СПОСОБ УСТАНОВКИ СВАИ В МНОГОЛЕТНЕМЕРЗЛОМ ГРУНТЕ

СПОСОБ УСТАНОВКИ СВАИ В МНОГОЛЕТНЕМЕРЗЛОМ ГРУНТЕ


--- Закажите полную версию данного патента ---
RU (11) 2133316 (13) C1

(51) 6 E02D27/35, E02D7/26 

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ 
Статус: по данным на 17.10.2007 - может прекратить свое действие 

--------------------------------------------------------------------------------

(14) Дата публикации: 1999.07.20 
(21) Регистрационный номер заявки: 97106580/03 
(22) Дата подачи заявки: 1997.04.22 
(45) Опубликовано: 1999.07.20 
(56) Аналоги изобретения: Гончаров Ю.М., Комзина А.А., Малков Е.Н. Особенности проектирования и устройства оснований зданий на мерзлых грунтах. - Л.: Стройиздат, ЛО, 1980, с. 137, 138. SU 1666674 A1, 30.07.91. SU 1619765 A, 27.11.95. RU 2043461 C1, 10.09.95. RU 2039158 C1, 09.07.95. 
(71) Имя заявителя: Научно-технологический центр "НАДЫМГАЗПРОМ" 
(72) Имя изобретателя: Чугунов Л.С.; Березняков А.И.; Дацковский А.Х.; Дегтярев Б.В.; Забелина Л.С.; Хилько В.А. 
(73) Имя патентообладателя: Научно-технологический центр "НАДЫМГАЗПРОМ" 
(98) Адрес для переписки: 626711, Надым, Тюменская обл.. ул.Полярная 3, Научно- технологический центр "НАДЫМГАЗПРОМ" 

(54) СПОСОБ УСТАНОВКИ СВАИ В МНОГОЛЕТНЕМЕРЗЛОМ ГРУНТЕ 
Изобретение относится к сооружению оснований и фундаментов в многолетнемерзлом грунте. Технический результат, обеспечиваемый изобретением, состоит в сокращении времени монтажа и повышении несущей способности сваи за счет уменьшения теплового воздействия и сокращения времени вмерзания сваи в многолетнемерзлый грунт. Способ установки сваи в многолетнемерзлом грунте включает бурение скважины диаметром, близким к диаметру сваи, засыпку разрыхленным грунтом, извлеченным в процессе бурения, введение в скважину паровой иглы и пропаривание разрыхленного грунта, после чего в протаявшую массу опускают металлическую сваю и оставляют ее до смерзания с окружающим массивом многолетнемерзлых пород, при этом время вмерзания сваи рассчитывается путем численного решения приведенного дифференциального уравнения первого порядка с неразделяющимися переменным относительно времени . 


ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ


Изобретение относится к области сооружения оснований и фундаментов в многолетнемерзлом грунте.
Известен способ установки сваи в многолетнемерзлый грунт, включающий бурение скважины, образование оттаянной зоны, погружение сваи в скважину путем вращения с приложением вертикальной вдавливающей нагрузки с заполнением сваи разрыхленным грунтом со стенок скважины и последующее смерзание сваи с массивом многолетнемерзлого грунта (см. SU 1666674 А1, 30.07.91).
Недостатком указанного способа является то, что с увеличением глубины погружения сваи уменьшается количество транспортируемого к поверхности земли грунта, что, в свою очередь, уменьшает силу смерзания, а также увеличивает время вмерзания сваи в массив многолетнемерзлых пород.
Наиболее близким к изобретению по своей сущности и достигаемому результату является способ установки сваи в многолетнемерзлом грунте, включающий бурение скважины, введение парой иглы, пропаривание, погружение сваи и выдерживание до смерзания с окружающим массивом многолетнемерзлого грунта (см. , например, Гончаров Ю.М., Комзина А.А., Малков Е.Н., Особенности проектирования и устройства оснований зданий на мерзлых грунтах, Л., Стройиздат, ЛО, 1980, с.137, 138).
Недостатком известного способа является высокая энергоемкость вследствие большого теплового воздействия, а также длительность вмерзания сваи в многолетнемерзлый грунт.
Задачей изобретения является сокращение времени монтажа и повышение несущей способности сваи за счет уменьшения теплового воздействия и сокращения времени вмерзания сваи в многолетнемерзлый грунт.
Задача решается за счет того, что в способе установки сваи в многолетнемерзлом грунте, включающем бурение скважины, введение паровой иглы, пропаривание, погружение сваи и выдерживание до смерзания с окружающим массивом многолетнемерзлого грунта, скважину бурят диаметром, близким к диаметру сваи, а после бурения скважину засыпают разрыхленным грунтом, извлеченным в процессе бурения, в протаявшую массу опускают металлическую сваю. При этом расчет времени вмерзания сваи в многолетнемерзлый грунт производят путем численного решения дифференциального уравнения первого порядка с неразделяющимися переменными относительно времени 



где qпл - удельная теплота плавления мерзлого грунта, Дж/м3;

м - его тепловодность, Дж/мчК;

Rф - радиус фазового перехода, м;

Rв - радиус теплового влияния, м;

tф - температура фазового перехода, oC;

tм - начальная температура в массиве мерзлого грунта, oC.
Способ реализуют следующим образом.
С помощью шнековой буровой установки, например "Като", в мерзлом грунте бурят скважину диаметром, близким к диаметру сваи и засыпают разрыхленным грунтом, извлеченным в процессе бурения. Затем в скважину вводят паровую иглу и пропаривают разрыхленный грунт. В протаявшую массу опускают металлическую сваю (трубу с открытым нижним концом) и оставляют ее до смерзания с окружающим массивом многолетнемерзлых пород.
Поскольку рыхлый грунт, засыпанный в скважину, имеет высокую проницаемость, подвод тепла при пропаривании происходит, главным образом, за счет конвективного теплопереноса и конденсации пара на развитой поверхности измельченного мерзлого грунта. При этом процесс протаивания массы грунта в скважине происходит очень быстро - всего за 3 - 5 минут, стенки скважины почти не оплавляются, а окружающий массив практически не подвергается тепловому воздействию.
При предварительном бурении с последующей пропаркой температуру грунта в скважине можно поддерживать близкой к температуре фазового перехода, что существенно ускоряет время последующего смерзания.
Для оценки времени вмерзания сваи пользуются методом теплового баланса. Перемещение границы фазового перехода после прекращения теплового воздействия обеспечивается за счет рассеивания в окружающем скважину массиве тепла, выделяющегося при фазовом переходе (условие Стефана)



Здесь: qпл - удельная теплота плавления мерзлого грунта; м - его теплопроводность;

Rф - радиус фазового перехода.
В качестве основного допущения примем квазистационарное распределение температуры грунта в мерзлой зоне в виде

t = (tф-tм)ln(Rв/R)ln(Rв/Ro)+tм, (2)

где tф - температура фазового перехода;

tм - начальная температура в массиве мерзлых пород;

tо - начальный радиус теплой зоны;

Rв - радиус теплового влияния.
Величину Rв обычно определяют по приближенному выражению



где - время теплового воздействия;

м и См - теплопроводность и теплоемкость мерзлых пород, соответственно.
Выражение (3) дает хорошие результаты при большом времени теплового воздействия, однако в начальный период дает довольно большую погрешность. Точное (в рамках метода теплового баланса) выражение для определения радиуса теплового влияния в зависимости от времени и теплофизических свойств грунта

R2в = (R2c+R2c/Rc)+4<IMG SRC="http://www.fips.ru/chr/955.gif" ALIGN=ABSMIDDLE>м/Cм. (4)

Если в трансцендентном выражении (4) пренебречь логарифмическим членом, то из него как частный случай получают выражение (3).
Оценка точности выражения (3) показала, что максимальная относительная погрешность будет иметь место при Rв = 1,65lnRc и составит 8,8%. Для рассматриваемого случая величина Rв порядка 1,5 2Rс будет достигнута через 3 - 8 часов с момента установки сваи, поэтому при расчетах необходимо использовать более точное выражение (4).
Продифференцировав (2) при R = Rф с учетом (4) и подставив полученную производную в (1), получают выражение



Выражение (5) представляет собой дифференциальное уравнение первого порядка с неразделяющимися переменными, решать его можно численным способом на ЭВМ.
Для того, чтобы приближенно свести (5) к квадратурам, можно с высокой степенью точности заменить в правой части этого уравнения переменную величину Rф на постоянную Rс. Такое допущение достаточно правомерно, так как при Rв Rф тепловой поток практически не зависит от положения фронта фазового перехода. При этих допущениях получим дифференциальное уравнение с разделяющимися переменными. Интегрируя его в пределах от = 0 до и от Rф = Rс до Rф получим



За начальный радиус талой зоны Rо в случае заглубления свай описанным способом можно принять радиус долота, которым бурилась скважина под сваю. Это особенно верно, если температура растаявшего грунта в скважине незначительно отличается от нуля. В том случае, если допущен существенный перегрев шлама в скважине, а также при проходке нетронутого массива мерзлоты непосредственно паровой иглой, в выражении (6) целеобразно добавить член Rф, определяющий величину первоначального смещения фронта фазового перехода от стенки скважины. Величину добавки Rф можно найти, приравняв количество тепла, аккумулированного в скважине шламом, нагретым до температуры tс

Qскв = Cм(tc-tф)Rф, (7)

к количеству тепла, затраченному на фазовый переход в кольцевом слое пород от Rф до Rф+Rф



Приравняв (7) и (8), получим окончательно



Таким образом, достигаются поставленные в предлагаемом способе задачи, а именно: сокращается время монтажа и повышается несущая способности сваи за счет уменьшения теплового воздействия на многолетнемерзлый грунт и сокращения времени вмерзания сваи в многолетнемерзлый грунт. 


ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ


Способ установки сваи в многолетнемерзлом грунте, включающий бурение скважины, введение паровой иглы, пропаривание, погружение сваи и выдерживание до смерзания с окружающим массивом многолетнемерзлого грунта, отличающийся тем, что скважину бурят диаметром, близким к диаметру сваи, а после бурения скважину засыпают разрыхленным грунтом, извлеченным в процессе бурения, в протаявшую массу опускают металлическую сваю, причем время вмерзания сваи в многолетнемерзлый грунт определяют путем численного решения дифференциального уравнения первого порядка с неразделяющимися переменными относительно времени 

qплdRф= [м(tф-tм)/ln(Rв/Rф)]d<IMG SRC="http://www.fips.ru/chr/964.gif" ALIGN=ABSMIDDLE>,

где qпл - удельная теплота плавления мерзлого грунта, Дж/м3;

м - его теплопроводность, Дж/мчК;

Rф - радиус фазового перехода, м;

Rв - радиус теплового влияния, м;

tф - температура фазового перехода, oC;

tм - начальная температура в массиве мерзлого грунта, oC.




ПРОЧИТАТЬ НУЖНО ВСЕМ !
Судьба пионерских изобретений и научных разработок, которым нет и не будет аналогов на планете еще лет сорок, разве что у инопланетян



Независимый научно технический портал

Подборка патентов изобретений и технологий относящихся к СТРОЙИНДУСТРИИ: строительные составы, смеси и композиции для производства строительных материалов и ведения строительных работ, бетон, специальный бетон, добавки для бетона, влияющие на его физические и химические свойства, специальные строительные составы, смеси и композиции обладающие гидроизолирующими, теплозащитными, звукоизоляционными, антикоррозийными, герметизирующими, радиационно-защитными свойствами и способы их получения, лакокрасочные, клеевые составы и композиции, строительные изделия, окна и двери. шторы и жалюзи. фурнитура, гарнитура и комплектующие, устройство кровли, крыш зданий и сооружений кровельные материалы и изделия. приспособления и устройства, устройство покрытий полов. наливные полы. смеси и композиции, строительство и ремонт гидротехнических сооружений, технологии строительства и ремонтно-строительные работы при возведении объектов промышленного и гражданского назначения, новые технологии и способы ведения ремонтно-строительных работ, строительная техника и оборудование для производства строительных материалов и ведения строительных работ.



Новые технологии и изобретения в стройиндустрии




СОВЕРШЕННО БЕСПЛАТНО!
Вам нужна ПОЛНАЯ ВЕРСИЯ данного патента? Сообщите об этом администрации портала. В сообщении обязательно укажите ссылку на данную страницу.


ПОИСК ИНФОРМАЦИИ В БАЗЕ ДАННЫХ


Режим поиска:"и" "или"

Инструкция. Ключевые слова в поле ввода разделяются пробелом или запятой. Регистр не имеет значения.

Режим поиска "и" означает, что будут найдены только те страницы, где встречается каждое из ключевых слов. Например, при запросе "силикатный кирпич" будет найдено словосочетание "силикатный кирпич". При использовании режима "или" результатом поиска будут все страницы, где встречается хотя бы одно ключевое слово ("силикатный" или "кирпич").

В любом режиме знак "+" перед ключевым словом означает, что данное ключевое слово должно присутствовать в найденных файлах. Если вы хотите исключить какое-либо слово из поиска, поставьте перед ним знак "-". Например: "+силикатный -кирпич".

Поиск выдает все данные, где встречается введенное Вами слово. Например, при запросе "кирпич" будут найдены слова "кирпич", "кирпичи" и другие. Восклицательный знак после ключевого слова означает, что будут найдены только слова точно соответствующие запросу "кирпич!".


Строительные составы, смеси и композиции для производства строительных материалов и ведения строительных работ | Специальные строительные составы, смеси и композиции обладающие гидроизолирующими, теплозащитными, звукоизоляционными, антикоррозийными, герметизирующими, радиационно-защитными свойствами и способы их получения | Лакокрасочные, клеевые составы и композиции | Строительные изделия | Новые технологии и способы ведения ремонтно-строительных работ | Окна и двери. Шторы и жалюзи. Фурнитура, гарнитура и комплектующие | Устройство кровли, крыш зданий и сооружений кровельные материалы и изделия. Приспособления и устройства | Бетон. Добавки для бетона, влияющие на его физические и химические свойства | Устройство покрытий полов. Наливные полы. Смеси и композиции | Строительство и ремонт гидротехнических сооружений | Технологии строительства и ремонтно-строительные работы при возведении объектов промышленного и гражданского назначения | Строительная техника и оборудование для производства строительных материалов и ведения строительных работ | Способы производства строительных материалов из древесины и отходов деревообработки


Рейтинг@Mail.ru