СПОСОБ ЗАЩИТЫ ФУНДАМЕНТА ОТ МОРОЗНОГО ПУЧЕНИЯ Российский патент 2004 года по МПК E02D31/14 

Изобретение относится к строительству, а именно к способам защиты фундаментов зданий и сооружений от морозного пучения в сезоннопромерзающих грунтах.

В настоящее время наиболее распространенными способами борьбы с морозным пучением фундаментов является применение обмазок и покрытий, препятствующих их смерзанию с грунтом, снижение влажности грунтов основания, замена пучинистого грунта основания на непучинистый и, наконец, увеличение глубины заложения фундаментов [1].

Эти способы либо малоэффективны и имеют ограниченный срок действия, либо связаны с высокими трудозатратами и требуют проведения большого объема дорогостоящих земляных и гидромелиоративных работ.

Описание перечисленных известных способов дано в приведенном ниже источнике информации.

1. М.В. Киселев. Предупреждение деформации грунтов от морозного пучения. Стройиздат. Ленинградское отделение. 1985.

Наиболее близким к предлагаемому по своей сущности и достигаемому результату является способ защиты фундамента от морозного пучения, включающий образование вокруг фундамента до глубины промерзания котлована шириной, равной глубине промерзания, и заполнение его крупнообломочным грунтом, заключенным в многосекционную клеть (см. RU 2024691 C1, 15.12.1994).

Недостатком способа является технологическая сложность, большой объем земляных работ, а также высокая стоимость и трудоемкость.

Задачей изобретения является упрощение технологии осуществления способа защиты фундамента от морозного пучения, а также снижение трудоемкости и стоимости при повышении эффективности и надежности.

Задача решается за счет того, что предложен способ защиты фундамента от морозного пучения, характеризующийся тем, что он предусматривает управление процессом сезонного промерзания окружающего фундамент грунта, которое осуществляют путем искусственного промораживания массива окружающего фундамент грунта глубиной, равной глубине залегания слоя сезонного промерзания - оттаивания, и шириной, равной двойной ширине фундамента, причем искусственное промораживание массива грунта начинают при установлении отрицательной среднесуточной температуры наружного воздуха и производят одновременно со всех сторон фундамента по всей глубине залегания слоя сезонного промерзания - оттаивания со скоростью, превышающей скорость криогенной миграции влаги к источнику искусственного промораживания массива и составляющей 6-8 см/сут, с охлаждением окружающего фундамент массива грунта от -3 до -5°С, причем указанную температуру массива грунта поддерживают до наступления положительных температур окружающего воздуха в ночное время суток.

При этом перед промораживанием массива грунта могут осуществлять снижение его водопроницаемости за счет введения кольматирующих компонентов, например водно-растворимых полимеров или бентонитовых глин, или буровых растворов, которые могут вводиться в массив грунта через инъекционные скважины, пробуренные до глубины сезонного промерзания.

Искусственное промораживание окружающего фундамент грунта могут осуществлять с помощью сезоннодействующих устройств для охлаждения и замораживания грунта, включающих грунтовый и воздушный теплообменники и соединительный теплопровод, причем устройства устанавливают в грунт в вертикальном положении по наружному контуру фундамента с размещением грунтового теплообменника на 2/3 глубины сезонного промерзания от дневной поверхности.

Технический результат, обеспечиваемый приведенной совокупностью признаков, состоит в упрощении технологии противопучинных мероприятий, повышении производительности, снижении трудоемкости и стоимости, повышении эффективности и надежности.

Технический результат достигается за счет исключения необходимости выполнения земляных и гидромелиоративных работ с заменой пучинистого грунта на непучинистый, увеличения глубины заложения фундамента, применения обмазок и специальных покрытий фундаментов, а также введения химических компонентов и полимерных добавок. При этом следует учитывать, что все перечисленные мероприятия (кроме первого) носят временный характер.

Предлагаемый способ осуществляют следующим образом. Вокруг предохраняемой от морозного пучения сваи на расстоянии, равном двойному размеру ее поперечного сечения, устанавливают сезоннодействующие охлаждающие устройства (СОУ), заглубляемые в грунт на 2/3 глубины сезонного промерзания от дневной поверхности.

При установлении отрицательной температуры наружного воздуха СОУ включаются в работу и осуществляют промораживание грунта вокруг сваи со скоростью, превышающей скорость естественного сезонного промерзания грунта, при которой влага, содержащаяся в грунте, успевает достичь зоны перехода грунта из талого состояния в мерзлое. Это способствует скоплению дополнительной влаги в промерзающем грунте и увеличению его пучения при промерзании.

При быстром промораживании грунта, обеспечиваемом интенсивной передачей холода из наружной среды в промораживаемый грунт равномерно по всему объему, скорость притока воды со стороны талого грунта отстает от скорости перемещения фронта промерзания, что предохраняет промерзающий грунт от дополнительного увлажнения и уменьшает его пучение.

Для снижения скорости фильтрации влаги при криогенной миграции к фронту промерзания перед промораживанием грунта может осуществляться снижение его водопроницаемости за счет введения кольматирующих компонентов, изготовленных на основе водно-растворимых полимеров или глинистых минералов, которые вводятся в окружающий сваю грунт через инъекционные скважины, пробуренные на глубину промораживания. Это также снижает приток воды в зону промерзания грунта и существенно уменьшает его пучинистость.

Пример осуществления способа.

Вокруг трубчатой металлической сваи диаметром 325 мм, заглубленной на 8 м, на расстоянии 0,6 м были установлены 4 СОУ парожидкостного типа на глубину 1,6 м. СОУ были изготовлены из алюминиевого сплава, обладающего высокой теплопроводностью.

При установлении отрицательной среднесуточной температуры наружного воздуха СОУ включились в работу и начался процесс промораживания грунта вокруг сваи. Промораживание происходило одновременно по всей глубине промораживаемого интервала и равномерно по всему объему.

Через 10 сут при изменении температуры воздуха от -15 до -25°С температура грунта в промораживаемой зоне достигла -3°C, а скорость промерзания грунта 6 см/сут. При этом глубина естественного промерзания грунта с поверхности составила 0,1 м. За последующие 20 дней температура грунта в промораживаемой зоне достигла -5°С, а скорость промерзания грунта 8 см/сут. При этом произошло промерзание всего объема окружающего сваю грунта. Процесс промораживания контролировался с помощью наблюдательных температурных скважин, пробуренных в зоне промораживания.

Как в период искусственного промораживания, так и в течение последующего зимнего сезона перемещения сваи не наблюдалось.

Предохранение фундамента от морозного пучения описанным способом упрощает и ускоряет технологические операции, не требует выполнения большого объема трудоемких земляных работ по замене пучинистых грунтов в основании фундамента и гидромелиоративных работ по их осушению, не требует также применения специальной землеройной техники и при этом обеспечивает надежность защиты фундаментов от морозного пучения и стабильность их работы в течение всего периода эксплуатации сооружения.

Предлагаемое техническое решение может быть эффективно использовано при строительстве новых и эксплуатационном обслуживании существующих объектов, в частности, при профилактических и противоаварийных мероприятиях на линиях электропередачи в сложных климатических и геокриологических условиях северных районов.

Изобретение относится к строительству, а именно к проведению мероприятий по защите фундаментов зданий и сооружений от морозного пучения в сезоннопромерзающих пучинистых грунтах. В способе предотвращения морозного пучения фундамента путем управления процессом сезонного промерзания окружающего фундамент грунта производят искусственное локальное промораживание массива окружающего фундамент грунта в пределах глубины залегания слоя сезонного промерзания – оттаивания. Искусственное промораживание массива грунта начинают при установившейся отрицательной температуре окружающего воздуха и производят одновременно по всей глубине залегания слоя сезонного промерзания со скоростью, превышающей скорость перемещения влаги к фронту промерзания, с охлаждением промораживаемого массива грунта от - 3 до - 5°С и поддержанием твердомерзлого состояния до наступления положительных среднесуточных температур наружного воздуха. Технический результат состоит в упрощении технологии противопучинных мероприятий, повышении производительности, снижении трудоемкости и стоимости, повышении эффективности и надежности. 3 з.п. ф-лы.

1. Способ защиты фундамента от морозного пучения, характеризующийся тем, что он предусматривает управление процессом сезонного промерзания окружающего фундамент грунта, которое осуществляют путем искусственного промораживания массива окружающего фундамент грунта глубиной, равной глубине залегания слоя сезонного промерзания-оттаивания, и шириной, равной двойной ширине фундамента, причем искусственное промораживание массива грунта начинают при установлении отрицательной среднесуточной температуры наружного воздуха и производят одновременно со всех сторон фундамента по всей глубине залегания слоя сезонного промерзания-оттаивания со скоростью, превышающей скорость криогенной миграции влаги к источнику искусственного промораживания массива и составляющей 6-8 м/сут, с охлаждением окружающего фундамент массива грунта от -3 до -5°С, причем указанную температуру массива грунта поддерживают до наступления положительных температур окружающего воздуха в ночное время суток.2. Способ по п.1, отличающийся тем, что перед промораживанием массива грунта осуществляют снижение его водопроницаемости за счет введения кольматирующих компонентов, например, воднорастворимых полимеров, или бентонитовых глин, или буровых растворов.3. Способ по п.2, отличающийся тем, что кольматирующие компоненты в окружающий фундамент грунт вводят через инъекционные скважины, пробуренные по его периметру до глубины сезонного промерзания грунта.4. Способ по п.1, отличающийся тем, что искусственное промораживание окружающего фундамент грунта производят с помощью сезоннодействующих устройств для охлаждения и замораживания грунта, включающих грунтовый и воздушный теплообменники и соединительный теплопровод, причем устройства устанавливают в грунт в вертикальном положении по наружному контуру фундамента с размещением грунтового теплообменника на 2/3 глубины сезонного промерзания грунтов от дневной поверхности.