Начинается...

Углекислотные системы для замораживания грунтов оснований зданий и сооружений на крайнем севере

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»

Вертикальная охлаждающая Система «ВЕТ»

Проветриваемое подполье производственных и жилых зданий  Проветриваемое подполье производственных и жилых зданий

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

Резервуары V=20 000 м3 на бессвайных основаниях с Системами охлаждения. Ванкорское месторождение

Укрупненные сблокированные здания с Системами охлаждения в основании фундаментов. Бованенковское 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)

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  Замораживание устьев газовых скважин вертикальными Системами. Бованенковское месторождение

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.

Скачать статью в формате pdf →

625014, Тюмень,
ул. Новаторов, д. 12А
☎ +7 (3452) 27-11-25
fsa@npo-fsa.ru
www.npo-fsa.ru


Читайте также:

ВЫПУСК 2/2021



Читать онлайн