Область применения методов замораживания в зависимости от назначения сооружения и свойств окружающего грунта

 

Область применения различных методов замораживания чаще всего зависит от назначения сооружения, к которому они применяются, а так же от физико-механических свойств грунтов.

Физические свойства грунта характеризуют физические состояние грунта и способность изменять это состояние под влиянием физико-химических факторов. Они оказывают значительное влияние на технологию производства земляных работ.

К физическим свойствам грунта относится:

· Плотность грунта;

· Влажность грунта;

· Удельный вес грунта;

· Относительное содержание твердых частиц;

· Пористость грунта;

· Коэффициент пористости грунта (отношение объема пор в образце, , занимаемому его твердыми частицами);

· Водонасыщение;

· Набухание грунта.

Механические свойства грунта определяются действием внешней нагрузки или при изменении их физического состояния, к ним относится:

1. Деформационные (способность грунта сопротивляться развитию деформаций):

· Сжимаемость грунта;

· Модуль общих деформаций.

2. Прочностные (способность грунта сопротивляться разрушению)

· Прочность грунта;

· Твердость грунта.

 

3. Фильтрационные (способность грунта отжимать воду из своих пор):

· Водопроницаемость грунта;

· Скорость фильтрации;

· Коэффициент фильтрации;

· Просадочность;

· Разрыхляемость.

При выборе метода замораживания, необходимо учесть все преимущества и недостатки каждого из них. Рассмотрим подробнее каждый из методов.

1. Замораживание грунта рассольным способом.

Этот способ имеет ряд преимуществ. Например, он обеспечивает возможность проводить работы в водоносных грунтах любого характера; после завершения работ грунт возвращается в первоначальное состояние без каких-либо изменений, не наносится экологический вред. Данный способ хорошо изучен, изучены поведение и нестационарные процессы при работе с различными грунтами [5].

Способ имеет недостатки: длительный период замораживания грунта; в связи с тем, что происходит заморозка, грунт сильно переувлажняется; во время работ происходит сильное пучение грунта; данная технология может применяться только в герметичных трубах, иначе произойдет экологическое загрязнение; при работе с данной технологией летом, нужно оградить грунт от попадания на него солнечных лучей; при разработке проекта с использованием данной технологии нужно обеспечить защиту уже существующих сооружений или коммуникаций [1].

2. Низкотемпературное замораживание грунта с использованием жидкого азота.

Положительные качества этого метода заключаются в том, что жидкий азот используют только однократно и его не нужно держать строго в замкнутой системе. После проведения всех работ его выпускают в атмосферу, а при попадании в грунт он не загрязняет почву. Жидкий азот взрыво- и пожаробезопасен. Технология не требует наличия громоздких замораживающих станций [2].

Отрицательные качества — пучение грунтов, что приводит к увеличению объема грунта; сложные подготовительные работы; длительный процесс замораживания; в теплое время года место проведения работ нужно защищать от попадания солнечных лучей; стоимость проведения таких работ очень высока в связи со стоимостью главного агента (жидкий азот).

3. Способ замораживания грунтов с применением твердых криоагентов.

К достоинствам способа следует отнести: высокие темпы замораживания за счет увеличения площади поверхности теплообмена хладоносителя с твердым криоагентом.

К недостаткам - большие сроки проведения подготовительных работ; сложность контроля заполнения скважин сухим льдом по глубине; высокая стоимость хладоносителя; во всех случаях нужно защищать место проведения работ от попадания солнечных лучей во избежание обратного процесса (оттаивания).

Каждый из этих способов стоит применять в разных случаях. Рассольный способ более универсален, поэтому его можно применять для предотвращения притока воды в подземных выработках. Он также применим ко всем видам грунта. Замораживание возможно на различных глубинах и при различной степени водонасыщенности грунтов. Так как способ хорошо изучен, его можно применять в любых масштабах: как на ограниченных, так и больших площадях. Азотное замораживание является очень дорогостоящим, поэтому данная технология используется при ликвидации прорывов и плывунов в горных выработках, а также при выполнении срочных работ в водоносном грунте [5].

Заморозка сухим льдом является наиболее целесообразной в условиях строительства подземных сооружений в плотном городском массиве. Искусственное замораживание грунта — универсальный способ проведения работ, в особенности в водоносных грунтах.

Сезонно-действующие охлаждающие устройства различного типа предназначены для поддержания грунта в мерзлом состоянии, что обеспечивает устойчивость зданий, сооружений на сваях, а также сохраняет замерзший грунт вокруг опор ЛЭП и трубопроводов, вдоль насыпей железнодорожных путей и автомобильных магистралей, а так же при строительстве плотин.

В основе технологии сезонно-действующих охлаждающих устройств лежит устройство передачи тепла (термосифон), которое в зимний период извлекает тепло из почвы и передает его в окружающую среду. Важной особенностью этой технологии является то, что она естественно-действующая, т.е. не нуждается во внешних источниках энергии.

Все СОУ работают только в зимний сезон, используя относительно низкие температуры воздуха. В отличие от искусственного замораживания грунта, используемого в тоннелестроении, возведении фундаментов зданий, создании льдогрунтового ограждения и т.п., которое, как правило, является временным (только на период строительства), охлаждающие системы, скомплектованные из СОУ, способны поддерживать достигнутое мерзлое состояние в течение многих лет.

При одинаковых площадях поверхности грунтового и наружного теплообменников и одинаковой скорости воздуха (или ветра) у поверхности наружного теплообменника тепловая эффективность ПЖ и ЖВК СОУ примерно одинаковы, а эффективность ЖЕК СОУ на 30-40% ниже. Эти три типа СОУ и являются наиболее перспективными для охлаждающих систем умеренной глубины Н = 10-30м [7].

Следует отметить, что воздушные СОУ при глубине > 12-15м охлаждают грунт значительно хуже и, кроме того, обладают существенным эксплуатационным недостатком - забиваются ледяными пробками. Технических средств для его преодоления пока не существует.

 

Выводы по I главе

1. В настоящее время завершается разработка проекта Стратегии развития морской портовой инфраструктуры на период до 2030 г.

2. Не менее значимой является проблема координации программных документов, разрозненно затрагивающих вопросы развития отрасли. В итоге, в системе портового хозяйства наблюдается неэффективность расходования средств, закрепляющая технологическую консервацию отрасли и низкий уровень ее конкурентоспособности на мировом рынке транспортных услуг.

3. Данные обстоятельства существенно ослабляют экономические позиции России, а ограниченность мощностей существующих терминалов делает неизбежной переориентацию грузов для перевалки в портах за пределами РФ. Необходимость данной Стратегии определяется постепенным ростом российской экономики, вовлеченностью ее в мировое хозяйство.

4. Утверждение проекта Стратегии постепенно позволит создать оптимальные условия и активизировать развитие портовой инфраструктуры по всей России.

5. Целью Стратегии стало удовлетворение потребностей российской экономики, внешней торговли и населения в перевалке грузов и обеспечении безопасности мореплавания в морских портах и на подходах к ним путем формирования инновационной инфраструктуры морских портов, интеграции их в транспортные узлы при стимулирующей роли государства по их комплексному развитию.

6. Одной из проблем, с которой придется столкнуться строителям при реконструкции, являются слабые грунты и необходимость их усиления.

7. Искусственное замораживание является универсальным средством стабилизации грунтов и обеспечения возможности ведения работ в водоносных породах.

8. При выборе метода замораживания необходимо учитывать особенности сооружения и свойства окружающего грунта.