Способ усиления естественного ледяного покрова Российский патент 2023 года по МПК E01D15/14 

Изобретение относится к области строительства и касается способов усиления ледяного покрова при выполнении им роли несущего основания.

Изобретение может быть использовано при возведении полярных станций, взлетно-посадочных полос, ледовых переправ для прохождения тяжелой техники и др.

Известен способ устройства ледяных переправ без верхнего строения по естественному льду, заключающегося в подготовке трассы посредством заблаговременной расчистки поверхности льда вдоль намеченного пути от снега для ускорения прироста льда (Песчанский И.С. Ледоведение и ледотехника. - Л.: Морской транспорт, 1963. - 245 с).

Однако в данном способе несущая способность ледяного покрова недостаточная, для использования в качестве, например, временной переправы, а также повышенная трудоемкость выполнения работ.

Известен способ усиления ледяного покрова путем резки льда на блоки, перевода ледяных блоков в вертикальное положение с установкой на естественный покров и смораживания(SU, №1181345, МКИ Е02В 17/00, 1983).

Однако в данном способе недостатком является значительная трудоемкость, связанная с необходимостью вырезания большого количества блоков, их подъема, транспортировки, ограждения, что снижает эффективность способа.

Известен также способ усиления естественного ледяного покрова, в котором предусмотрено формирование ледяных колонн из ледяных блоков с установкой их на дне (US, №4373836, МКИ Е02D 3/00, 1983).

Однако в данном способе проблемой является сложность реализации, т.е. требуется изготовление металлической термоколонны с последующим ее закреплением на дне водоема замораживающей установкой, что снижает эффективность способа.

Известен способ повышения несущей способности армированного ледяного покрова путем наращивания льда на трассе переправы систематическим погружением в воду армированной полосы, предварительно вырезанной из ледяного покрова (SU, №123976, МПК: F25C 3/04, 1959).

Однако недостатком этого способа является повышенная трудоемкость при его реализации, что снижает эффективность его использования.

Известен способ создания ледяной переправы, заключающийся в зачистке ледяной поверхности, после чего по обеим сторонам переправы по всей ее длине образуют канавки глубиной меньше толщины льда, в которые по всей их длине укладывают стальные тросы, затем в канавках формируют сквозные отверстия, через которые канавки заполняют водой, подготовленную таким образом поверхность подвергают воздействию низких температур (t<0°С) до полного замерзания воды в канавках (RU, №2132898, МПК: E01D 15/14, 1999).

Однако недостатком этого способа является повышенная трудоемкость при его реализации, а также неравномерное армирование стальными тросами ледяного покрова, что снижает эффективность его использования.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является способ усиления ледяного покрова, включающий наращивание его толщины путем затапливания ледяных блоков в окно, образованное прорезанием щелей в естественном ледяном покрове по периметру блоков, причем наращивание толщины осуществляют циклами, в каждом из которых блоки затапливают на глубину, равную толщине естественного ледяного покрова, и фиксируют к нему, причем начиная со второго цикла прорезание щелей в естественном ледяном покрове осуществляют после замерзания воды, заполняющей окно над затопляемыми блоками (RU, №2032017, МПК: E01D 15/14,1995).

Недостатком данного способа является недостаточная несущая способность ледяного покрова, используемого в качестве, например, временной переправы для большегрузной техники особенно на ранней стадии формирования ледяного покрова, недостаточная сопротивляемость трещинообразованию, а также повышенная трудоемкость выполнения работ, связанная с необходимостью вырезания значительного количества блоков.

Проблемой данного изобретения является разработка более эффективного способа упрочнения естественного ледяного покрова путем создания эффективных конструктивных решений из ледяных блоков, используя природные условия и ресурсы.

Техническим результатом является повышение трещиностойкости и прочности на прогиб ледяного покрова - повышение несущей способности для обеспечения надежной работы ледяного покрова в условиях Севера, а также использование меньших объемов вырезаемых блоков особенно при широкомасштабных работах за счет их армирования, тем самым повышая их прочность.

Поставленная задача и технический результат достигаются тем, что в способ усиления естественного ледяного покрова, включающий наращивание его толщины путем затапливания базовых ледяных блоков в окно, образованное прорезанием щелей в естественном ледяном покрове по периметру блоков, причем наращивание толщины осуществляют циклами, в каждом из которых блоки затапливают на глубину, равную толщине естественного ледяного покрова, и фиксируют к нему, с последующим замерзанием воды, заполняющей окно над затопляемыми базовыми блоками при этом после прорезания щелей в естественном ледяном покрове по периметру базовых ледяных блоков, производят установку на них арматурных каркасов с образованием двухслойных секций, которые затапливают на глубину, равную толщине естественного ледяного покрова и промораживают с получением усиленного ледяного покрова, причем при следующем цикле наращивания толщины ледяного покрова прорезают щели с образованием сборных двухслойных армированных блоков.

Выполнение операции, когда после прорезания щелей в естественном ледяном покрове по периметру базовых ледяных блоков, производят установку на них арматурных каркасов с образованием двухслойных секций, которые затапливают на глубину, равную толщине естественного ледяного покрова и промораживают с получением усиленного ледяного покрова, во-первых, выполнять армирование покрова, образуя двухслойные секции на месте, не перемещаясь, что упрощает способ - что повышает технологичность изготовления и снижает сроки строительства, во-вторых, армирование можно выполнять из простых материалов, например из древесных прутьев, которые после оттаивания льда будут разлагаться в морской воде, не нарушая экологию окружающей среды, в-третьих, за счет армирования базовых ледяных блоков повышается прочность и трещиностойкость ледяного покрова.

Выполнение операции в случае, когда при следующем цикле наращивания толщины ледяного покрова прорезают щели с образованием сборных двухслойных армированных блоков, состоящих из готовых базовых блоков и сформованных армированных блоков, позволяет, во-первых, за счет армирования снизить количество вырезаемых блоков, во-вторых, еще больше повышается прочность ледяного покрова, что, в целом, повышает эффективность использования предложенного способа.

Изобретение поясняется рисунками, где: на фиг. 1 изображен ледяной покров в разрезе; на фиг. 1а -вырезанный базовый ледяной блок; на фиг. 16 -базовый ледяной блок с арматурным каркасом; на фиг. 1в -притопленная двухслойная секция; на фиг. 1 г - армированный участок ледяного покрова; на фиг. 1д - сборный двухслойный армированный ледяной блок; на фиг. 1е -участок ледяного покрова с двойным армированием; на фиг. 1ж - сборный трехслойный армированный ледяной блок; на фиг. 2 - схема погружения базового ледяного блока с помощью залавливающей установки.

На фиг. 1 и фиг. 2 позициями обозначено:

1 - ледяной покров; 2 -базовый ледяной блок; 3 - щели; 4 - арматурный каркас; 5 - вода; 6 - двухслойная секция; 7 - задавливающая установка; 8 - ходовой винт; 9 -приводная рукоятка; 10 - винтовые анкеры; 11 - двухслойный армированный ледяной блок; 12 - сборные трехслойные армированные ледяные блоки.

Способ реализуется следующим образом.

На выбранном естественном ледяном покрове 1 вырезают по периметру базовый ледяной блок 2 с помощью щелей 3 (фиг. 1а). После этого на выпиленный базовый ледяной блок 2 устанавливают арматурный каркас 4 (фиг. 1б). Наращивание толщины естественного ледяного покрова проводят путем затапливания выпиленного базового ледяного блока 2 в воду 5 с установленным на нем арматурным каркасом 4 (изготовленный, например, из древесных прутьев, которые после оттаивания льда будут разлагаться в воде, не нарушая экологию окружающей среды) с образованием двухслойной секции 6(фиг. 1в) вниз на глубину, равную толщине естественного ледяного покрова в образовавшееся окно, например, с помощью задавливающей установки 7 (фиг. 2), путем вращения ходового винта 8 приводной рукояткой 9. При этом залавливающая установка 7 закреплена на ледяном покрове 1 винтовыми анкерами 10, например, саморезами (фиг. 2).

В последующий период времени над затопленной двухслойной секцией 6 сверху собирается вода и намерзает новый участок покрова -армированный участок (фиг. 1 г).

Для формирования более усиленного участка ледяного покрова снова прорезают по периметру щели 3 с образованием сборного двухслойного армированного ледяного блока 11 (фиг. 1д), устанавливают на него арматурный каркас 4 и затапливают на глубину, равную толщине естественного ледяного покрова (фиг. 1д). При этом в последующий период времени над затопленным сборным армированным ледяным блоком 11 с установленным арматурным каркасом 4 собирается сверху вода 5 и намерзает новый участок армированного покрова -еще более усиленный (фиг. 1е).

В процессе выполнения операций по усилению ледяного покрова появляется возможность получения армированных блоков (которые можно использовать для других строительных целей): сборных двухслойных армированных ледяных блоков 11 (фиг. 1д) или, например, сборных трехслойных армированных ледяных блоков 12 (фиг. 1ж), для чего при подъеме блоков можно использовать задавливающую установку 7. Проверка способа.

Для проверки способа усиления естественного ледяного покрова использовался железный лоток размером: 250 х 120 х 100 мм. При этом, чтобы обеспечить процесс промерзания воды сверху лотка, боковые стенки и нижняя его часть обкладывали пенопластом, толщиной 25 мм и скрепляли скотчем. Лоток заполняли водой на высоту 80 мм и переносили в морозильную камеру. Промерзание водной поверхности производилось при температуре - 8°С в течение 7 суток. После этого на ледяном сформировавшемся покрове, толщиной 22 мм, дисковой пилой вырезался базовый ледяной блокразмером 25 х 50 мм, на который устанавливали арматурный каркас, изготовленный из древесных спичек, соединенные скотчем. После этого всю конструкцию, состоящую из базового ледяного блока и арматурного каркаса, притапливали заподлицо с ледяным покровом и фиксировали уложенной сверху деревянной пластиной с грузом. Лоток перемещали в морозильную камеру и снова выдерживали 7 суток. После этого прорезали щель по прежнему периметру и полученный сборный армированный ледяной блок извлекали. Визуальный осмотр показал полную связь армированной верхней части с базовым ледяным блоком. Лабораторная проверка доказала возможность выполнения армирования - усиления ледяного покрова предложенным способом, с возможностью получения ледяных армированных блоков.

Эффективность реализации способа усиления естественного ледяного покрова во многом зависит от рационального выполнения основных технологических операций, оптимального количества этих операций с учетом характера положительного влияния фактора армирования ледяного покрова.

Поэтому способ усиления естественного ледяного покрова на основе его армирования особым образом может быть использован более эффективно как с точки зрения технической, так и экономической, т.е. может быть реализован более эффективно, чем в известных технологиях, так как вся новая технологическая цепочка обеспечивает возможность получения более надежного при эксплуатации ледяного покрова.

Таким образом, разработан способ усиления естественного ледяного покрова, эффективность которого складывается из следующих факторов:

- отказ от заготовки и транспортирования ледяных блоков, что позволяет осуществлять технологический процесс на месте;

- возможность использования упрощенной технологии армирования естественного ледяного покрова;

- возможность снижения количества вырезаемых блоков за счет их армирования;

- возможность достижения более высокой прочности при изгибе естественного ледяного покрова;

- отсутствие потерь с точки зрения экологии при выполнении операций по армированию блоков;

- возможность обеспечения более лучших условий сохранения природно-экологической среды.

Способ усиления естественного ледяного покрова был смоделирован и опробован в строительной лаборатории кафедры ПСК ТвГТУ и показал свою работоспособность, что говорит о возможности эффективной реализации заявленного технического решения в реальных условиях строительства. Рекомендуется к использованию при строительстве взлетно-посадочных полос, образования ледовых переправ повышенной несущей способности для прохождения тяжелой техники, ледовых причалов и других целей в сложных природно-климатических условиях Севера.

Изобретение относится к способам усиления ледяного покрова и может быть использовано при возведении полярных станций, взлетно-посадочных полос, ледовых переправ для прохождения тяжелой техники. Способ усиления естественного ледяного покрова включает наращивание его толщины путем затапливания ледяных блоков в окно, образованное прорезанием щелей в естественном ледяном покрове по периметру блоков. Наращивание толщины осуществляют циклами, в каждом из которых блоки затапливают на глубину, равную толщине естественного ледяного покрова, и фиксируют к нему с последующим замерзанием воды, заполняющей окно над затопляемыми блоками. После прорезания щелей в естественном ледяном покрове по периметру базовых ледяных блоков производят установку на них арматурных каркасов с образованием двухслойных секций, которые затапливают на глубину, равную толщине естественного ледяного покрова, и промораживают с получением усиленного ледяного покрова. При следующем цикле наращивания толщины ледяного покрова прорезают щели с образованием сборных двухслойных армированных блоков. Технический результат - повышение несущей способности ледяного покрова за счет повышения его трещиностойкости и прочности на прогиб. 2 ил.

Способ усиления естественного ледяного покрова, включающий наращивание его толщины путем затапливания базовых ледяных блоков в окно, образованное прорезанием щелей в естественном ледяном покрове по периметру блоков, причем наращивание толщины осуществляют циклами, в каждом из которых блоки затапливают на глубину, равную толщине естественного ледяного покрова, и фиксируют к нему с последующим замерзанием воды, заполняющей окно над затопляемыми базовыми блоками, отличающийся тем, что после прорезания щелей в естественном ледяном покрове по периметру базовых ледяных блоков производят установку на них арматурных каркасов с образованием двухслойных секций, которые затапливают на глубину, равную толщине естественного ледяного покрова, и промораживают с получением усиленного ледяного покрова, причем при следующем цикле наращивания толщины ледяного покрова прорезают щели с образованием сборных двухслойных армированных блоков.