 Я 6 - то ей при зсли tu, = 0°С при 0,45 К ; 7 -■ решение задачи на гидроинтеграторе 3.С.Лукьянова,

гг

20 Ц £9 /<&

-I.

-г

-/л

М09.

0 /¡>¿»30 я>

/60 -.Чгя.

Рис.2. Г эдолгл тельно сть вмерзания одиночных свай а) йуроопускшх: I - по формуле автора при 20 = 0; 2 - то яе по Р.Скотту; 3 - по формуле автора 2а =5; 4 - инженерное ро--шегшэ автора (1967); 6) опускные сзад: I - по Ф.Крори; по формуле автора 20 = 6,5.

-Ю ¿1

Рис.3, а) Повышение температур оснований зданий от погружения свай до Ь ср. в зависимости от ¿ окружающего грунт::. 1 - т:т здания Ш-112М; св*ш 40x40 см; 2 - то же свал ЗСхЗО см; 3- ••• нив П4-74М, сваи 4Рх V см: 4 - то же окай 30:10 см; 5 - зл;.т 1-464ВМ, пза!» 10x40 см; 6 - то же спаи 30x30 с.'. 6) Зсяп пул? теотзератур под здеодм: I - в песчгжда гвудтпх. 2 - ? -

•е

греюзернооть процесса. Однако в этом в основном радиальном процессе этот фактор существенно не влияет, так как формулы автора диссертации получены при допущении, 0 (5; б; 7).

5.3. Автором впервые получено приближенное решение о вмерзании часто расположенных свай (б). В это;,; случае впервые получено, насколько повышаются средние температуры в поле устанавливаемых свай. Получена формула, позволяющая определить температуру в центре мексвайных целиков.' j Г <£

t j ^i^ Ajo ^ /

l.cf> = тм.ъ + (8)

очевидно, что при ■ ■,„ -•••- = 0, = *

J ¿/¿"Саг

в этих формулах <pt - форцфактор процесса: кройе "того

'■¿I - шаг меяду сваями,и; С/ - радиус скважины (оттаянной зоны); 'ïo ~ рздиус свай (условный); X - расстояние от центра между рядами свай вдоль здания и скваквпой.

'Расчеты показывают, что при буроопускных сваях 40x40 см при -их частом расположении с шагом в любом направлении ¿f-^ 8 м, в основании зданий будут образовываться "нулевые" зоны, там где температура грунта выше -5°С, В Якутска ото соответствует в винное время года горизонтам пике б н. При сваях 30x30 и их частом распологением нулевые температуры будут образовываться il а горизонтах, где зимой температуры окрузэюцего грунта выше -2,5°С, что повсеместно в Норильском районе не глубинах ниже 6 ii. Очевидно, что в этих случаях обязательно охлаидеиие сква-кглгперед погружением в них свай. 11а рно.Во показаны какие температуры будут после установки свай для характерных типовых домов применяемых в этих регионах. На рис.36 показан горизонт ниже которого возмокно образование нулевых зон и пластично-мерзлых грунтов под зданием при часто расположенных сваях.

3.4. Автором впервые получено реиение с применением предлагаемых функций, позволяйте определять как происходит нагрев

в увеличение размеров охлажденной зоны около свайного куста после отключения радиального охлаждения или прекращения работы СОУ в летнее время года. Теоретически показано, что сплоапая пер-

зачло охлакдекнал зона с начальным радиусом - после прекращения охлаждения увеличивается в размерах. Это подтверждено натурными навладениями: ^ __ Оо е^р^Г,)

где

Л'/

32*a*YA - Д* ДМ*-*«)

(Ю)

(II)

где индексы лосюяшшх Л п В соответствуют табл.1. Экспериментальные исследования установили, что чрезмерное увеличение размеров радиуса начального охлаждения /Zo - нецелесообразно. В песчат-,,х грунтах обладающих налим содержанием незаиерзвеП веди, по опптпии донным, сшлсанпе отдельных охлажденных зон в общей охлокденноЗ зоне па требуется, но огабаюодй р&длуо охлажденной зоны должен составлять 2-2,5 и, l'ei'-ду охлакдендн-ыи зопаш1 к иоиелту отключения охлаждения, около 50% площади в плане иояет быть не охлаждено. Совпадение предлагаемых расчетов с данными натурных наблюдений - А % колеблется от k до 22/5, что изложено в 5 главе дпссертзцви и характеризуется следующей таблицей:

.Таблица 3

'Увеличение размеров охлакденных зон около кустовых фундаментов пооле отключения охязнделня

Кус- Показатели охлаждения « натева грунтов

ты свай ** i Р t}p Яо </U /4! л

I -10,6 1-2,3 202 230 з, 3 ; 4,6 '12

2 -10 -1,5 159 170 2 ; 2,8 I : 7

В -10,9 -2,6 126 160 I. 5 j 3,5 !l '21,D

-12 -1,5 94 Э? I, 8 j 4,7 ' 0,4 j 3,3

Грунты

где ^н - начальная температура в доиорокешгой зоне после ох-лааденпя; X/i. - конечная температура в этой зоне; ^ - расчзт-ноо время нагрела; Ту> - греая нагрева в охлажденной зоне по измерениям з натуре; начальный рздлус охлаждения грумов;

- увеличено радиуса охлагденея npa {ft; /е* - охлажденная площадь в долях единицы в общей золе; /t - погрешность расчета

в

В главе Б рассмотрен и уточнен вопрос о' иининальнсЯ вс-лп-

чино охлаадаеыой воиы, которую необходимо создать вокруг пробуренных скважин под яилыии доиаив с поперечники неоущиыи отена-ии. Показано, что для наиболее неблагоприятного случая й =0°0, чтобы в период иакоиаальных теипоратур (коне сентября), теыаэ-рагура грунта во всех точках п в той чиоле под краями здания не превышались выше 1-г в -1»5°С для пластичномералкх глин е -1°С для пеочаных грунтов необходимо создавать первичную охлажденную зону о радиусом Я = 0,5 Б, где В - ширена здания, считая от слоя сезонного оттаивания, а ка границе этого слоя сформировать среднегодовую температуру -4°С для глин с Д' к -3°0 для оугликков е пеонов. Далее до сиыкания отдельных гон около пробуренных СКВЕ2НЕ под установку свай, процесс охлаждения (донораживания) около каждой окьакины в общей лроот-ранстве с нулевыми температурака, кокно рассматривать как независимый, подчиняющийся уравнение Ляме-Клапейрона в применять согласно расчетной охеие уравнение теплового боланоа (8; 9; 10). Минимальный размер охлажденной зоны около охлакдеемой радиально оквакшш или полой или "холодной" свая, о учетом естественного промерзания грунтов к полуцвлвндрвчеокого тепло-притока к общей охлвядаемой зоне 0,5 В для узких зданий

составляет: ,-—-- ■ ■ --———-—7

й & /

' / V ... -+2и; % (Ш

здеоь 0> - ширина здания, м; Н^с/^-и* - поверхностное проыерзаЕие грунта пгяе слоя сезонного его оттаввашш, и; ^ -ваг менду оваяыи вдоль фасада вдания, и; К - длина охлакдее-мой части для центральных овай, за вычетом глубины промерзания, )к\ Я, , ЯI - то яо для овей рзополовэшшх иезду центром в краем здания, к; - ореднее объеыиоо теплооодеркение охлажденной зоны Я = 0,5 В

„ 1~сГ - ¿4- С» ¿ср (16)

здесь кап указано выше?у?«/ - плотность керэлого оухого грунта, кг/кй; - льднотооть аа счет ледяных включений в долях единицы; рГн - содержание ЕезоиорешеЁ вода пра Т,^ охлажденной зоны: -г,--/-' ,,

ТГуг = с?,/Д7е> —О, г£ГЬо

Г В

¡Сет- - теплосодервашге I грунте 2 схяегданкцх е догзороген-иых льдогрунтовых цилиндрах вокруг кевдоК оквакиид

1В

¿Ф)Г = - 5-C»fA-m-t) (î5)

здесь содержанке незвиерзшей воды при в грунте}

f - температура охлаждающего воздуха (среднезимняя); коэффициент для воздушного охлаждения принимается fit » 0,65-0,7.

В работе (12) , где автор разработал прилояение 10, дана таблица в которой указаны необходимые сроки охлаждения скважин для обеспечение вмерзания свай.

Таблица 4

Необл ,.->»;мые сроки охлаждения стенок скваяия диаметром до 600 мм для обеспечения вмерзания свай

Показатели Вид грунта Температура охлаждающего воздуха

-10 -15 -20 -40 и вниз

Продолжительность вен- Песчаный 'а 2 I 0,7

тилирования сквакин, 0,4

сут Глинистый 2 1,5 0,8

Сроки Еыерзаячя свай, Вое виды 1,5

погруженных в охлаж- грунтов 5 о X

денные скважины, сут

Указанные сроки вентилирования но обеспечивают радвяэль-ного поникения температур грунта в основании зданий, йо обеспечивают вмерзание свай, что позволяв! возводить верхнее отроение вдавия без перерыва. Если в результате обцэго теплового влияния поля овай, в основании в нижней части зоны скерааиия (рас.Зб) образуются нулевые зоны, охлаждение окввквн должно веотись ухе по формуле 12.

В диссертации дается нетод определения аффективно-

го коэффициента темпе ра гуропроводност я грун»а по анализу глубины проникновения годовых колебаний геипврэтур в аккуауяяцн-оинои слое грунта и показано, что для глин Chy> « 0,001 к^/ч в то время как для твердомерзлого оосгоянпя их & ^0,0025 и^/ч. Наконец для моделирования многих процессоз, связанных о доео-ракиванЕбн и загораавваняем грунтов харзмеряо соотношение:

Маф/Я (16)

где Ко - крвтерпй Коссовача; Лз - критерий Фурье; <¡¿> - форн-фактор конкретного теплового процесса. Ивделировашзе этих процессов можно вести в специальных лотках, зопроактярозанкых авторе« а описанных в диссертации.

При охлаждении грунтов оснований в летнее время года.необходимое количество порци" гвордой двуокиси углерода, закладываемых в пробуренную скважину или в лолуа сваи монет быть определено из уравнения: ¿Гек

где ¿»у с учетом, что ъ. (См.формулу 15, Ьъ к 0,5);

Хр— коэМжцвент равный 0,7-0,8; // - радиус охлаждаемой зоны, м; - радиус сквэтлиш, м; у5^ - плотность твердой двуокиси углерода, в раздробленном виде, брикетами нзбольиих размеров или таблехированкон, кг/ц3; Д> - теплота сублимации твердой двуокиси углерода - 587 ¡сД;з/кг.

Пасса твердолдзуокисл углерода порционно закладываемой в скважину (полую свая) - ^ зависит от высоты слоя ее 7Гя и диаметра екзакины (голой свэп)

^-.77/^ ,кг (18)

Высота слоя двуокиси углерода, засыпаемой или закладываемой в скважину (полую евзю) определяется с учетом того, чтобы:

Г Лм 1а/. -Лс.о - //// (19)

где - глубина зало-кения сваи от планировочной отметки; Яс.о,- величина слоя оттаивания; /%/ - см.выше, т.е. домораки-вать й охлаждать грунт в верхних олоях о поверхности нецелесообразно (II).

Хотя твердая двуокись углерода (сухой лед) вырабатывается из входящих газов котельных, в настоящее время в этих районах ее производят немного. Например, в Якутске всего 2 т в сутки. До развития ее производства" автор диссертации рекомендует в • летнее время производить только вмораживание свай^примсняя "холодные" сваи. В их полость на стройплощадке рекомендуется саоы-пать таблетировэнн'ую твердую двуокись углерода нз расчета вмораживания сван. В этом случае з формуле 22 принимается,что Я, -I, радиусу сквааины, а % - %./Гех - определяется с учетом физических свойств заливаемого в скважину раствора:

+ , а5 (20)

где /V, - влажность и плотность песчано-иввесткового раствора заливаемого в ыйакину до погрукения сваи; "6р- температура раствора поступающего на площадку.

Для определения продолжительности сублимации'твердой дву-

(17)

окиси углерода в скважинах и полых сваях, была получена эмпирическая формула: у ,

= Ж[1г7 " СУК (21)

У/ - скорость естественной сублимации сухого льда, которая в различных опытах колебалась от 2,2 до 2,5 кг/ч.

Для определения продолжительности радиального доиоргшвва-нин пластнчноыь^злих грунтов и грунтов с частное реше-

ние было получено (10) в 1964 году, а об^ее в 1370 г. (13)

_ ¿ох £>* Ф (22}

Это решение относится к приблккснноиу решению дифференциального уравнения Ляме-Клапепрона с учетов предложения Л.С.Лейбен-аона и автора работы по билинейной аппроксимаций содержания не-зваерзшей воды в мерзлых грунтах. Форь¡актор в этом процесса;,

где X, - теплопроводность бетона свал; - то не промерзающего (доиоражизаемого) грунта; йа - коэффициент теплоусвоенпя стенкаып полой сваи, зависит от теплоносителя. На основании анализе данных по работе СОУ па статьи 3.1.'.Макарова и А.Л.Плотникова (1900), показано, что й0 для СОУ ввиду ламинарного движения аидкого теплоносителя в них со скоростью 1-3 сн/с, зтот коэффициент соответствует его значениям для "сухой" теплопередачи и колеблется от йа ~ Ю до 16,5

Кроме того

температуре жидкости, з она определяется ло формуле:

(24)

где Р» ~ поверхность СОУ или "холодной" сваи над грунтом, -то ке знутренпяя поверхность СОУ ила "холодной" сваи в грунте;

1природная температура грунта; Цч = I для СОУ и 0,85 для "холодных" свой. 1Ь^с - относится к никнпи частям СОУ или "холодных" свай.

Были проведены экспериментальные исследования этого процесса, проанализированные в главе 5 диссертации. Показано,что при доыорвжпвании пластичночерзяых глин через полые сваи кустового' фундамента до смыкания домораниваеыых зон расчет совпада-

er о дзнньш натурных наблюдений. Поеле смыкания процесс ускоряется, так как доморэжьвввие уже происходит от линии радиуса расположения сваи в кусте. Общая закономерность о том, что

Z-j^T^ характерная для радиального процесса заыораниваиия

грунтов, впервые выявленная А.А.Цвидом (1959), соответствует и процессу их домора&ивания.

Доыораяивание через СОУ происходит на порядок медленнее за очет «ого, что обычно составляет не более 0,25 Z^i 8 отношения входяидае в формфактор (28) в квадрате очень большие. В восточной Сибири все ке за вицу можно достигнуть определенных по формуле 12.

Глава 4. СТАБИЛИЗАЦИЯ ОХЛАКДБННЫХ ЗОН В ОСНОВАНИИ ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙ В ПЕРИОД ИХ ЭКСПЛУАТАЦИИ И ОПТИМАЛЬНЫЙ РЕЙШ ОХЛАЖДЕНИЯ ОСНОВАНИЙ ЗДАНИЙ ВЕНШИРтДО!

ПОДПОЛЬЯМИ

Теплоустойчквооть охлажденных зон в основании зданий и сооружений, возведенных о предварительным охлаждением оснований достигается за счат работы, в соответствуювдх режимах, их проветривзешх (вентилируемых) подлолий. Вопросы расчетз и исследований работы вентилируемых подполий зданий изложены в работах Н.И.Цытовпчэ (1923), Н.И.Быкова (1941), Н.И.Салтыкова (1950), Г.Б.Порхаева (1952,.1970), Г.Я.Шашауры (1956).С.В.То-нирдиаро (i960), Г.О.Лукина (1865), Н.И.Кайкова и А.С.Ка&совой (I€j8), И.В.Бойко, Л.Н.Хрусталева, В.М.Горбачевой (19?0), В.КДелокова (1970), В.Н.Иванова (1972), Г.Н.Максимова и Л.Ж.Синевой (1976) и др.

В дальнейшем эта расчеты была развит Н.И.Салтыковым в значительно усовершенствованы Г.В.Порхаевым. Есть и оригинальные предложения по расчету вентиляции подполий В.Н.Иванова.

Несмотря на указанные теоретические и экспериментальные исследования работы вентилируемых подполий, до сих пор отсутствуют обобщающие выводы в части оптимизации рекша охлаждения вентилируемыми подпольями в зависимоств:от клвсса зданий, климэто-догичемих факторов, а главное тшдперэтурного режима грунтов в ооиовакип зданий до их постройки. В одном п то ке пункте, в г.Якутске, применяют практически открытые подполья, воздухопроницаемые, полностью закрытые подполья цоколем из асбоцементных

волнистых листов без вентиляционных отверстий, а под пятпзтзз-ныма крупнопанельными домами, цоколи с зазором от 80 до 70 см от поверхности грунта. Не увязан о оптимальным температурным ренином грунтов в основании зданий и рекомендуемый в настоящее времг теплотехническим СНиПом* П-3-79. И., 1986, и расчет пе-рзкрытлй первого этоеэ зданий оборудованных вентилируемыми подпольями. Б диссертации показано, что согласно этим нормам:

¿Гп п, . . (25)

при этой согласно табл.3 Л= 0,9. Если принять, что температура в помещении равна = 18°С, то тогда:

- !}8 - 0,3 (26)

Автором работы были г.роаиалиаяровоиц много отеленные иаблв-допап, проведенные в проветриваемых подпольях здалпй з разных районах страды и на основе их математической обработки установлено, что общая закономерность (26) соответствует уравнению связи незду ~ температурой воздуха в подполье и тем-

пературой наружного воздуха. При этом параметр - для современных зданий, примерно равен рекомендуемому нормами йг 1,8, а коэффициент - /£ завышен. 5тот коэффициент, как выяснено,постоянен для летнего и зимнего сезонов, при модуле вентиляции У?0,0015, а при меньших его значениях Здесь индексы

зал, соответственно аш<ний и летний. Если следовать указаниям теплотехнических пори, то для современных зданий для обеспечения комфорта на первых зтоаэх требуется перекрытия с очень веским значением их термического сопротивления (14). Для деревянных зданий коэффициент /I завыыеп примерно вдвое, что неизбежно вызывает появление недопустимых по санитарным требованиям температур на полу их первого этана.Создание охлакденных зон под зданиями, где природ вы о температуры - ~Са низе ~Ьт ~ температуры условного перехода их в твердоиерзлоэ состояние толе нецелесообразно, так как приводит к преждевременной дострукцпн фундаментов, так как в верхних горизонтах появляется очепь низкие температуры грунта соприкасающегося с фундаментами, особенно з районах Восточной Сибири,

Автором диссертации этот вопрос ставится давно п настолько актуален, что войел ум в СНиП П-18-76, где лпнптпрустся температура - Т0 .формирующаяся па границе слоя сезонного оттаивания.

/

/

Если в иэвесхнуо формулу для оррзде-лияш ТЪ полуаднкуэ Г.В.Порхоовын и ¡!.5.Ьс-;:;ашь'м одсхг. урэыюнпе свпьк (25), форауди приобретет виг« _ . _ у . Яг /....... ' ¡^ /

Ьо —

где 365 дней; - средияп ошккк наружная «шерстя-;,

воздуха; го ке среднелетпяп «"лгпсрзхура ввруисого ьсс-

духз; продоакк«ея1.йос5Ь периода о £-С0°С; - 20 ие с.

~Ь >0°С; Л г- тепзопроводноог г талого грунта слоя оазснксго оттаивания; Лн - то ке шрзяого груцуо ):а олс.л.

Соогветствеипо роиоя урзвпсяпя относительно - кг« У >0,0015 Л: ~

п = А»Г3 ^?> ) — Тс'Гг

при Ы С0,0015, л * л Л / ^

2г/л,V ¿V» V /г.л. 17ы.4.)Та - $¿<3 & л/> О- (2э)

во второй случае для летнего периода года, когда интенсивной циркуляции воздуха в подпольях не происходит, рекомендуются величины ть и пл указанные в таблице пли уточненные- соотвехст-вувсцши наблюдениями для данной местности иле типа зданий из указанных в таблице. Выполненные раоч&ты по фориулвм (28) и (29) показывают, что вполне допустимо снизить значения ко&Тйи-циента - Яг, в.г.г. Норильске и Якутске до /£5, = 0,5 для зданий оборудованных технический атаками, Л*, = 0,6 для зданий с подзеаешшми в подшммях санитарно-техличесюпш коммуникациями и е 0,25-0,35 - ддп деревянных домов на всей территории СССР с вечномерзлиин грунтами.

Учитывая вышеизложенное если в вентилируемом подполье г.Якутска, где :гоыпература самой холодной пятидневки г^.=-55°С и СОХ'ЛНСНО (26)Л с 0,9 . ' , „о.

- + - № С

или = 0,5, как рекомендует автор

г„ ~ г + с

Таблица 5

! Тип здании К ' з ; ------ П^г !

Дерэгздшзе дома о 0,5 ;

i д=:!зянао дома о депезяшшмд пвдокшхкя-; лл над подпольем, здания с техническими ; стзззиз п -злеообетонными лерзкрнтннмп : и-:: полпол1л;л" I, 5 ! 0,65 ;

•J :i;in с келйзеб'етошшмп пврокрихияки :п.-. подползем, с пролояоаншп в них | :;':---;у::и1СЗц::лм:1 сантехники 2, G ! { 0,35 ;

.тз^перзтурз у-» допустима согласно СНиП 11-22-75. Бзтои-:'•.!':■ "■¡.тзгаСзтатшв конструкции, да"з з иенегорих грунтовых тсл-гпл.: силзпть хрзбсвашш по ыорозоуогоЯчявосгз к

■-.¡упл-'г-знтоз.

r.y^'j.ir.cri рассмотрений вопроса обеспечения устоЦчпзости ог::~ ззялш зопзп под кустовыми тязелологрузетшая негеплови-дслл.-длял i ундзмепт'чи применяемых на объектах связи. Осос'км прзгггуиесггом кустсшх фундаментов язляе-гся то, что как показз-;гз в глззе 5, применяя охлаядзяие екзаппл буранах под сваи ила ПОЛ:';, era;;, около нзх кезно бистро создать болыуя по разморзи

зо:;у, которая посла отключения охлаждения езмз "глпп'ллостсл з размерах. Для того, чтоби сохранить рззулыэти г.ззеззго охлв'-.Д'Зйпп Kcsao:

1} араиепзгь "лолодщгз" слзп. В зге« случае для создания пггзлчиоЛ зоны охли-денпя необходимых рззаероз потребуется Ссл^ум количество озой в вусгз, та;; как дз;хе в Восточной Сибири рздяус спазме пая и до.чоро.' лззяаи грунта около них но преви-

1,2-1,5 м за веоь зимни;: период, так как теллосъем таких ycrpcücTB, кзаслак;

2) применить з1-5з;яззноа зсздучнсс о:иакде:шв и для стабилизуй;::; его результатов, пздзеаний онрзц, кстор-Ji; з зимнее враги годэ препятствует накоплений смога з контуре кустового Фуи-д?.:'.2П53, з лззси предохраняет пс^орхнссль грунта от солнечной ппзеллшп. 3 зтем случае число свай в кусте мо^ст бить уисяь-ззпо почта вдаез. Особых наблюдений за таким экраном но требует-!'!, необходимо ЛИ":Ь рО'ИТОГЬ 0Г0 рмнррн, чтобы он мог сто— бнлнзпролоть рзэкеры пормчно охлэгдеплой золи. Экран ноано себе прэдегзгпть з виду круга, расположенного на поверхности

грунта. Грунт основами фундамента имеет нулевую температуру. 1а то вы начальные условия. Под экраном формирует он 0°0

таковы краевые условия. Для установившегося стационарного состояния, а зону предварительного охлаждения о учетом еэ увеличения аа счет выравнивания в ней температур до можно приписать за такое состояние, такая задача в общей виде реиена Г.Гребером (Гребер Г; Эрк С.; Григулль У., 1353)

/ /// (зо)

где ' % уд ;^^;/С-радвуо экрана, ы

аначеиио интеграла было определено авторои диссертации л ;:,апо в таблице:

Таблица б

Значение коэффициента - /V

0,0 0,5 1.0 2,0 3,0 4,0

0,0 1,0 1,0 1,0 0,34 0,22 0,16

0,5 0,72 0,68 0,56 0,32 0,21 -

1.0 0,51 0,48 0,42 * 0,29 0,20 0,15

1.5 0,37 0,37 0,33 0,25 0,20 0,15

2,0 0,29 0,28 0,27 0,22 0,18 0,14

3,0 0,20 0,20 0,20 0,17 0,15 0,13

4,0 0,15 0,15 0,14 0,12 0,11

6,0 0,10 0,10 0,095 0,092 0,089

8,0 0,08 0,08 0,076 0,072 0,07

В главе 5 показано, что по опытный дашши небольшие по разнераи экраны /£, = 2,5 ы (при условии, что под ними на границе слоя оттаивания сформирована = -7°С) обеспечивают стабилизацию первично охлажденного состояния грунтов с природной нулевой температурой, в пределах ^<акс- ~2°С на глубину до 10 и, причем ею состояние около кустов свай, по данный последующих измерений температур сохраняется неизменным в течение 1Г> лот.

Кроао стабилизации охлажденного состояния грунтов в основании кустовых тявелояогружошщх фундаментов, применялось, как описано в главе 5, разовое охлаждение грунтов оснований совме-2о

стно о теплоизоляцией поверхности грунта, при подзола пссккх башен, собранных на земле их поворотом в вертикальное пс.;г.\с-ние. Такие работы характерны для объектов связи л кс- :-ссх ::к. В начальный момент их нздъемз воз веко эт очень больлпе горла;ллаль-ные нагрузки на сваи, поэтому без охлаждения грукгоз згдэ о'лло окпдать длительного вмерзания ела;; и требовалось залрззлилрз-вать вдвое большее количество свал, чем пр'л прзкзкзг.;;:: дения грунтов. Применение охлаждения грунтов через склизла: позволило производить работы по подъему объектол нр/глолсдлллс. -

К положительным результатам локального рпдлкалл-нсло зало-раживаняя песчаных грунтов, как показал опит работ л.а г.с-.:з

Якутске следует отнести отхатке воды из остзточн-х аа,л;ла;за пределы здания в процессе радиального прокорзаагонкя гр/нтоа. Следовательно при этом методе исключается нежелательные лрло-генные процессы, которые часто наблюдались при поверхностной промерзании локальных таяикоз под зданиями (з г.Норильске).

Било к тому ке выяснено, что п?.а ргдакяьном заиорзкпБзнли засоленность грунтов в промороженной зоне уменьшается. езлизлм, что это относится к песчаным грунтам и этот вопрос трзбуел дополнительных исследований с целью уточнения количественных показателей.

Наконец в 5 главе оппезны проведенные спыты по моделированию процесса охлаждения грунтов в специальном лотке вделозкях климата средней полосы. Лоток с грунтом емкостью 2 ы°, погружался в металлический лоток большего размера, в который изливалась вода. В ней поддерживалась нулевая температура. Снаружи внеший лоток теплоизолировался. В основном в лотке моделировались процессы охлаждения и радиального домораяивания грунтов твердой двуокисью углерода. Эти опыты, проведенные под руководством автора позволили, в дальнейшем, быстро и надежно выполнять работы в производственных условиях, что описано в главе 5.

Возможность длительного искусственного создания пластично-мерзлых грунтов с близкими к 0°С температурами при небольших затратах в условиях средней полосы, имеет больиое методическое значение и позволяет вести исследования, которые в экстремальных температурных условиях пледадок непосредственного строительства осуществлять весьма слоено.

Однако дублирующие иссл-. ованпя проводились при участии

обто-г "'-'огг.л п.лодддг-.зх. Автор г.риноснт благодарность за слиьсы-'ул :.;•:: ;•«.•.•. ::с:.;о:,.ь кксенерзи Управления строптельствз-2 CJ1? ЛкЮо;,с::с::у Г.;.',. и Поллевпну А.К., а такие Чернову Z.:,. :•. j-н :еаер2й сзюлзяу С.К. к Фоаекковой АЛ'., приииаав-¡_у>.. учзсгке в pooorsx на строительных плсдадхах, где велись д лкгельвке т l- пл о р и ь и ч е с кл е исследования.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1. В природных условиях среднегодовая температура вечно-иерзлих грунтов обычно на 3-3°С вше среднегодовой температуры ьэидухе s денной районе, псэтоау во ыногих регионах западной и Ес-егс.чко;: Сибири рзспроотрэневы плзстичномерзлые грунты о с;..;:й!:сл к 0°С температурой. Однако около больпих рев и ыегду близь расположенных озер, спроко распространенных но Севере, t;>:c-.ô грунт:.: кз строительных плоцэдках часто встречаются и в рулонах, где облчио температуры грунтов ~£0- на глубине 10 а

Тонне грунты ранюв считались неблагоприятный!! для строительства ло корма;,! Сй-353-66, СНиПоы П-18.-76. "Основания и :уидэыенты на зечноыерзлых грунтах" они характеризуются низ--л;:«:: г.окзсагсллка нх смерзания по боковым поверхностям со свайными çyjî53iseuï3-« и повыаённьши реологическими свойствами. В то te ¡.рз1!я шюгочасл-еюше наблюдения показывает, что в г.г.Луднпко, Игарке, Норильске и Якутске, под зданиями, построенными г.о nepivay принципу с вентилируемыми подпольями,среднегодовые температуры грунтов в основаниях зданий с годами пони-лайгяя. £то лонвкензе температур в проектах не учитывается. • Использование этого резерва, за счет охлаждения грунтов в период устройства фундаментов, позволяет снизить стоимость устройства ¿.улда^зктов на 20-30^.

2. Создано ьоьое научное направление с применением радиального, глубин!!ого охлаждения грунтов, позволявшие изменить i-ecy^yw способность основания радикально, используя для охлаг:-дсни»; количество сквакин, буримых в черте свайного подл:-. погружения в них свай, желательно применять воздушное

дикие, ь гдо необходимо создание дополнительных радиаль-охлажденных зон, кроме того применять СОУ и ли^ь при обводненности грунтов "холодных" свай.

3. ?е-ен вопрос об оптимальных уелг-иях стабилизации гто-

го охлажденного г. доаор07.еш:ого состоя!:;:я грунтов сг;с.ли: л пз период эксплуатации здзнл.1, за счет рзботы .-: :с-

лз:П. Автором получена расчетная г.иртз, на которой , :-хч

вентилируемое подполье уте не стабилизирует охтзкдсннсс; г.с нос состояние грунтов в результате охлогдекзя и тр^'у-тсн применение "холодных" свай.

Разработаны осповксе тепло^нзнчсскнс схег.;, сгнсашге с обеспечение:: радикального' охлаждения дс.л:оро::;:.п:;::.'£ ~уу:::св в период устрс .стза фуидааенроз к з развитие теоратич;::::::: наследований А.И.ПзхЕвпча л В.М.Нидких получены рзззняя радиальных задач типа Стефана, з замкнутой виде. По кот еду airo:-: sesionpaxOK из зоны не вэкекив^сЛ своего агрегатного ссатслпня аппроксимируется функциями, в которые входит комплекс ¡урьс -. Показано, что для радиальных задач этот комплекс но ,<;í.;;,:~ ется постоянной величиной и его ыоано.принимать га вовуэ безразмерную переменную. Такой подход .впервые позволил получить решения:

- о повышении температур в охлажденных, цилиндрических шарообразных зонах после отключения охландснил грунтов а учетом увеличения размеров этих зон, применительно к возведения кустовых фундаментов;

- об общем повышении температур в свайных полях в зоне смерзания свай от теплогыделеиия при их погружении.

5. Разработана приближенная схема по определенна необходимых размеров охлакденных зон около свайных фундаментов при их расположении в ряд, с учетом полуцилиндрическо^о теплопрнтокз

к внешнему контуру первично охлаядаемой зоны - 0,5 Б.Проведенными натурными исследованиями подтверждено, что понижение температур пластичномерзлых грунтов целесообразно до ~tr =-1,5 до -2°С в зоне смерзания свай, а для песчаных грунтов с "С близкой к 0°С до "¿х равной -If—1,5°С. Для кустовых фундаментов .оптимальный рздиус первичного охлаждения долхен составлять не менее 2 и. Он обеспечивает воздушном охлаждении после его отключения в конце лета достижение максимальной з::;>нваликтной температуры t// = -1,8°. При применении "холодных" свай в обводненных грунтах, размер п- ¡зично охлааденяой зоны долген Сыть увеличен.

6. Получены новые решения задач о времени одномерного и

ос o o i л: л е т р л ч к о г о промерзашш-оттбявэшш когда "¿^«0°С. Для осе-

• доноргхгвакпя груагоз применительно к задаче Лямэ-Хлгпе.'ч.сяа получена обобцзх^ая формула, лозволяхэдэя вести расчет кал лозлу-ного, тан и углекислого охлаждения грунтов,так как получена состзетствувдс коэффициенты теплообмена при радиальном до:.'.ора;;л!зании грунтов "холодными" сваями.

7„ Б рэСоте показано, что основным физическим параметром ь расчетах домораживания грунтов, является содержание в них не-аа.'/.ерзлзч: водь:. Авторов на основания анализа своих и многочисленных данных других исследователей предлагается билинейная ее " "аппроксимация. Ззо позволяет применять теорию Фурье без оговорок. В расчетах доморзлнвания грунтов нельзя' пренебрегать иаыа-

• негиом содер-дакяя неззиерзвей вода даге в песчаных грунтах.

8. Внедрена и разработана эффективная технология вморажи-BCixa caaí.jjtcc фундаментон, в том числе "холодных" свай в летнее ьрзйя :ода твердой двуокисью углерода, что обеспечивает нлпрзрхлносгъ монтана зданий и возмокность их возведения в этих р-ллонах в нормативные сроки, без нежелательных деформаций элементов их нллнего строения. Следует отметить, что стоимость ее вегаоокая ICO руб. sa топку, расход на вмораживание одной сваи соотз£Я!?о1 73 кг, а производят ее из отходящих газов котельных.

0. Проверена технология локального замораживания таликсв ограниченных размеров в контуре новой застройки после сноса старых здзнлл, что характерно для старых городов в этих районах, :?'л!'.;рс;-л;1!эние грунтов мокет вестись как воздуппое, так и пзре^ндяе ¡.;л,л; СО У по авторскому свидетельствуй 573532. Показала, что положительные результаты достигаются за два зимних се;-"г-ч <о. к сдаче здания в эксплуатацию. Монтаж каркаса зда-i:rrt, к,; ¡.ундзкенхах мокко начинать после первого сезона замо-

х0. В процзссе разработки исследований и внедрения методов рзл'.'калького поннкения температур и локальногозоморакивания - рук лог сч.:лп отработаны рациональные воздушные охлаждающие си-стен..' л ныянлены специфические параметры их аэродинамического !••>-хга, усовершенствованы изотермические контейнеры для дос-13зли твердой двуокиси углерода на расстояния более 1000 км.

1'Г

Основные работы, опубликованные по теме диссертации.

1. Приложение теории теплового равновесия к строительству

на вечной мерзлоте. Бвллетень технической информации !Ь 1-2.//-К. 194«.

2. Укрепление пластичноиерзлых глинистых грунтов путем образования стабильных охлажденных зон в основании сооружений.

Сб.матер.У1 Всесоюзного совещания по закреплению грунтов. МГЗМ9<?е-

3. К вопросу о продвижении границы изменения агрегатного состояния влаги при промерзании и оттаивании грунтов. Инженерно-физический журнал. г.Минск. Т.Щ, Л 5, 1976. Деп.ВИНИТИ, рег.гё 330, 1976.

4. Метод реиеняя одномерной, ооесимметричной и исследований двухмерной задачи промерзания-оттаивания грунтов. Деп.рукопись журналом "Основания, фундаменты и механика грунтов. ВНИНС, № 2564. И., 1981.

5. Продолжительность естественного вмерзания свай, погруженных в вечномерзлый грунт. I. "Однования, фундаменты и механика грунтов", И I, 1968.

6. Продолжительность вмерзания свай. Тезисы докладов Всесоюзного совещания в г.Воркуте. Ы., НИИОСП, 1975.

7. Продолжительность смерзания грунта со сваями. И Международ, конференция по мерзлотоведению. Изд-во Наука, Новосибирск. В кн.: "Инженерное мерзлотоведение", 1979. (Соавторы Гавриш Ю.К., Хворостовская Н.С.).

8. Охлаждение высокотемпературных вечноыерзлых грунтов при устройстве фундаментов. "Основания, фундаменты и механика грунтов". £ 1,15в8.

9. Методы охлаждения пластичномарзлых грунтов. П Мекдунврод. конференция по мерзлотоведении. Вып.7. Якутское изд-во,1973. (соавторы Коновалов А.А., Занятия С.И.).

10. Искусственное воздушное охлаждение при устройстве свайных фундаментов на вечноиерзлых грунтах. Сб.НМОСП й 55. Ы., Стройиздат, 1964.

11. Опыт углекиолотного охлаждения грунтов оснований под полносборным зданием в южной зоне распространения вечноыерзлых грунтов. Сб. Всесоюз.совещания по совершенствованию крупнопанельного домостроения в районах вечной мерзлоты и оурового климата (со. автор Порошин К.И.).

12. Указания по проектировании и устройству свайных фундаментов в ррЛонах распространения лластнчпомерзлых грунтов. PC7II-4-L-72. Приложение № 10. Центральный трзст строит.изысканий.

18. К вопросу о применении полых железобетонных свай в вечномерзлых грунтах. С6.Н1Ш0СП В 59. П., 1970.

14. Локальное заыорзкввание оттаянного грунта в Якутске. Z, "На стройках России" И I, 1980 (соавторы Белов В.П., Занятия С.И., Чеботарев В.Ф.).

15. Рациональные методы понижения температур вечномерзлых грунтов."Основания, фундаменты и механика грунтов". H., IS82.

16. Рекомендации по проектировании и устройству искусотвен-ного охлаждения грунтов оснований. ШШСП. M., 1971 (соавтор Эзпятен С.й. примеры раочетоз).

17. Оптимальный режим охлаждения оснований здани'* подполья-ши Ж, "1илищное строительство" й 10, 1976 (соавтор Синева Л.Г.).

18. Руководство по устройству свойных фундаментов в вечно-ыерзлых грунтах о предварительным охлакдениеи оснований. К., 11ИИ0СП, Стройиздат, 1979.

19. Способ образования мерзлого основания, ¿.о. й 496047 21*11.1978 (ооавторы Звпятин С.К., Беляков B.D.).

20. Устройство для аккумулирования холода в грунте. А.с. В 578532 - 29.12.1975 (соавтор Смирнов В.Д.).

21. Способ возведения вданая, сооружения. А.о. й 67S703

14.II.1977 (ооавторы Хруоталев Л.Н., Александров й., Иейхель Ю.В.