RU2157872C2

RU2157872C2 - Mechanical design of cooled fill footing of structures and method for temperature control of permafrost soils

Info

Publication number: RU2157872C2
Application number: RU96124547A
Authority: RU
Inventors: А.И. Березняков; Н.В. Михайлов; А.П. Попов; Ю.Н. Ширихин; А.Б. Осокин; Р.Р. Гумеров
Original assignee: Научно-технологический центр "Надымгазпром"
Priority date: 1996-12-26
Filing date: 1996-12-26
Publication date: 2000-10-20

Abstract

FIELD: construction engineering; footings erected on permafrost and soft grounds. SUBSTANCE: structure has cooling tubes connected to condenser section as well as heat-insulating layers and earth fill placed above mentioned tubes. Novelty in design is that cooling tubes filled with low-boiling fluid are installed inside shielding tubes plugged on one end and open on other; shielding tubes have space filled with heat-insulating fluid. Shielding tubes are placed under earth fill and heat-insulating layer with slope of 0-10 deg. to longitudinal axis of footing towards plugged ends; open ends are brought out beyond ground fill outline. Proposed method involves arrangement of cooling tubes under earth fill, their connection to condenser section, and placement of heat-insulating layer. Cooling tubes are brought into shielding tubes through open ends of the latter to provide for their easy removal and replacement of defective sections. EFFECT: enhanced reliability of process and improved repairability of cooled footing. 2 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к строительству оснований, возводимых на многолетнемерзлых и слабых грунтах. The invention relates to the construction of foundations built on permafrost and soft soils.

Известна конструкция оснований сооружений на многолетнемерзлом грунте, включающая свайный фундамент и проветриваемое подполье. [Справочник по строительству на вечномерзлых грунтах. Ленинград: Стройиздат (Ленинградское отделение), 1977 г., с. 551]. The construction of the foundations of structures on permafrost soil is known, including a pile foundation and a ventilated underground. [Handbook of Permafrost Construction. Leningrad: Stroyizdat (Leningrad Branch), 1977, p. 551].

Недостатком такой конструкции оснований сооружений является высокая материалоемкость: использование железобетонных свай и высокие затраты на монтажные работы при погружении свай в многолетнемерзлые грунты. The disadvantage of this design of the foundations of structures is the high material consumption: the use of reinforced concrete piles and the high cost of installation work when immersing piles in permafrost soils.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является конструкция насыпного охлаждаемого основания сооружений, включающего систему температурной стабилизации многолетнемерзлого грунта, включающую охлаждающие трубы, отсыпку, теплоизоляцию и конденсаторную часть и способ воздействия насыпного охлаждаемого основания, включающий укладку охлаждающих труб, которые соединены с конденсаторной частью, отсыпку над ними грунта, установку теплоизоляции, причем охлаждающие трубы укладывают, как минимум, с двухкратным резервированием. [Г. М. Долгих, А.В. Байканов и др. Эффективный метод строительства оснований сооружений на многолетнемерзлых грунтах. Ж. "Газовая промышленность" N 9. М.: Недра, 1991, с. 16-17]. Closest to the invention, the technical essence is the design of the bulk cooled base of structures, including a temperature stabilization system for permafrost, including cooling pipes, filling, thermal insulation and a condenser part, and a method of acting on a bulk cooled base, including laying cooling pipes that are connected to the condenser part, filling above them the soil, the installation of thermal insulation, and the cooling pipes are laid, at least with a double reservation m. [G. M. Dolgikh, A.V. Baykanov et al. An effective method of building the foundations of structures on permafrost soils. J. "Gas industry" N 9. M .: Nedra, 1991, p. 16-17].

Недостаток этой конструкции заключается в низкой ремонтопригодности охлаждающих труб и, как следствие, необходимости резервирования дополнительных охлаждающих труб под отсыпкой. The disadvantage of this design is the low maintainability of the cooling pipes and, as a consequence, the need to reserve additional cooling pipes under the filling.

Целью изобретения является повышение надежности процесса промораживания многолетнемерзлого грунта и ремонтопригодности охлаждаемого основания. The aim of the invention is to increase the reliability of the process of freezing permafrost and maintainability of the cooled base.

Для этого в предлагаемой конструкции насыпного охлаждаемого основания сооружений, включающий охлаждающие трубы, соединенные с конденсаторной частью и размещенные над ними слой теплоизоляции и отсыпку грунта, охлаждающие трубы, заполненные низкокипящей жидкостью, размещены внутри защитных труб, выполненных с заглушенным торцом с одной стороны и открытым торцом с другой, и полостью, заполненной теплопроводной жидкостью, причем защитные трубы расположены под отсыпкой грунта и слоем теплоизоляции с уклоном 0 - 10^o к продольной оси основания в сторону заглушенных торцов, а открытые торцы выведены за пределы контура отсыпки грунта. Сущность способа температурной стабилизации многолетнемерзлых грунтов осуществляется с использованием предлагаемой конструкции насыпного охлаждаемого основания сооружений и включает размещение охлаждающих труб под отсыпку грунта, соединение их с конденсаторной частью и укладку слоя теплоизоляции, охлаждающие трубы устанавливают внутри защитных труб через открытые торцы последних с возможностью извлечения и замены дефектных участков.To this end, in the proposed design of a bulk cooled base of structures, including cooling pipes connected to the condenser part and a thermal insulation layer placed above them and soil filling, cooling pipes filled with low boiling liquid are placed inside protective pipes made with a plugged end on one side and an open end on the other hand, and a cavity filled with heat-conducting fluid, and the protective pipes are located under the soil and a layer of thermal insulation with a slope of 0 - 10 ^o to the longitudinal axis of the base I am in the direction of the muffled ends, and the open ends are outside the boundaries of the soil dumping contour. The essence of the method of temperature stabilization of permafrost soils is carried out using the proposed design of the bulk cooled foundation of structures and includes the placement of cooling pipes for filling the soil, connecting them to the condenser part and laying the insulation layer, the cooling pipes are installed inside the protective pipes through the open ends of the latter with the possibility of removing and replacing defective ones plots.

На фиг. 1 изображена конструкция насыпного охлаждаемого основания сооружений, общий вид; фиг. 2 - разрез А-А фиг. 1; на фиг. 3 - разрез Б-Б фиг. 1. In FIG. 1 shows the design of the bulk cooled base of structures, General view; FIG. 2 is a section AA of FIG. 1; in FIG. 3 is a section BB of FIG. 1.

Конструкция насыпного охлаждаемого основания сооружений включает защитные трубы 1 с заглушенным торцом 2 с одной стороны и открытым торцом 3 с другой, при этом охлаждающие трубы 4 размещены внутри защитных труб 1, отсыпку грунта 5 и слой теплоизоляции 6 над защитными трубами 1, конденсаторную часть 7, соединенную с охлаждающими трубами 4. Полость 8 защитных труб 1 заполнена теплопроводной жидкостью, а конденсаторная часть 7 и охлаждающие трубы 4 заполнены низкокипящей жидкостью. Защитные трубы 1 под отсыпкой грунта 5 размещены с уклоном 0 -10^o к продольной оси основания в сторону заглушенных торцов 2, а открытые торцы 3 защитных труб 1 выведены за пределы контура отсыпки грунта 5.The design of the bulk cooled base of the structures includes protective pipes 1 with a plugged end 2 on one side and an open end 3 on the other, while the cooling pipes 4 are placed inside the protective pipes 1, the soil dump 5 and the insulation layer 6 above the protective pipes 1, the condenser part 7, connected to the cooling pipes 4. The cavity 8 of the protective tubes 1 is filled with a heat-conducting liquid, and the condenser part 7 and the cooling pipes 4 are filled with a low boiling liquid. Protective pipes 1 under the soil dumping 5 are placed with a slope of 0 -10 ^o to the longitudinal axis of the base towards the muffled ends 2, and the open ends 3 of the protective pipes 1 are outside the soil dumping contour 5.

Возведение описанного основания осуществляется следующим образом. На выбранном участке многолетнемерзлого грунта размещают защитные трубы 1 и закрепляют с небольшим уклоном (0-10^o) к продольной оси основания в сторону заглушенного торца 2, а открытые торцы 3 выводят за пределы контура отсыпки грунта 5. Затем производят отсыпку грунта 5 поверх защитных труб 1 и на поверхность укладывают слой теплоизоляции 6 с целью предотвращения растепления отсыпки грунта 5, в процессе эксплуатации допускается устанавливать тепловую изоляцию и на откосах отсыпки грунта 5 устанавливают конденсаторную часть 7. Затем внутри защитных труб 1 устанавливают охлаждающие трубы 4. Полость 8 охлаждающих труб 1 заполняют теплопроводной жидкостью, например дизельным топливом, и соединяют охлаждающие трубы 4 с конденсаторной частью 7.The construction of the described base is as follows. Protective pipes 1 are placed on the selected section of permafrost soil and fixed with a slight slope (0-10 ^o ) to the longitudinal axis of the base towards the muffled end 2, and the open ends 3 are taken out of the soil filling contour 5. Then, soil 5 is dumped over the protective pipes 1 and a thermal insulation layer 6 is laid on the surface to prevent thawing of the soil dumping 5, during operation it is allowed to install thermal insulation and on the slopes of the dumping soil 5 a condenser part 7 is installed. Then inside cooling pipes 4 are installed in the shield tubes 1. The cavity 8 of the cooling pipes 1 is filled with a heat-conducting liquid, for example diesel fuel, and the cooling pipes 4 are connected to the condenser part 7.

Конденсаторную часть 7 и охлаждающие трубы 4 заполняют низкокипящей жидкостью, например пропаном. При понижении температуры атмосферного воздуха и температуры грунта начинается циркуляция газожидкостного потока в системе; конденсаторная часть 7 - охлаждающие трубы 4, сопровождающаяся отбором тепла от многолетнемерзлого грунта, примыкающего к защитным трубам 1. Отсыпка грунта 5 охлаждается, и грунт отсыпки 5 переходит в мерзлое состояние. В теплый период года слой теплоизоляции 6 препятствует растеплению грунта отсыпки 5. The condenser part 7 and the cooling tubes 4 are filled with a low boiling liquid, for example propane. With a decrease in the temperature of atmospheric air and soil temperature, the circulation of the gas-liquid flow in the system begins; condenser part 7 - cooling pipes 4, accompanied by the removal of heat from permafrost soil adjacent to the protective pipes 1. The soil dump 5 is cooled, and the soil of the dump 5 becomes frozen. In the warm season, the insulation layer 6 prevents the thawing of the soil dump 5.

При выявлении нарушения герметичности, деформации и других дефектов в одной или нескольких охлаждающих трубах 4, препятствующих нормальной работе системы температурной стабилизации многолетнемерзлых грунтов, дефектный участок охлаждающей трубы 4 локализуют, затем извлекают его из защитной трубы 1, производят необходимый ремонт дефектного участка или заменяют его и устанавливают обратно. Затем определяют герметичность охлаждающей трубы 4, и в случае, если герметичность не нарушена (нарушение герметичности охлаждающей трубы 4 определяют по появлению пузырьков газа в теплопроводной жидкости в полости 8), в охлаждающей трубе 4 возобновляется циркуляция газожидкостного потока. If a leakage, deformation, or other defects are detected in one or more cooling pipes 4 that impede the normal operation of the temperature stabilization system of permafrost soils, the defective section of the cooling pipe 4 is localized, then it is removed from the protective pipe 1, the necessary repair of the defective section is made, or it is replaced and set back. Then, the tightness of the cooling pipe 4 is determined, and if the tightness is not broken (violation of the tightness of the cooling pipe 4 is determined by the appearance of gas bubbles in the heat-conducting liquid in the cavity 8), the gas-liquid flow is resumed in the cooling pipe 4.

Размещение защитных труб 1 под отсыпкой грунта 5 с уклоном к продольной оси основания в сторону заглушенного торца 2, выведение открытых торцов 3 труб 1 за пределы отсыпки грунта 5 и размещение охлаждающих труб 4 внутри защитных труб 1 позволяет при необходимости производить ремонт или замену охлаждающих труб 4 в процессе эксплуатации основания сооружений. The placement of the protective pipes 1 under the filling of the soil 5 with a slope towards the longitudinal axis of the base towards the muffled end 2, the removal of the open ends 3 of the pipes 1 beyond the filling of the soil 5 and the placement of the cooling pipes 4 inside the protective pipes 1 allows, if necessary, repair or replacement of the cooling pipes 4 during the operation of the foundation of structures.

Таким образом, предлагаемое техническое решение решает проблему ремонтопригодности, за счет чего повышается эффективность замораживания грунта и увеличивается срок сохранения грунта в мерзлом состоянии. Thus, the proposed technical solution solves the problem of maintainability, thereby increasing the efficiency of soil freezing and increasing the shelf life of the soil in a frozen state.

Описываемый способ замораживания грунта достаточно прост в обслуживании, надежен в эксплуатации и не требует применения дорогостоящего оборудования. The described method of soil freezing is quite simple to maintain, reliable in operation and does not require the use of expensive equipment.

Claims

1. The design of the bulk cooled base of structures, including cooling pipes connected to the condenser part, and insulation layers placed above them and soil filling, characterized in that the cooling pipes filled with low-boiling liquid are placed inside the protective pipes made with a plugged end on one side and an open end with another, and a cavity filled with a heat-conducting fluid, and the protective pipes are located under the soil filling and a layer of insulation with a slope of 0 - 10 ^o to the longitudinal axis of the base in the direction of the muffled ends, and the open ends are taken out of the boundaries of the soil dumping contour.

2. The method of temperature stabilization of permafrost soils, including the placement of cooling pipes to fill the soil, connecting them to the condenser part and laying a layer of insulation, characterized in that the cooling pipes are installed inside the protective pipes through the open ends of the latter with the possibility of removing and replacing defective sections.