Главная  Переработка нефти и газа 

Скачать эту книгу

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 [ 95 ] 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148

ительства на вечномерзлых грунтах и правильно наметить генеральную линию фундаментостроения.

Главнейшей особенностью, которую следует обязательно учитывать при строительстве на вечномерзлых грунтах, являются тепловые воздействия сооружений на температурное поле и свойства вечномерзлых грунтов, вплоть до формирования «чаши протаивания», заполненной, как правило, слабыми и разжиженными грунтами.

Ранее строители не учитывали тепловые воздействия, так как в большинстве случаев сооружения возводились в обычных условиях- вне области вечномерзлых грунтов, где тепловые влияния зданий и сооружений существенно не сказывались на свойствах грунтов оснований. При строительстве же сооружений на вечномерзлых грунтах тепловые влияния имеют огромное значение, при этом как рассмотрено было ранее, важно как общее обжитие местности, так и особенно, тепловые влияния локальных факторов (возведение отапливаемых зданий, сооружений, подземных тепловых и водных коммуникаций и пр.).

Как отмечалось ранее, в районах с низкотемпературными вечномерзлыми грунтами (например, в Норильске, на Колыме и др.) при отсутствии утечки воды из водопроводов и теплофикационных сетей наблюдается обиее понижение температуры грунта на территории застройки, хотя под источниками нагрева (отапливаемыми зданиями, тепловыми подземными коммуникациями и пр.) имеет место местное (локальное) оттаивание вечномерзлых грунтов, но распространение его в стороны (в случае отсутствия конвективного переноса тепла грунтовыми и производственными водами) незначительно.

Так, наблюдения на территории поселка Мяунджа Магаданской области (включая улицы и дворы) * показали, что в результате обжития местности (в условиях низкотемпературных вечномерзлых грунтов) происходит понижение температуры грунта, что объясняется, главным образом, уплотнением снежного покрова.

На рис. 125 показаны среднегодовые температуры грунта в поселке Мяунджа, построенные Г. В. Порхаевым и В. К. Щелоковым по данным И. Т. Рейиюка.

Для уяснения принципиальной стороны вопроса рассмотрим простейшую схему отапливаемого здания, возводимого на вечномерзлых грунтах, при ширине его, во много раз превосходящей глубину деятельного слоя (слоя ежегодного оттаивания и промерзания грунтов). Тогда, пренебрегая теплопотерями в стороны (что можно допустить при большой площади подошвы здания), по известному уравнению Фурье для установившегося движения тепла будем иметь

Q (?nziM, (VIII.2)

* пример заимствован из доклада Г. В. Порхаева и В. К. Щелокова «Прогноз изменения температурного режима многолетнемерзлых горных пород при освоении территории». НИИОСП, 1971.

где Q -количество тепла, выделяемое в грунт через пол здания {ккал/м)\ 9п - температура внутри помещения (положительная), С; 0м - средняя температура мерзлой толщи, °С; /?о - термическое сопротивление пола здания, м-ч-град/ккал; / - время, ч.

Согласно выражению (VIII.2) поток тепла от здания в грунт все время будет иметь место (с большей или меньшей интенсивностью, зависящей от разности температур 9п-9м и величины термического сопротивления пола Ro) и все новые и новые порции тепла будут постоянно поступать в толщу вечномерзлых грунтов, что очевидно вызовет изменение температуры мерзлого грунта и формирование под подошвой сооружения чаши протаивания. Только отвод тепла (с помощью вентилируемого зимой подполья или другими способами) может обеспечить сохранность грунтов

Рис. 125. Температурное поле под отапливаемыми зданиями и улицами в толще

вечномерзлых грунтов:

/ - площади с ненарушенным снежным покровом; - улицы с сильно уплотненным снегом; / - отапливаемое здание (Дом культуры); /V - внутренний двор с уплотненным снеговым покровом; / - талая зона; 2 - короб теплопровода

основания в мерзлом состоянии, что было доказано еще в первых работах по фундаментостроению в условиях вечномерзлых грунтов *.

Оттаивание вечномерзлых грунтов в основаниях зданий, как показывают новейшие исследования (Г. В. Порхаева и др., 1970 г.), будут носить несколько разный характер в зависимости от географического района распространения вечномерзлых грунтов (северного, центрального или южного), размеров площади подошвы здания, теплоизоляции пола и пр. (рис. 126).

Однако, как показывают соответствующие наблюдения, во всех случаях будет формироваться чаша протаивания (см. рис. 126) и лишь при очень небольших размерах зданий, когда их ширина будет ненамного больше глубины зимнего промерзания, а боковые теплопотери в грунт будут велики, чаша протаивания может и не образовываться, что, однако, на практике наблюдается очень редко.

При рассмотрении локальных влияний на температурное поле вечномерзлых грунтов, прежде всего следует учитывать тепло, вы-

* L См. сноску ** на стр. 96.

2. Н. А. Цытович. О выборе типа фундаментов в условиях вечной мерзлоты. «Строительная промышленность», 1930, № 6, 7.

10»

Деляемое бтаплйЁаёмыми зданиями и сооружениями, которое значительно превосходит влияние возможных изменений теплопередачи грунтов вне зданий.

Так, по расчетам Г. В. Порхаева и В. К. Щелокова *, количество тепла, поступающего в грунт на 1 м? его поверхности в подполье зданий, построенных по методу сохранения мерзлого состояния грунтов оснований, оказалось для различных районов области вечномерзлых грунтов равным от 6600 до 28 000 кшл1м - год, а Для сооружений, построенных с учетом протаивания вечномерзлых грунтов в основаниях - для различных районов в среднем от 45 000 до 54 000 ккал/м-год, тогда как изменение теплопотока

вследствие удаления растительного и снежного покрова для Сковородино составило всего лишь 320 ккал/м-год, а для Якутска-500 ккал/м-год.

Из приведенных данных вытекает вывод о весьма значительном влиянии отапливаемых сооружений на тепловой режим вечномерзлых грунтов.

Аналитическое определе-ние температуры вечномерзлых грунтов в основании сооружений для различных промежутков времени от начала возведения сооружений до формирования чаши протаивания и достижения ею стабилизированного состояния (при мощной толще вечномерзлых пород) является сложнейшей тепло-физической задачей инженерной геокриологии. Сложность расчета обусловливается, главным образом, необходимостью учета вы деления скрытой теплоты таяния порового льда на границе талой и мерзлой зон толщи грунтов.

Опуская здесь приближенный способ решения поставленной задачи, предложенный еще в 1932 г. **, основанный на использовании метода баланса тепла для грунтов под полом здания и вне его по фактическим температурам и теплоным характеристикам грунтов и теплоизоляции пола с учетом теплопотерь основанием здания отдельно в зимний период и отдельно - в летний, остановим наше внимание на более строгих новейших методах расчета, отметив предпосылки расчетов и область их применения.

Рис. 126. Оттаивание вечномерзлых грунтов в основаниях зданий:

а - в южной и б -в северной зоне вечномерзлых грунтов; в - в северной зоне при небольших зданиях: i - теплоизоляция; 2 ~ граница оттаивания; 3 - положение границы оттаивания в конце лета; 4 - то же, в конце зимы

* Г. В. П О р X а е в, В. К- Щелоков. Влияние застройки на термовлаж-ностный реж,им многолетнемерзлых грунтов. Сб. «Материалы к основам учения о мерзлой зоне земной коры», вып. VII. Изд-во АН СССР, 1961. ** См. сноску * на стр. 284.