Способы оттаивания мерзлых грунтов

Мерзлый грунт в местах погружения свай отогревают с приме­нением теплоэлектронагревателей: ТЭНов, электродов, а также га­зовых горелок и другими способами.

Сущность этих способов в том, что тепло, вводимое в мерзлую толщу грунта, расплавляет почвенный лед, и грунт оттаивает.

Важное значение имеет выбор направления распространения от­таивания, которое зависит от способа передачи тепла от нагрева­тельного прибора к грунту. При оттаивании грунта с помощью электроэнергии по схеме «Снизу вверх» применяют, как правило, глубинные электроды. При использовании горизонтальных электро­дов и местных тепляков с проволочными электродами грунт отогре­вается сверху вниз.
При радиальном направлении оттаивания тепловой поток распространяется во все стороны перпендикулярно к установленному ТЭНу в мерзлой зоне грунта.

Шпуры для ТЭНов бурят диаметром 40-100 мм и глубиной не менее 3/4 толщины мерзлого слоя. В этом случае применяют различные типы электродов и нагревателей: трубчатые электроды, электронагреватели коаксильные, инфракрасного излучения, паровые иглы и др.

Трубчатые электронагреватели представляют собой стальные бесшовные трубы диаметром 13-25 мм, внутри которых на изоляторах помещают нихромовые спирали. Пространство между стенками трубки и спиралью заполняют прессованным порошком плав­ленной окиси магния. Последний хорошо проводит тепло, обладает жаростойкостью и высоким электрическим сопротивлением. Вывод­ные стержни от трубки изолируются проходными изоляторами (рис. 6.7).

Технические характеристики трубчатых электронагревателей серии НВС следующие: номинальная мощность 2 кВт, номинальное напряжение 220 в, номинальный ток 4,6 а. Спираль из нихромовой проволоки имеет диаметр 0,6 мми длину 20,0 м, сопротивление - 48,4 ом.

В технологической схеме подготовки грунта этим способом пре­дусмотрены    следующие    операции:
-бурение    скважин-шпуров    d = 50-80 мм;
-установка ТЭНов в пробурен­ные шпуры;
-утепление грунта в местах уста­новки ТЭНов и подклю­чение последних;
-про­грев и термосное вы­держивание грунта;
-от­ключение ТЭНов и пе­ренос их на новое место.

Для утепления сква­жин после установки в них электродов применяют шлаковату, стек­ловату, шевелин, опилки. Подключать ТЭНы можно через одно­фазные понижающие трансформаторы типа «ТБ» и «ТМ».

Следует учитывать, что сварочные трансформаторы типа «СТЭ» рассчитаны на режим работы с перерывами, поэтому при длитель­ной работе нагрузка на них должна быть на 30-40% ниже, чем при сварке.

При отсутствии понижающих трансформаторов ТЭНы можно подключать к сети напряжением 220/380 в. В этом случае в каж­дую фазу последовательно включают до 50-70 ТЭНов, в зависи­мости от запаса мощности электроэнергии.

Основное влияние на скорость оттаивания грунтов оказывает режим работы нагревателя и способ его установки в шпур.
Для отогрева грунта в местах погружения свай наилучшие ре­зультаты можно получить при чередовании прогрева с термосным выдерживанием.

Так, при оттаивании мерзлых суглинистых грунтов естественной влажности (21-25%) в радиусе 20-30 см от центра вертикально установленных ТЭНов более высокие показатели возможны при режиме (10л+4г), что составляет 10 ч прогрева и 4 ч термоосного выдерживания.

Важное значение имеет, также величина удельной мощности электронагревателя и диаметр шпура. Более целесообразно приме­нять электронагреватели удельной мощности от 1,5 до 2,8 вт/см2. Более мощные нагреватели могут перегреть и высушить контактный слой грунта

Схема трубчатого электронагревателя
Рис. 6.7. Схема трубчатого электронагревателя

у стенок шпура, что увеличивает продолжитель­ность отогрева, теплопотери и удельную энергоемкость;

При температуре 500-700° С поверхности свободно установленных нагревателей становятся источником инфракрасного излучения и количество передавае­мой от них энергии резко возрастает. Так, примененные на объектах г. Челябинс­ка такие нагреватели при температуре нагрева до 500-700° С позволяют отогреть за 5-6 ч зону грунта в диаметре 40-50 см и температуре наружного воздуха -25°С.

Нагревательный прибор этого типа (рис. 6.8) состоит из трех электрических трубчатых генераторов 1, заключенных на изоляторах 2 в металлический кожух 3, имеющих съемную крышку 4 и ручки ограничителя 5.

Теплонагреватели инфракрасного излучения
Рис. 6.8. Теплонагреватели инфракрасного излучения.

Мощность этого прибора 1,8 кВт. Комплект состоит из 7 нагревательных при­боров, питаемых четырехжильным кабелем от сети (четвертый провод зазем­ляющий).

Электронагреватели инфракрасного излучения, так же как и ТЭНы, устанавливают в предварительно пробуренные шпуры.

В последнее время широко применяют для отогрева грунтов, коаксиальные электронагреватели системы Т. Ф. Благушко, и Ю. Т. Благушко, представляющие собой две трубы разного диамет­ра (одна вставлена в другую соосно, рис. 6.9).

В качестве проводников электрического тока можно использовать также обыкновенные водопроводные трубы диаметром 1" и 1/2";

Внутреннюю трубу можно заменить стержнем такого же диа­метра. Пространство между трубами заполняют кварцевым песком (Si02). С одного конца трубы заварены, а с другого имеют кон­тактные пластины, необходимые для подачи напряжения. Коаксильная конструкция нагревателей обеспечивает безопасность эксплуа­тации и позволяет устанавливать их в контакте с грунтом любой влажности. Между собой нагреватели соединяют медными или алюминиевыми шинами сечением 120-160 мм.

 

Схема коаксиального электронагревателя
Рис. 6.9. Схема коаксиального электронагревателя:
1 - наружная труба; 2 - внутренняя труба; 3 - песок; 4 -
контактные пластины

В качестве источников питания используют силовые трансфор­маторы или передвижные электростанции. При числе нагревате­лей до 40 шт. целесообразно использовать обыкновенные свароч­ные трансформаторы со вторичным напряжением 60 в.

Схема отогрева грунта ТЭНами с использованием установ­ки, состоящей из трех транс­форматоров типа ТБ-20, показа­на на рис. 6.10. Способ установ­ки коаксиальных электронагре­вателей и их утепление анало­гичен вышеприведенному при применении ТЭНов.

Для отогрева грунта штыре­выми электродами мерзлый грунт включают  в электриче­скую сеть. В качестве электро­дов применяют стержни из арматурной стали сечением 12- 19 мм.

По одному из вариантов это­го способа электроды заглубля­ют в мерзлый грунт лишь на глубину 30-40 см. Грунт ото­гревается сверху вниз за счет

Схема отогрева грунта коаксиальными электронагревателями
Рие. 6.10. Схема отогрева грунта коаксиальными электронагревателями:

передачи тепла от слоя опилок, которыми укрывают места установки электродов на площади диаметром в 60-70 см. Для повышения электропроводности опилок их заливают водным раствором поваренной соли. После 4-6 ч про­грева грунт прогревается на 30-40 см и электроды снова заглуб­ляют.

Более эффективен другой вариант отогрева, когда электроды погружают на глубину, превышающую на 20-30 смслой мерзлого грунта. В этом случае грунт отогревается встречными потоками тепла: сверху вниз и снизу вверх. Сверху нагревается слой опилок, от которых тепло передается верхним слоям грунта, а снизу тепло от электронагревателей движется через слой талого грунта, нагре­вая вышележащие слои.

Штыревые электроды целесообразнее погружать в предвари­тельно образованные шпуры диаметром на 2-3 мм меньше диа­метра электрода. В местах отогрева грунта электроды забивают кустами по 3-4 шт. Расстояние между электродами принимают 20-25 см, что обеспечивает отогрев грунта в зоне диаметром 40- 50 см за 16-20 ч.

Мощность электроэнергии, потребляемая одним кустом из 4 электродов, составляет 0,8-1,0 кВт. Захватку с 30-40 кустами электродов можно обеспечить электроэнергией при нормальном подключении двух однофазных понижающих трансформаторов ти­па ТБ-20.
Термохимический способ оттаивания грунта карбидом кальция заключается в сжигании в грунте выделяющегося ацетилена. Для этого на месте будущей скважины помещают металлический ци­линдр диаметром, равным диаметру скважины. Цилиндр загружа­ют карбидом кальция (1 кг) заливают водой и после выделения ацетилена поджигают. По истечении 20-30 мин грунт отогревает­ся на глубину 25-30 см.

После удаления талого грунта в образованную скважину вновь устанавливают цилиндр с новой порцией карбида кальция. Про­цесс сжигания ацетилена повторяют до достижения заданной глу­бины скважины. Горение ацетилена можно ускорить и усилить путем подвода в скважину кислорода по трубке d = 4-5 мм. При этом нужно соблюдать правила пожарной безопасности.

Последнее обновление 12.01.16 17:31