Углекислотные системы для замораживания грунтов оснований зданий и сооружений на крайнем севере
Климатические и геологические условия Арктики диктуют разработчикам ее широт свои условия. Вечная мерзлота неоднократно преподносила неприятные сюрпризы строителям и недропользователям. Именно на севере нашей страны, как известно, сосредоточено много крупных стратегических объектов, построенных в период освоения и эксплуатации, однако в настоящее время начинается более активное промышленное освоение Арктических территорий. Ошибки проектировщиков и строителей могут иметь трагические последствия. Предусмотреть то, как поведет себя грунт в случае потепления, важно еще на стадии проектирования. Как сегодня возводятся здания, крупные промышленные объекты и жилые дома в северном крае?
Здесь строительство требует особого подхода. По мнению ученых, в северных широтах должно учитываться много факторов, один из них – циклы климатического потепления и похолодания, каждый из которых длится примерно 30-35 лет. Именно теплый климат, растепляя верхние слои грунта, способен повлиять на несущую способность фундаментов зданий и сооружений, построенных только с применением проветриваемых подполий.
Мерзлый грунт – очень прочное основание для строительства. Несущая способность свай, погруженных в мерзлый грунт, может быть в несколько раз выше, чем в талом грунте. Тогда длину и количество свай можно существенно сократить, а то и вовсе отказаться от их применения при строительстве некоторых объектов, например, резервуаров. Для этого при строительстве промышленных объектов в северных широтах уже применяется замораживание и температурная стабилизация грунтов, которая обеспечивает необходимую проектную температуру грунтов основания, и соответственно их несущую способность.
У многих строителей температурная стабилизация ассоциируется с большими дополнительными расходами, связанными с установкой специальных устройств для сохранения вечной мерзлоты от растепления. Но наоборот, применяя системы замораживания и температурной стабилизации грунтов, достигается экономия на устройство фундаментов от 30% до 50%, если конечно предусмотреть их применение еще на стадии проектирования. Экономия достигается в первую очередь в отсутствии необходимости возводить проветриваемое подполье – наиболее старое и традиционное техническое решение, когда здание приподымается на сваях, чтобы тепло от него не влияло на мерзлый грунт. Большое количество свай и перекрытий дает высокую стоимость строительства, фундамент составляет до 60% от общей стоимости всего объекта. Такое техническое решение малоэффективно, не экономично и совершенно не управляемо. Проветриваемое подполье можно оснастить одиночными термостабилизаторами рядом со сваями, но его неуправляемость все равно сохранится. В дополнение одиночные термостабилизаторы создают большие помехи при строительстве и эксплуатации объектов, так как надземная коненсаторная часть (оребрение) находится непосредственно над подземной охлаждающей, возвышаясь над грунтом в каждой точке охлаждения.
Системы замораживания и температурной стабилизации грунтов состоят из подземных охлаждающих труб (горизонтальных или вертикальных), расположенных под сооружением, и надземного теплообменника, расположенного за пределами сооружения в месте, не препятствующем эксплуатации объекта. Для их работы не требуется электроэнергия и обслуживание, работают естественным образом, циркуляция хладагента происходит в зимний период за счет разности температур воздуха и грунта. Таким образом, системы аккумулируют холод наружного воздуха в основание сооружения в течение зимнего периода.
Вертикальная охлаждающая Система «ВЕТ»
Проветриваемое подполье производственных и жилых зданий
При проектировании охлаждаемого основания обязательно выполняется прогнозный расчет температуры грунта на весь период эксплуатации объекта, учитываются увеличение снежных заносов после строительства, потепление климата и влияние дополнительных отепляющих техногенных факторов.
Такое строительство на охлаждаемых основаниях получило свое распространение на Уренгойском, Бованенковском, Ванкорском, Харасавейском, Юбилейном, Ямбургском, Заполярном, Самбургском, Южно-Хыльчуюском, Сандибинском и многих других месторождениях.
Резервуары V=20 000 м3 на бессвайных основаниях с Системами охлаждения. Ванкорское месторождение
Укрупненные сблокированные здания с Системами охлаждения в основании фундаментов. Бованенковское месторождение
В отличие от промышленных объектов в гражданском строительстве новые технологии внедрять, к сожалению, не спешат. До сих пор широко используется проветриваемое подполье. Для более эстетического вида зданий его стали закрывать декоративными панелями, при этом еще больше понижая его эффективность. А ведь применение систем термостабилизации возможно не только на промышленных объектах, но и при строительстве социальных объектов, торговых центров и жилых домов. Такие технологии, позволяют возводить жилые объекты без проветриваемого подполья, а вместе с тем: без традиционно принятых ограничений по этажности, с получением всех преимуществ теплого первого этажа, с наличием подвала и удобного устройства коммуникаций, и даже с подземными парковками. Данные меры могли бы способствовать не только повышению надежности фундаментов, но и повышению комфорта «северного» жилья.
Именно для возможности применения в гражданском строительстве, а также расширения применения в промышленном строительстве, системы охлаждения были модернизированы, и аммиачный хладагент заменен на углекислоту. Этот хладагент менее токсичен, является природным веществом и при этом обладает несомненными достоинствами для использования замораживания грунтов: высокая холодопроизводительность, безопасность, инертность к материалам, более низкая стоимость.
Замораживание талого основания под фундаментами жилых домов в г. Норильске. Конденсаторные блоки углекислотных Систем охлаждения (вынесены за пределы двора, защищены)
Адаптировав системы охлаждения к углекислоте, мы получили новые возможности. Глубина вертикальных охлаждающих труб в аммиачной системе имеет ограничения – до 27 м, с углекислотой – глубина вертикальных охлаждающих труб, а вместе с ней и глубина замораживания, увеличилась – до 100 м.
Такие глубинные системы могут стать идеальным техническим решением при замораживании кустов газовых скважин на сильнольдистых и сильнозасоленных грунтах, как например, на Харасавэйском месторождении.
Замораживание устьев газовых скважин вертикальными Системами. Бованенковское месторождение
Потенциал возможностей данной технологии используется сегодня далеко не в полной мере. Они могут укреплять основания даже там, где мерзлота грунтов слабая либо имеет заглубленную кровлю, изменять принципы строительства, создавая комфортные условия работы и жизни людей. Блокирование и укрупнение зданий, строительство без проветриваемого подполья, сокращение длины и количества свай – повысят экономическую эффективность освоения арктических территорий.
И единственный ресурс необходимый для работы Системы охлаждения – это естественный холод, который необходимо рационально использовать.
Статья в формате pdf →
- 625014, Тюмень,
- ул. Новаторов, д. 12А
- ☎ +7 (3452) 27-11-25
- fsa@npo-fsa.ru
- npo-fsa.ru
