Винахід відноситься до будівництва і може бути використано при проведенні заходів щодо захисту фундаментів будівель і споруд від морозного здимання в сезонно-промерзають пучинистих грунтах. Спосіб захисту фундаменту від морозного обдимання передбачає управління процесом сезонного промерзання навколишнього фундамент грунту, яке здійснюють шляхом штучного проморожування масиву навколишнього фундамент грунту глибиною, рівній глибині залягання шару сезонного промерзання-відтавання і шириною, рівній подвійній ширині фундаменту. Штучне промороження масиву грунту починають при температурі навколишнього повітря, яка дорівнює в денний час доби від -2 до -4 ° С, і виробляють промороження грунту послідовно знизу вгору, починаючи від нижньої межі шару сезонного промерзання-відтавання, з доведенням температури масиву промороженого грунту до температури , що не перевищує -6 ° С, і підтримують навколишній фундамент масив грунту в промороженому стані до настання позитивних температур зовнішнього повітря в нічний час доби. Технічний результат полягає у спрощенні технології протипучинною заходів, підвищенні оперативності їх виконання, зниженні трудомісткості і вартості, підвищення ефективності та надійності. 3 з.п. ф-ли.
Винахід відноситься до будівництва, а саме до способів і прийомів захисту фундаментів будівель і споруд від морозного здимання в сезонно-промерзають пучинистих грунтах.
В даний час відомі наступні способи зниження морозного пученія фундаментів.
1. Заміна пучинистого грунту в основі фундаменту на непучиністих. Цей спосіб досить ефективний, але недоцільний з економічних міркувань, оскільки пов'язаний з великим обсягом земляних робіт. Крім того, його можна здійснити тільки при будівництві споруди, але не після його зведення.
2. Зниження обводнення промерзає масиву грунту в основі фундаменту. Цей спосіб досить ефективний, але вимагає проведення дорогих робіт по влаштуванню дренажної системи для відведення поверхневих і ґрунтових вод.
3. Збільшення глибини закладення пальових фундаментів з метою посилення защемлення паль в ґрунті нижче глибини сезонного промерзання. Цей спосіб недостатньо ефективний, оскільки не забезпечує достатню величину утримують сил, а також нетехнологічен і неекономічний.
4. Застосування обмазок і покриттів фундаментів, що запобігають їх змерзання з грунтом. Практика показує, що корисна дія їх є тимчасовим і ненадійним, так як багаторазове замерзання і відтавання пучинистого грунту, яка має контакт з обмазками, викликає швидку втрату властивостей мастильного матеріалу.
5. Уповільнення процесу промерзання грунтів в контактній зоні шляхом їх засолення. Цей спосіб досить ефективний, але має кратковременностью позитивної дії через швидке опріснення під дією ґрунтових і поверхневих вод [1].
Опис всіх перерахованих відомих способів дано в наведеному нижче джерелі інформації.
1. М.Ф. Кисельов. Попередження деформації грунтів від морозного здимання. Стройиздат, Ленінградське відділення, 1985.
Недоліком способу є технологічна складність, великий обсяг земляних робіт, а також висока трудомісткість і вартість.
Завданням винаходу є спрощення технології виконання способу, а також зниження трудомісткості і вартості при підвищенні ефективності та надійності.
Завдання вирішується за рахунок того, що запропонований спосіб захисту фундаменту від морозного обдимання, що характеризується тим, що він передбачає управління процесом сезонного промерзання навколишнього фундамент грунту, яке здійснюють шляхом штучного проморожування масиву навколишнього фундамент грунту глибиною, рівній глибині шару сезонного промерзання-відтавання, і шириною , яка дорівнює подвійній ширині фундаменту, причому штучне промороження масиву грунту починають при температурі навколишнього повітря, що становить в денний в емя доби від -2 до -4 С, і виробляють промороження грунту послідовно знизу вгору, починаючи від нижньої межі шару сезонного промерзання-відтавання з доведенням температури масиву проморожує грунту до температури, що не перевищує -6 С, і підтримують навколишній фундамент масив грунту в промороженому стані до настання позитивних середньодобових температур зовнішнього повітря.
При цьому поверхня масиву грунту, що оточує фундамент, на період штучного проморожування шару сезонного промерзання-відтавання можуть термоізолювати від охолодження зовнішнім повітрям; перед штучним проморожуванні масиву навколишнього фундамент шару сезонного промерзання-відтавання грунту він може бути термоізольований від решти грунтового масиву в межах залягання цього шару; штучне промороження навколишнього фундамент грунту можуть здійснювати за допомогою сезонно-дієвих механізмів для охолодження і заморожування грунту, що включають грунтовий і повітряний теплообмінники і з'єднувальний Термоізольований теплопровідності, причому пристрої встановлюють в грунт вертикально по зовнішньому контуру фундаменту з розміщенням грунтового теплообмінника на нижній межі шару сезонного промерзанія- відтавання масиву грунту, що підлягає проморожування.
Технічний результат, який забезпечується наведеної сукупністю ознак, полягає в спрощенні технології протипучинною заходів, підвищенні оперативності їх виконання, зниженні трудомісткості і вартості, підвищення ефективності та надійності.
Це досягається за рахунок виключення необхідності проведення земляних та гідромеліоративних робіт з заміною пучинистого грунту на непучиністих, збільшення глибини закладення фундаменту, застосування обмазок і покриттів фундаментів, а також введення хімічних компонентів. Всі перераховані заходи (крім першого) носять тимчасовий характер.
Спосіб здійснюють наступним чином. Навколо оберігає від морозного обдимання палі на відстані, рівному подвійному розміру її поперечного перерізу, встановлюють сезонно-діючі охолоджуючі пристрої (СОУ), заглиблюється в грунт до нижньої межі шару сезонного промерзання-відтавання.
При встановленні негативної температури зовнішнього повітря СОУ включаються в роботу і здійснюють промороження грунту навколо палі, починаючи від нижньої межі шару сезонного промерзання-відтавання з доведенням температури масиву проморожує грунту до температури, що не перевищує -6 С і підтриманням навколишнього фундамент масиву грунту в промороженому стані до настання позитивних температур зовнішнього повітря в нічний час доби.
Оскільки сили обдимання завжди спрямовані до фронту холоду, то при проморожуванні діяльного шару знизу вгору пученіє відбуватиметься в протилежному напрямку. Але так як нижче межі шару сезонного промерзання завжди залягає щільний нестисливий шар грунту, то деформацій і переміщень проморожує грунту і замерзлої з ним палі відбуватися не буде. Протипучинною ефект посилюється тим, що поверхня масиву грунту, що оточує фундамент, на період штучного проморожування шару сезонного промерзання-відтавання термоизолирующими від охолодження зовнішнім повітрям, а також від решти грунтового масиву в межах глибини залягання шару сезонного промерзання. Крім того, за допомогою СОУ промерзання грунту в сезонно-промерзають шарі знизу вгору відбуватиметься інтенсивніше, ніж зверху вниз через наявність грунтово-рослинного, торф'яного шару, снігового покриву або будь-яких інших термоизолирующих покриттів.
Таким чином, на той час, коли верхній шар грунту промерзне до глибини, що супроводжується його обдиманням і переміщенням палі, промерзлий грунт в нижньому інтервалі шару сезонного промерзання міцно змерзнеться зі палею і утримає її від переміщення разом з верхнім промерзає шаром в сторону денної поверхні. Крім того, в процесі промерзання діяльного шару грунту від низу до верху відбувається кріогенна міграція грунтової води до фронту промерзання від денної поверхні, що істотно зменшує пучинистість грунту у верхньому шарі за рахунок його зневоднення [1].
Приклад здійснення способу.
Навколо трубчастої металевої палі діаметром 325 мм, заглибленою на 8 м, на відстані 0,6 м були встановлені 4 СОУ парожідкостной типу на глибину 2,5 м, що дорівнює глибині сезонного промерзання. Сполучні теплопроводи охолоджувальних пристроїв були термоізольовані від навколишнього грунту. Для чистоти експерименту, що підтверджує ефективність принципу терморегулювання процесу сезонного промерзання навколишнього фундамент грунту, покладеного в основу запропонованого способу, термоізоляція грунтового масиву навколо палі як з поверхні, так і по глибині не здійснювалася.
При встановленні денної температури повітря мінус 2-3 С почався процес промораживания грунту навколо палі біля нижньої межі діяльного шару, який контролювався за допомогою спостережних температурних свердловин, пробурених в зоні промораживания. Коли температура грунту в проморожує зоні досягла -6 С, її потужність становила 0,8 м. При цьому глибина природного промерзання грунту з поверхні склала 0,2 м. В процесі подальшого промораживания потужність проморожує шару досягла 2,0 м, а глибина промерзання з поверхні склала 0,5 м і сталося змикання обох зон і завершення процесу промерзання грунту в шарі сезонного промерзання. За цей період відбулося промороження 4/5 потужності діяльного шару без його пученія, спрямованого в сторону денної поверхні, а також змерзання грунту зі палею, що утримує її від переміщень при обдиманні грунту в поверхневому шарі при його промерзанні.
Таким чином, стійкість палі проти обдимання в процесі промерзання діяльного шару було повністю забезпечено. При цьому переміщення палі протягом наступного зимового сезону також не спостерігалося.
Захист фундаменту від морозного обдимання описаним способом спрощує технологічні операції, не вимагає виконання великого обсягу трудомістких земляних робіт по заміні здимаються в основі фундаменту і застосування спеціальної техніки, а також забезпечує надійність запобігання фундаментів від морозного здимання і підтримки їх функціонального стану на весь термін експлуатації споруди .
Пропоноване технічне рішення може бути ефективно використано при будівництві нових та експлуатаційному обслуговуванні існуючих об'єктів, зокрема при профілактичних заходах на аварійних лініях електропередачі, в складних кліматичних і геокриологических умовах північних регіонів.
1. Спосіб захисту фундаменту від морозного обдимання, що характеризується тим, що він передбачає управління процесом сезонного промерзання навколишнього фундамент грунту, яке здійснюють шляхом штучного проморожування масиву навколишнього фундамент грунту глибиною, рівній глибині залягання шару сезонного промерзання-відтавання, і шириною, рівній подвійній ширині фундаменту , причому штучне промороження масиву грунту починають при температурі навколишнього повітря, яка дорівнює в денний час доби від -2 до -4 ° С, і виробляють про моражіваніе грунту послідовно знизу вгору, починаючи від нижньої межі шару сезонного промерзання-відтавання, з доведенням температури масиву промороженого грунту до температури, що не перевищує -6 ° С, і підтримують навколишній фундамент масив грунту в промороженому стані до настання позитивних температур зовнішнього повітря в нічний час діб.
2. Спосіб за п.1, що відрізняється тим, що поверхня масиву грунту, що оточує фундамент, на період штучного проморожування шару сезонного промерзання-відтавання термоизолирующими від охолодження зовнішнім повітрям.
3. Спосіб за допомогою одного з пп.1 і 2, що відрізняється тим, що перед штучним проморожуванні масиву навколишнього фундамент грунту в шарі сезонного промерзання-відтавання його термоизолирующими від решти грунтового масиву в межах глибини залягання цього шару.
4. Спосіб за допомогою одного з пп.1-3, що відрізняється тим, що штучне промороження навколишнього фундамент грунту проводять за допомогою сезоннодействующіх пристроїв для охолодження і заморожування грунту, що включають грунтовий і повітряний теплообмінники і з'єднувальний Термоізольований теплопровідності, причому пристрої встановлюють в грунт по зовнішньому контуру фундаменту з розміщенням грунтового теплообмінника на нижній межі шару сезонного промерзання-відтавання масиву грунту, що підлягає проморожування.