Об эффективности применения термостабилизаторов при строительстве на многолетнемерзлых грунтах

Об авторах:

Горелик Яков Борисович, доктор геолого-минералогических наук, заведующий лабораторией тепломассообменных явлений, Институт Криосферы Земли, Тюменский научный центр Сибирского отделения РАН; eLibrary AuthorID, ORCID, Web of Science ResearcherID, gorelik@ikz.ru

Хабитов Артур Харисович, аспирант, Институт криосферы Земли СО РАН; инженер, Гипротюменнефтегаз (г. Тюмень); eLibrary AuthorID, ORCID, Web of Science ResearcherID, prof.power@yandex.ru

Аннотация:

Предложен метод расчета динамики температурного поля мерзлого грунта в основании сооружений с проветриваемым подпольем, возводимых с применением термостабилизаторов. Результаты расчетов показывают, что применение системы оребренных термостабилизаторов со значительным запасом обеспечивает необходимое понижение температуры (до 3-4°C) грунтов уже в первый год их эксплуатации (для сооружений, протяженных в плане). Применение системы неоребренных термостабилизаторов (несмотря на то, что их коэффициент теплообмена с атмосферой более чем на порядок ниже, чем для оребренного аналога) обеспечивает достаточное понижение температуры (на 1-2°C) для слабозасоленных супесчаных и песчаных грунтов, широко представленных, например, в ряде районов севера Тюменской области. Это позволяет предложить наиболее эффективную (по совокупности технико-экономических показателей) конструкцию несущих элементов фундамента, включающую размещение неоребренного термостабилизатора целиком внутри корпуса сваи. Выполнено сопоставление результатов расчета для системы неоребренных термостабилизаторов с данными существующих натурных наблюдений, которые подтверждают обоснованность предлагаемого технического решения.

Список литературы:

1. Александров Ю. А. Охлаждение пластично-мерзлых грунтов кустовой системой парожидкостных СОУ / Ю. А. Александров // Геокриологический прогноз при строительном освоении территории: материалы Всесоюз. совещ. Воркута: Госстрой СССР, 1985. Кн. 2. С. 283-286.
2. Баясан Р. М. Сравнительная оценка работы двухфазных термосифонов для термостабилизации грунтов в криолоитозоне / Р. М. Баясан, А. Д. Лобанов, Т. В. Баясан, С. И. Голубин // Инженерные изыскания. 2012. № 7. С. 60-63.
3. Вялов С. С. Искусственное охлаждение грунтов с применением термосвай / С. С. Вялов, Ю. А. Александров, Ю. С. Миренбург и др. // Инженерное мерзлотоведение. М.: Наука, 1979. С. 72-90.
4. Горелик Я. Б. Динамика протаивания мерзлых пород в зоне влияния двух скважин / Я. Б. Горелик, А. Б. Шабаров, Ю. С. Сысоев // Криосфера Земли. 2008. Том XII. № 1. С. 59-65.
5. Горелик Я. Б. Корректность постановки и решения задач по прогнозу динамики температурных полей в основании сооружений на многолетнемерзлых грунтах / Я. Б. Горелик, Д. С. Паздерин // Криосфера Земли. 2017. Том XXI. № 3. С. 49-59. DOI: 10.21782/KZ1560-7496-2017-3(49-59)
6. Горелик Я. Б. Об эффективности оребрения вертикальных двухфазных естественно-конвективных охлаждающих устройств для строительства на мерзлых грунтах / Я. Б. Горелик, А. А. Селезнев // Криосфера Земли. 2016. Том XХ. № 2. С. 78-89.
7. Горелик Я. Б. Предпостроечное охлаждение грунтов с применением термосвай / Я. Б. Горелик, И. Г. Измайлов // Проблемы нефти и газа Тюмени. 1984. Вып. 61. С. 85-88.
8. Горелик Я. Б. Расчет температурного поля грунта вокруг жидкостной термосваи / Я. Б. Горелик // Проблемы нефти и газа Тюмени. 1980. Вып. 46. С. 65-69.
9. Горелик Я. Б. Расчет температурного поля грунта вокруг парожидкостной термосваи / Я. Б. Горелик // Проблемы нефти и газа Тюмени. 1980. Вып. 47. С. 58-61.
10. Горелик Я. Б. Расчет температуры грунта в основании сооружения, возводимого с применением термосвай / Я. Б. Горелик, М. С. Мельцер // Нефтепромысловое строительство. М.: ВНИИОЭНГ, 1980. С. 19-20.
11. Горелик Я. Б. Роль теплоизоляции скважин при определении расстояния между устьями в районах распространения многолетнемерзлых грунтов / Я. Б. Горелик, А. Х. Хабитов // Вестник Тюменского государственного университета. Физико-математическое моделирование. Нефть, газ, энергетика. 2019. Том 5. № 2. С. 10-26. DOI: 10.21684/2411-7978-2019-5-2-10-26
12. Горелик Я. Б. Свайный фундамент для капитальных сооружений северных месторождений / Я. Б. Горелик // Газовая промышленность. 2005. № 1. С. 82-84.
13. Горелик Я. Б. Учет совместного теплового действия скважин в кусте при расчете параметров области протаивания мерзлых грунтов / Я. Б. Горелик, С. Н. Романюк, А. Х. Хабитов // Криосфера Земли. 2019. Том XXIII. № 2. С. 79-87. DOI: 10.21782/KZ1560-7496-2019-2(79-87)
14. Долгих Г. М. Перспективные технические решения НПО «Фундаментстройаркос» по строительству и обеспечению надежности охлаждаемых оснований сооружений в период эксплуатации на многолетнемерзлых грунтах / Г. М. Долгих, С. Н. Окунев // Теория и практика оценки состояния криосферы Земли и прогноз ее изменений: материалы Междунар. конф. Тюмень, 2006. Том 2. С. 228-232.
15. Долгих Г. М. Практический опыт строительства оснований зданий и сооружений в условиях ВМГ / Г. М. Долгих, Ю. О. Кинцлер, С. Н. Окунев. Тюмень: Фундаментстройаркос, 2002. 155 с.
16. Долгих Г. М. Технические решения по замораживанию грунтов оснований, применяемые НПО «Фундаментстройаркос» / Г. М. Долгих, Д. Г. Долгих, С. Н. Окунев // Криосфера нефтегазоносных провинций: материалы Междунар. конф. Тюмень, 2004. С. 56.
17. Кутвицкая Н. Б. Проектирование оснований и фундаментов объектов обустройства нефтегазоконденсатных месторождений в сложных мерзлотно-грунтовых условиях / Н. Б. Кутвицкая, М. А. Минкин // Основания, фундаменты, механика грунтов. 2014. № 1. С. 21-25.
18. Макаров В. И. К вопросу о применении жидкостных термосифонов в северном фундаментостроении / В. И. Макаров, А. А. Плотников // Геокриологические исследования в Западной Якутии. Новосибирск: Наука, 1980. С. 26-40.
19. Макаров В. И. Термосифоны в северном строительстве / В. И. Макаров. Новосибирск: Наука, 1985. 168 с.
20. Минкин М. А. Основания и фундаменты сооружений на вечномерзлых грунтах / М. А. Минкин. М.: ГАСИС, 2005. 213 с.
21. Молочников А. Д. Опыт применения свай СХЯ в г. Мирном / А. Д. Молочников // Геокриологические исследования в Западной Якутии. Новосибирск: Наука, 1980. С. 23-26.
22. Патент RU 150908 U1. Устройство для термостабилизации грунтов / Я. Б. Горелик, В. П. Мельников, И. З. Фахретдинов, В. Ф. Штоль, Р. Я. Горелик // Открытия. Изобретения. 2015.
23. Порхаев Г. В. Тепловое взаимодействие зданий и сооружений с вечномерзлыми грунтами / Г. В. Порхаев. М.: Наука, 1970. 208 с.
24. Регулирование температуры грунтов основания с помощью сезоннодействующих охлаждающих устройств / отв. ред. С. С. Вялов. Якутск: ИМ СО РАН, 1983. 124 с.
25. Системы температурной стабилизации грунтов оснований в криолитозоне: тр. ученых и специалистов ООО НПО «Фундаментстройаркос» за 2010-2014 гг. / под ред. Г. М. Долгих. Новосибирск: Гео, 2014. 218 с.
26. СП 25.13330.2012. Основания и фундаменты на вечномерзлых грунтах. М.: Минрегионразвития, 2008. 140 с.
27. Таргулян Ю. О. Устройство свайных фундаментов в вечномерзлых грунтах / Ю. О. Таргулян. Л.: Стройиздат, 1978. 175 с.
28. Уонг Х. Основные формулы и данные по теплообмену для инженеров / Х. Уонг. М.: Атомиздат, 1979. 215 с.
29. Хрусталев Л. Н. Опыт и перспективы использования автономных парожидкостных охлаждающих устройств в строительстве на вечномерзлых грунтах / Л. Н. Хрусталев, О. М. Янченко, Л. А. Наумова // Регулирование температуры грунтов основания с помощью сезоннодействующих охлаждающих устройств. Якутск: ИМ СО РАН, 1983. С. 3-12.
30. Хрусталев Л. Н. Прогноз потепления климата и его учет при оценке надежности оснований зданий на вечномерзлых грунтах / Л. Н. Хрусталев, И. В. Давыдова // Криосфера Земли. 2007. Том XI. № 2. С. 68-75.
31. Хрусталев Л. Н. Стабилизация вечномерзлых грунтов в основании зданий / Л. Н. Хрусталев, В. В. Никифоров. Новосибирск: Наука, 1990. 209 с.
32. Цытович Н. А. Механика мерзлых грунтов / Н. А. Цытович. М.: Высшая школа, 1973. 447 с.