Метод замораживания грунтов при сооружении опускних колодцев

Метод замораживания грунтов иногда применяют для защиты от грунтовых вод забоя опускного колодца.
Этот способ широко применяется в других областях строительства при производстве земляных работ насухо в водонасыщенных грунтах.

При замораживании грунт вместе с водой превращается в массив большой механической прочности. Образующийся ледопородный стакан является экраном, препятствующим проникновению грунтовой воды в забой.

Для образования ледопородной стенки по периметру колодца на расстоянии от него в 5—8 м забуривают скважины диаметром 150—200 мм. Расстояние между скважинами 1,5—2,0 м. Скважины заглубляют в водоупор на 0,5—1,0 м. В скважины опускают стальные замораживающие трубы диаметром 100—150 мм, в которые устанавливают нагнетающие трубы диаметром 35—37 мм замораживающей станции. В результате циркуляции в трубах охлажденного до —25, —45°С раствора хлористого кальция происходит замораживание грунта вокруг трубы. Образующиеся цилиндры соединяются друг с другом.

Время, необходимое на образование ледопородного стакана вокруг колодца, зависит от его параметра и составляет 2—6 месяцев.

Охлаждение раствора и его циркуляцию по трубам осуществляют с помощью специальных холодильных аммиачных установок.

Толщину стенки  замороженного грунта определяют расчетом. На стенку действует давление воды и давление грунта во взвешенном состоянии.

,

где  — внутренний диаметр ледопородной стенки, соответствующей размерам сооружения в плане;
R — расчетное сопротивление на сжатие мерзлого грунта, зависящее от воды грунта, его состояния и температуры, определяемое по табл. 56;

Р — суммарная интенсивность давления воды и грунта на ледопородную стенку на уровне дна котлована.
Давление грунта на стены колодца в период погружения мало и создается только прослойкой незамерзшего грунта между ледопородным стаканом и колодцем. Стены колодца рассчитываются на нагрузки периода эксплуатации, когда ледопородный стакан растает и возникает полное давление грунта. При применении замораживания колодцы целесообразно сооружать методом подращивания.
Количество холода Q1 (количество отнимаемого у грунта тепла), необходимое для создания ледопородной стенки требуемой величины, определяют по формуле

 кдж,              (5.7)

где     — плотность скелета грунта, кг/м³;
 — объем скелета грунта в замораживающем объеме;
 — начальная температура, град С;
 — конечная температура грунта по абсолютной величине, град С;
 — плотность воды, равная 1000 кг/м³;
 — общий объем воды в замораживаемом грунте;
 — скрытая теплота льдообразования, равная 331 кдж/кг;
 — массовые теплоемкости соответственно грунтового скелета (0,84), воды (4,19) и льда (2,09), кдж/кг-град.
Первое слагаемое в формуле (5.7) учитывает количество холода, необходимое для охлаждения грунтового скелета до температуры , а второе — для охлаждения воды в грунте. В случае глинистых грунтов при вычислении Qt необходимо учитывать количество незамерзшей воды в глинистом мерзлом грунте. Тогда в первую часть формулы (5.7) необходимо добавить выражение

,

где  — объем незамерзшей воды.
Тепловая мощность одной колонки

  ,                                    (5.8)

где  — коэффициент теплоотдачи 1 м2 поверхности колонки; может быть принят равным 0,23—0,29 квт/м²;
h — глубина погружения колонки;
 — наружный диаметр колонки.
Необходимое количество холодильного оборудования определяют по мощности холодильной установки Qy с учетом потерь в системе, т. е.

                                    ,                                           (5.9)

где  — общее число колонок.
Время активного замораживания на создание ледопородной стенки приближенно находят по формуле

                            ,                                     (5.10)

где  — поверхностная плотность теплового потока, протекающего из грунта;
 — площадь боковой поверхности замороженной стенки.

Меняя число колонок, а следовательно, и расстояния между ними, можно изменить время, необходимое для замораживания стенки.

В процессе сооружения колодца стенки сохраняются в мерзлом состоянии — этап пассивного замораживания. На этом этапе мощность холодильной установки используется не полностью. Метод искусственного замораживания затруднителен при скоростях течения грунтовых вод, превышающих 0,0025 см/сек. Особенно хорошие результаты этот способ дает в неустойчивых грунтах, песках, илах, которые после замораживания превращаются в материал, подобный песчанику. Чистая глина и торф поддаются замораживанию труднее и обладают меньшей прочностью, чем замороженный водоносный песок.

Понравилось? Поделитесь материалом