СПОСОБ СНИЖЕНИЯ ВОЗДЕЙСТВИЯ КАСАТЕЛЬНЫХ СИЛ МОРОЗНОГО ПУЧЕНИЯ НА СВАЙНЫЕ ФУНДАМЕНТЫ Российский патент 2024 года по МПК E02D27/35 

Изобретение относится к области строительства, а именно к основаниям и опорам различных сооружений, возводимых на талых грунтах с верхним сезоннопромерзающим слоем пучинистого грунта и на вечномерзлых грунтах с верхним сезонноотаивающим слоем пучинистого грунта.

Известны способы снижения воздействия морозного пучения на свайные фундаменты обмазыванием вязкими несмерзающимися материалами и пропиткой гидрофобными веществами боковой поверхности свай, а также наклеиванием на этой поверхности полимерных пленок [Руководство по проектированию оснований и фундаментов на пучинистых грунтах/НИИОСП им.Н.Н. Герсеванова Госстроя СССР, - М. Стройиздат, 1979.- 39 с.].

Основной недостаток этих способов обусловлен недолговечностью сохранения защитных свойств применяемых материалов.

Наиболее близким к предлагаемому решению по своей сущности является «Способ замедления процесса сезонного промерзания» [Патент 2320821, опубл. 27.03.2008 г.].

Искусственное замедление процесса естественного сезонного промерзания окружающего фундамент грунта производят путем нагревания грунта с помощью сезоннодействующих обогревательных устройств, с размещением испарителя в талых грунтах ниже глубины сезонного промерзания, конденсатора в слое сезонного промерзания. В результате передачи тепла этим устройством из массива талого грунта в сезоннопромерзающий слой происходит замедление процесса промерзания грунта, вызывающего отсасывание содержащуюся в грунтах влагу, снижая пучинистость грунта, прилегающего к боковой поверхности сваи, а поддержание более высокой температуры стенки сваи и контактного слоя мерзлого грунта, чем при отсутствии нагревания, снижает силы смерзания грунта с поверхностью сваи. Для большего замедления процесса сезонного промерзания грунта теплоизолируют поверхность земли вокруг сваи.

Недостатками способа являются:

- трудоемкость и высокая стоимость изготовления теплоаккумулирующих устройств;

- высокая вероятность повреждения конденсатора и соединительных теплопроводов, расположенных в зоне периодического промерзания и оттаивания грунтов;

- возможность применения способа для защиты свайных фундаментов от морозного пучения только в районах развития сезонного промерзания грунтов, т.е. при наличии естественного источника тепла.

Технический результат предлагаемого решения, заключающийся в устранении недостатков известного способа, достигается использованием в качестве источника тепла пресной воды, выделяющей при замерзании 335 кДж/кг тепла, а также теплоизоляцией надземной части сваи.

Полость, образованную стенками трубчатой металлической сваи и прочной перегородкой, устраиваемой внутри сваи на уровне границы сезонного промерзания и сезонного оттаивания, заполняют пресной водой до уровня дневной поверхности через заправочный штуцер с крышкой, расположенный на боковой поверхности надземной части сваи, а необходимый уровень воды в полости контролируют и поддерживают с помощью контрольного штуцера с крышкой, расположенного на стенке сваи на уровне дневной поверхности. После установления отрицательных температур наружного воздуха в процессе замерзания воды в полости выделяется теплота фазового перехода воды, которая по стенкам металлической сваи, обладающей высокой теплопроводностью, непрерывно поступает в окружающие фундамент грунты. В результате этого границы замерзания воды в полости и окружающего сваю грунта отстают от границы естественного промерзания грунта. Миграция влаги из талой зоны к фронту промерзания снижает пучинистость грунтов в слое, прилегающем к поверхности сваи, а поддержание более высокой температуры стенки сваи и прилегающего грунта, чем при отсутствии нагрева, снижает силы смерзания грунта с поверхностью фундамента. Для большего замедления процесса промерзания грунта теплоизолируют надземную часть сваи.

Осуществление

На чертеже символически изображена свая, где:

1 - полая свая;

2 - теплоизоляция;

3 - лед;

4 - поверхность земли;

5 - вода;

6 - граница замерзания воды и грунта;

7 - перегородка;

8 - промерзающий или сезоннооттаивающий слой;

9 - контрольный штуцер;

10 - заправочный штуцер;

11 - место приложения касательных сил пучения;

12 - место приложения сил смерзания сваи с мерзлым грунтом в период замерзания.

Способ осуществляют следующим образом.

Способ осуществляют при применении трубчатых металлических свай или составных свай с трубчатой верхней частью 1 в пределах слоя пучения. Внутри сваи устраивают водонепроницаемую прочную перегородку 7 на уровне границы сезонного промерзания и сезонного оттаивания 8. Полость, образованную стенками сваи и перегородкой, заполняют пресной водой 5 до уровня земной поверхности 4. Заправку полости водой осуществляют через штуцер с крышкой 10, расположенный на стенке надземной части сваи, а необходимый уровень воды в полости контролируют и поддерживают с помощью контрольного штуцера с крышкой 9, расположенного на стенке сваи на уровне поверхности земли. Часть сваи, расположенная выше уровня земли, снабжена теплоизоляцией 2.

После установления отрицательных температур наружного воздуха в процессе образования льда 3 в полости выделяется теплота фазового перехода воды, равная 335 кДж/кг, которая по стенкам металлической сваи, обладающей высокой теплопроводностью, непрерывно поступает в окружающие фундамент грунты до момента полного замерзания воды в полости. В результате этого границы замерзания воды в полости и окружающего сваю грунта 6 отстают от границы естественного промерзания грунта, а силы смерзания боковой поверхности сваи с промерзающими грунтами по величине меньше сил смерзания, формирующихся при отсутствии нагрева.

Место приложения касательных сил пучения, равных силам смерзания промерзшей части грунта с боковой поверхностью сваи, показано поз.11, место приложения сил смерзания сваи с вечномерзлым грунтом в период замерзания показано поз.12.

Полость, образованную стенками трубчатой металлической сваи и прочной перегородкой, устраиваемой внутри сваи на уровне границы сезонного промерзания или сезонного оттаивания, заполняют пресной водой до уровня дневной поверхности через заправочный штуцер с крышкой, расположенный на боковой поверхности надземной части сваи, а необходимый уровень воды в полости контролируют и поддерживают с помощью контрольного штуцера с крышкой, расположенного на стенке сваи на уровне дневной поверхности. После установления отрицательных температур наружного воздуха в процессе замерзания воды в полости выделяется теплота фазового перехода воды, равная 335 кДж/кг, которая по стенкам металлической сваи, обладающей высокой теплопроводностью, непрерывно поступает в окружающие фундамент грунты. В результате этого границы замерзания воды в полости и окружающего сваю грунта отстают от границы естественного замерзания грунта. Миграция влаги из талой зоны к фронту промерзания снижает пучинистость грунтов в слое, прилегающем к поверхности сваи, а поддержание более высокой температуры стенки сваи и прилегающего грунта, чем при отсутствии нагрева, снижает силы смерзания промерзшего слоя грунта с поверхностью фундамента.

Выполнение сваи составной с трубчатой верхней частью, устанавливаемой в пределах слоя пучения и наличие перегородки внутри сваи на уровне границы сезонного промерзания или сезонного оттаивания позволит сократить расход металла.

Заполнение полости трубчатой сваи пресной водой через заправочный штуцер с крышкой, расположенный на стенке надземной части сваи, и контроль и поддержание необходимого уровня воды в полости с помощью контрольного штуцера с крышкой, расположенного на стенке сваи на уровне поверхности земли, позволит дополнительно повысить надежность благодаря уточнению контроля уровня воды.

Технический результат

Технический результат предлагаемого решения, заключающийся в снижении воздействия морозного пучения на свайные фундаменты в результате уменьшения пучинистости грунта, прилегающего к поверхности сваи, и сил смерзания этого слоя с боковой поверхностью сваи, достигается использованием в качестве источника тепла воды, выделяющей при замерзании 335 кДж/кг тепла, а также теплоизоляцией надземной части сваи, снижающей потери в атмосферу тепла, выделяемого при замерзании воды в полости в зимнее время, а также приток тепла из атмосферы в полость в летнее время

Промышленная применимость

Способ может применяться при возведении свайных фундаментов и опор сооружений на пучинистых грунтах в условиях как сезонного промерзания, так и сезонного оттаивания.

Изобретение относится к области строительства, а именно к основаниям и опорам различных сооружений, возводимых на талых грунтах с верхним сезоннопромерзающим слоем пучинистого грунта и на вечномерзлых грунтах с верхним сезонноотаивающим слоем пучинистого грунта. Способ снижения воздействия касательных сил морозного пучения на свайные фундаменты путем замедления процесса промерзания грунта вокруг сваи характеризуется тем, что сваю выполняют трубчатой металлической полой на всю высоту или составной с трубчатой верхней частью в пределах слоя пучения. Полость, образованную стенками сваи и прочной перегородкой, которую устраивают внутри сваи на уровне границы сезонного промерзания или сезонного оттаивания, заполняют пресной водой до уровня дневной поверхности через заправочный штуцер с крышкой, расположенный на боковой поверхности надземной части сваи, а необходимый уровень воды в полости контролируют и поддерживают с помощью контрольного штуцера с крышкой, расположенного на стенке сваи на уровне дневной поверхности. После установления отрицательных температур наружного воздуха в процессе замерзания воды в полости выделяется теплота фазового перехода воды, которая по стенкам сваи, обладающей высокой теплопроводностью, непрерывно поступает в окружающие фундамент грунты, в результате этого границы замерзания воды в полости и окружающего сваю грунта отстают от границы естественного промерзания грунта, миграция влаги из талой зоны к фронту промерзания снижает пучинистость грунтов в слое, прилегающем к поверхности сваи, а поддержание более высокой температуры стенки сваи и прилегающего грунта снижает силы смерзания грунта с поверхностью фундамента, при этом для большего замедления процесса промерзания грунта теплоизолируют надземную часть сваи. Технический результат состоит в снижении воздействия морозного пучения на свайные фундаменты в результате уменьшения пучинистости грунта, прилегающего к поверхности сваи, и сил смерзания этого слоя с боковой поверхностью сваи. 1 ил.

Способ снижения воздействия касательных сил морозного пучения на свайные фундаменты путем замедления процесса промерзания грунта вокруг сваи, характеризующийся тем, что сваю выполняют трубчатой металлической полой на всю высоту или составной с трубчатой верхней частью в пределах слоя пучения, полость, образованную стенками сваи и прочной перегородкой, которую устраивают внутри сваи на уровне границы сезонного промерзания или сезонного оттаивания, заполняют пресной водой до уровня дневной поверхности через заправочный штуцер с крышкой, расположенный на боковой поверхности надземной части сваи, а необходимый уровень воды в полости контролируют и поддерживают с помощью контрольного штуцера с крышкой, расположенного на стенке сваи на уровне дневной поверхности, после установления отрицательных температур наружного воздуха в процессе замерзания воды в полости выделяется теплота фазового перехода воды, которая по стенкам сваи, обладающей высокой теплопроводностью, непрерывно поступает в окружающие фундамент грунты, в результате этого границы замерзания воды в полости и окружающего сваю грунта отстают от границы естественного промерзания грунта, миграция влаги из талой зоны к фронту промерзания снижает пучинистость грунтов в слое, прилегающем к поверхности сваи, а поддержание более высокой температуры стенки сваи и прилегающего грунта снижает силы смерзания грунта с поверхностью фундамента, при этом для большего замедления процесса промерзания грунта теплоизолируют надземную часть сваи.