СПОСОБ УСТРОЙСТВА ПЛИТНОГО ФУНДАМЕНТА РЕЗЕРВУАРА С ОХЛАЖДЕННЫМ ПРОДУКТОМ В СЛАБОМ ВЕЧНОМЕРЗЛОМ ГРУНТЕ Российский патент 2015 года по МПК E02D27/35 

Изобретение относится к строительству, области сооружения оснований и фундаментов резервуаров в вечномерзлых грунтах.

Прочность пластичномерзлых и засоленных грунтов иногда недостаточна, чтобы выдержать давление от плитных фундаментов надземных сооружений.

В этих случаях плиты опирают на свайные поля из большого количества мощных длинных свай. Метод усиления плитных фундаментов свайными полями из большого количества свай, расположенных под фундаментами, изложен в СП 50-102-2003, М., 2004, с. 30-31. Грунтовое основание, усиленное сваями, иногда дополнительно охлаждают через отдельно стоящие трубки с охлаждающим газом (СОГ), но только в зимнее время. При положительных температурах наружного воздуха охлаждение вынужденно прекращается. Предельная глубина охлаждения грунта СОГ невелика и не превышает 12 м. При этом интенсивность охлаждения невелика и с глубиной уменьшается до нуля. Направленное регулирование интенсивности охлаждения СОГ невозможно.

Этот метод не позволяет создать искусственную сильно и достаточно равномерно промороженную грунтовую плиту большой толщины.

Недостатком этого способа является высокая трудоемкость и дороговизна свайных работ в условиях Крайнего Севера.

Известен другой способ, наиболее близкий к предлагаемому, по которому под плитным фундаментом намораживают дополнительную грунтовую плиту, толщина и форма которой обеспечивает ее прочность при эксплутационных нагрузках. Подачу термоагента в грунт осуществляют по вертикальным термоэлементам, равным проектной толщине грунтовой плиты и изготовленным в форме петель, устанавливаемых в предварительно пробуренные скважины, соединенные с закольцованными магистралями [RU 2529976 С1, 15.04.2013] (прототип).

Однако он не учитывает возможности естественного дополнительного замораживания грунта от охлажденного продукта, залитого в резервуар, а также не предусматривает эффективные способы выравнивания плитного фундамента при его возможном перекосе в процессе осадки слабого вечномерзлого грунта.

Целью изобретения является:

- повышение экономичности работ при эксплуатации плитных фундаментов в пластичномерзлых и засоленных (слабых) вечномерзлых грунтах;

- повышение надежности плитного фундамента резервуара.

Цель достигается тем, что при устройстве плитного фундамента резервуара с охлажденным продуктом в слабом вечномерзлом грунте, с дополнительным промораживанием массива вечномерзлого грунта, осуществляемым методом принудительной регулируемой подачи хладагента или теплоносителя в скважины посредством проточных термоэлементов с заданной температурой от источника его охлаждения или подогрева по замкнутым распределительным магистралям с формированием грунтовой плиты, превышающей в плане размеры основного плитного фундамента, толщина и форма грунтовой плиты обеспечивают ее прочность при эксплутационных нагрузках и уменьшение напряжений в вечномерзлом грунте под грунтовой плитой до расчетных величин, отличающийся тем, что для замораживания грунтовой плиты дополнительно используют собственную отрицательную температуру охлажденного продукта, содержащегося в резервуаре, а термоэлементы в промораживаемой грунтовой плите устанавливают по нескольким диаметральным направлениям, в каждом направлении устанавливают три ряда термоэлементов - в первом ряду в скважину устанавливают основные глубокие термоэлементы, предназначенные для замораживания грунтовой плиты, во втором ряду глубина вспомогательных термоэлементов уменьшается от одного края плиты до противоположного края, в третьем ряду глубина термоэлементов увеличивается от этого же края плиты до противоположного края, при этом по мере увеличения размера ореола промораживания грунтового основания от охлажденного продукта в резервуаре часть термоэлементов первого ряда каждого направления, полностью вошедших в пределы этого ореола с температурой ниже расчетной величины, отключают от внешнего источника охлаждения.

Цель также достигается тем, что изготавливают несколько автономных замкнутых магистралей, не пересекающих центр плиты, позволяющих регулировать температуру, прочность и осадку отдельных участков грунтового основания, при этом по этим магистралям вместо хладагента может подаваться теплоноситель.

Цель также достигается тем, что устраивают одну или несколько отдельных замкнутых магистралей, в которую входят термоэлементы, расположенные за пределами условной вертикальной цилиндрической поверхности, равной диаметру резервуара.

Цель также достигается тем, что соседние вспомогательные термоэлементы второго и третьего рядов располагают в одной скважине.

Цель также достигается тем, что во втором и третьем рядах каждого направления глубина термоэлементов изменяется от одного края плиты до противоположного края по линейной зависимости.

Цель также достигается тем, что глубинные термоэлементы изготавливают в форме петель, устанавливаемых в предварительно пробуренные скважины и соединенных с магистралью, при этом скважины и траншеи после установки глубинных термоэлементов и магистралей засыпают.

Цель также достигается тем, что в плитном фундаменте изготавливают несколько автономных замкнутых магистралей, не пересекающих центр плиты, позволяющих регулировать температуру и осадку отдельных секторов грунтового основания под фундаментом.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемый способ отличается всей совокупностью изложенных признаков. Это позволяет сделать вывод о соответствии признаку ″новизна″.

Сравнение не только с прототипом, но и с другими техническими решениями в данной области техники позволило выявить в них признаки, отличающие заявляемый способ от прототипа, что позволяет сделать вывод о соответствии критерию ″существенные отличия″.

На фиг. 1 изображены плитный фундамент на слабом вечномерзлом грунте по предлагаемому способу, замороженная грунтовая плита, основные охлаждающие ее термоэлементы и вспомогательные термоэлементы для выравнивания плитного фундамента. На фиг. 2 изображена схема установки проточных вспомогательных термоэлементов, а также расположение охлаждающих основных термоэлементов относительно ореола промерзания грунта, создаваемого продуктом, охлаждаемым в резервуаре.

Плитный фундамент 1 передает нагрузку от надземного резервуара с охлажденным продуктом 6 на слабый вечномерзлый пластичномерзлый или сильнозасоленный грунт 5 (фиг. 1а). Его прочность иногда недостаточна, поэтому целесообразно понизить температуру грунта, увеличив его прочность и создав прочную грунтовую плиту 4.

Так как площадь фундаментной плиты 1 диаметром D_p недостаточна для того, чтобы исходный вечномерзлый грунт выдержал эксплуатационные нагрузки, то площадь промороженной грунтовой плиты 4 диаметром D_gp должна превышать в плане площадь основного плитного фундамента 1 (фиг. 1а). Площадь грунтовой плиты 4 назначают такой, чтобы исходный слабый вечномерзлый грунт 5 под подошвой промороженной грунтовой плиты 4 смог выдержать расчетные нагрузки. Толщина и размеры грунтовой плиты должны обеспечивать ее прочность при эксплутационных нагрузках.

Промораживание массива вечномерзлого грунта 5 осуществляют методом принудительной регулируемой подачи хладагента заданной температуры от источника его охлаждения по закольцованным распределительным магистралям 2 (фиг. 2а). Постоянная быстрая подача хладагента позволяет быстро компенсировать потери холода при промораживании, что ускоряет процесс создания грунтовой плиты 4. Благодаря принудительной подаче хладагента поддерживается постоянная температура во всем массиве грунтовой плиты. После окончания промораживания получают грунтовую плиту 4 с заданной температурой и прогнозируемой прочностью. В дальнейшем, при эксплуатации резервуара, принудительная подача хладагента в основные глубинные охладители 8 продолжается в объеме, обеспечивающем прочность грунтовой плиты 4.

Глубинные охладители изготавливают в форме петель 8, 10 или 11, устанавливают в предварительно пробуренные скважины 9 и соединяют с закольцованной магистралью 2, при этом скважины и траншеи после установки глубинных охладителей и магистралей засыпают вынутым ранее грунтом (фиг. 2а).

Хладоноситель поступает из охлаждающей установки, проходит по магистралям через охлаждаемые скважины 9 и возвращается к охлаждающей установке для повторного цикла охлаждения. Теплотехническим расчетом определяется оптимальная длина магистрали. Магистраль разделяют на отдельные ветви 2 (фиг. 1а и 2а).

Термоэлементы 8, 10, 11 (фиг. 1а) в промораживаемой грунтовой плите 4 устанавливают по нескольким диаметральным направлениям (например a′-a, b′-b, k′-к на фиг. 1с), в каждом направлении устанавливают три ряда термоэлементов - в первом ряду в скважину устанавливают основные глубокие термоэлементы, предназначенные для замораживания грунтовой плиты 8, во втором ряду глубина вспомогательных термоэлементов 10 уменьшается по графической зависимости 3 от одного края плиты до противоположного края, в третьем ряду глубина термоэлементов 11 увеличивается от этого же края плиты до противоположного края по графической зависимости 3. В целях удобства эти зависимости могут быть приняты линейными. Для уменьшения трудозатрат соседние вспомогательные термоэлементы 10 и 11 второго и третьего рядов могут быть расположены в одной скважине (фиг. 2b).

При необходимости (например, выравнивания перекосов фундамента) одна или несколько ветвей в нужном месте может быть отключена или, наоборот, включена с более низкой температурой. Для ускорения выравнивания перекосов фундаментной плиты по отдельным автономным магистралям вместо хладагента может подаваться теплоноситель.

Щеленарезными машинами устраивают узкие траншеи глубиной 1,5-2,0 м. В них прокладывают магистрали из транспортирующих теплоизолированных оцинкованных трубок и засыпают вынутым грунтом (фиг. 2а). Магистрали оборудуют задвижками и приборами наблюдений и автоматического регулирования температуры замороженного грунта.

В процессе эксплуатации резервуара по мере увеличения размера ореола промораживания 12 грунтового основания от охлажденного продукта часть основных термоэлементов 8 первого ряда каждого направления, полностью вошедших в пределы этого ореола с температурой ниже расчетной величины, отключают от внешнего источника охлаждения в целях экономии финансовых средств (фиг. 2с). Элементы 11 и 13, оставшиеся вне пределов ореола промерзания 12, отключению не подлежат.

Изобретение относится к строительству, а именно к сооружению оснований и фундаментов резервуаров в вечномерзлых грунтах. Способ устройства плитного фундамента резервуара с охлажденным продуктом в слабом вечномерзлом грунте, с дополнительным промораживанием массива вечномерзлого грунта, осуществляемым методом принудительной регулируемой подачи хладагента или теплоносителя в скважины посредством проточных термоэлементов с заданной температурой от источника его охлаждения или подогрева по замкнутым распределительным магистралям с формированием грунтовой плиты, превышающей в плане размеры основного плитного фундамента, толщина и форма грунтовой плиты обеспечивают ее прочность при эксплутационных нагрузках и уменьшение напряжений в вечномерзлом грунте под грунтовой плитой до расчетных величин. Для замораживания грунтовой плиты дополнительно используют собственную отрицательную температуру охлажденного продукта, содержащегося в резервуаре. Термоэлементы в промораживаемой грунтовой плите устанавливают по нескольким диаметральным направлениям, в каждом направлении устанавливают три ряда термоэлементов - в первом ряду в скважину устанавливают основные глубокие термоэлементы, предназначенные для замораживания грунтовой плиты, во втором ряду глубина вспомогательных термоэлементов уменьшается от одного края плиты до противоположного края, в третьем ряду глубина термоэлементов увеличивается от этого же края плиты до противоположного края. По мере увеличения размера ореола промораживания грунтового основания от охлажденного продукта в резервуаре часть термоэлементов первого ряда каждого направления, полностью вошедших в пределы этого ореола с температурой ниже расчетной величины, отключают от внешнего источника охлаждения. Технический результат состоит в повышении надежности плитного фундамента резервуара, повышении экономичности работ при эксплуатации фундаментов. 6 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ устройства плитного фундамента резервуара с охлажденным продуктом в слабом вечномерзлом грунте, с дополнительным промораживанием массива вечномерзлого грунта, осуществляемым методом принудительной регулируемой подачи хладагента или теплоносителя в скважины посредством проточных термоэлементов с заданной температурой от источника его охлаждения или подогрева по замкнутым распределительным магистралям с формированием грунтовой плиты, превышающей в плане размеры основного плитного фундамента, толщина и форма грунтовой плиты обеспечивают ее прочность при эксплутационных нагрузках и уменьшение напряжений в вечномерзлом грунте под грунтовой плитой до расчетных величин, отличающийся тем, что для замораживания грунтовой плиты дополнительно используют собственную отрицательную температуру охлажденного продукта, содержащегося в резервуаре, а термоэлементы в промораживаемой грунтовой плите устанавливают по нескольким диаметральным направлениям, в каждом направлении устанавливают три ряда термоэлементов - в первом ряду в скважину устанавливают основные глубокие термоэлементы, предназначенные для замораживания грунтовой плиты, во втором ряду глубина вспомогательных термоэлементов уменьшается от одного края плиты до противоположного края, в третьем ряду глубина термоэлементов увеличивается от этого же края плиты до противоположного края, при этом по мере увеличения размера ореола промораживания грунтового основания от охлажденного продукта в резервуаре часть термоэлементов первого ряда каждого направления, полностью вошедших в пределы этого ореола с температурой ниже расчетной величины, отключают от внешнего источника охлаждения.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что изготавливают несколько автономных замкнутых магистралей, не пересекающих центр плиты, позволяющих регулировать температуру, прочность и осадку отдельных участков грунтового основания, при этом по этим магистралям вместо хладагента может подаваться теплоноситель.

3. Способ по п. 1 или 2, отличающийся тем, что устраивают одну или несколько отдельных замкнутых магистралей, в которую входят термоэлементы, расположенные за пределами условной вертикальной цилиндрической поверхности, равной диаметру резервуара.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что соседние вспомогательные термоэлементы второго и третьего рядов расположены в одной скважине.

5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что во втором и третьем рядах каждого направления глубина термоэлементов изменяется от одного края плиты до противоположного края по линейной зависимости.

6. Способ по п. 1, отличающийся тем, что глубинные термоэлементы изготавливают в форме петель, устанавливаемых в предварительно пробуренные скважины и соединенных с магистралью, при этом скважины и траншеи после установки глубинных термоэлементов и магистралей засыпают.

7. Способ по п. 1 или 6, отличающийся тем, что в плитном фундаменте изготавливают несколько автономных замкнутых магистралей, не пересекающих центр плиты, позволяющих регулировать температуру и осадку отдельных секторов грунтового основания под фундаментом.