RU2435904C2 - Система замораживания грунтов - Google Patents
Система замораживания грунтов Download PDFInfo
- Publication number
- RU2435904C2 RU2435904C2 RU2008106568/03A RU2008106568A RU2435904C2 RU 2435904 C2 RU2435904 C2 RU 2435904C2 RU 2008106568/03 A RU2008106568/03 A RU 2008106568/03A RU 2008106568 A RU2008106568 A RU 2008106568A RU 2435904 C2 RU2435904 C2 RU 2435904C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- freezing
- columns
- soil
- brine
- alloy
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Investigation Of Foundation Soil And Reinforcement Of Foundation Soil By Compacting Or Drainage (AREA)
- Devices That Are Associated With Refrigeration Equipment (AREA)
Abstract
Изобретение относится к холодильной технике, а именно к системам замораживания грунтов при строительстве. Эта проблема достаточно актуальна в связи с ростом строительства на влажных и болотистых почвах. Сущность изобретения: система замораживания грунтов содержит скважины, пробуренные эквидистантно по контуру выработки или котлована. В скважины опущены замораживающие колонки, а в них - питающие трубы, в колонках циркулирует охлажденный на замораживающей станции рассол. Система замораживания грунтов также содержит коллекторы, соединяющие выход замораживающих колонок с замораживающей станцией. В качестве рассола используется раствор соли хлористого кальция. Рассол охлаждается на замораживающих станциях холодильными машинами. Замораживающие колонки выполнены из титано-никелевого сплава с эффектом памяти формы и первоначально имеют трубчатую цилиндрическую форму с продольным гофрированием. Сплаву замораживающих колонок задано фазовое превращение при критической температуре в цилиндрическую форму. Положительный эффект предлагаемого изобретения состоит в повышении надежности и эффективности работы системы замораживания грунта за счет использования деформаций, возникающих в конструкции трубчатой колонки, выполненной из сплава с эффектом памяти формы, при расширении объема льдогрунтового ограждения. Система замораживания грунта отличается от прототипа усовершенствованной конструкцией замораживающей колонки, обеспечивающей увеличение ресурса замораживающих колонок при циклическом изменении температур грунта. 2 ил.
Description
Изобретение относится к холодильной технике, а именно к системам замораживания грунтов при строительстве. Эта проблема достаточно актуальна в связи с ростом строительства на влажных и болотистых почвах.
Замораживание грунтов применяется при возведении фундаментов зданий и сооружений, строительстве шахт, метрополитенов, противофильтрационных завес, плотин, доков, подземных хранилищ, сооружений, препятствующих оползням, и др. [1, 2, 3].
Известны устройства охлаждения, основанные на применении сплава с эффектом памяти формы со значительными экзо- и эндотермическими эффектами в них при охлаждении и нагреве в интервале мартенситных превращений [4, 5].
В качестве прототипа к заявляемому изобретению принята система образования льдогрунтового ограждения [1], позволяющая заморозить влажный грунт для закрепления и достигнуть необходимого уровня водонепроницаемости при строительстве за счет использования замораживающих колонок.
Недостатками прототипа являются низкие эксплуатационные характеристики замораживающих колонок, ввиду возникновения значительных напряжений в конструкции трубчатой колонки при расширении объема грунта вследствие его заморозки и кристаллизации, содержащейся в нем влаги [6], что приводит к уменьшению ресурса замораживающих колонок при циклическом изменении температур, образованию трещин и снижению времени безотказной работы системы.
При этом в строительстве и эксплуатации объектов зачастую возникает потребность в искусственном охлаждении грунта в природном залегании до отрицательных температур в целях их закрепления и достижения необходимой водонепроницаемости с высоким уровнем надежности замораживающих колонок при длительной эксплуатации.
Данная задача может быть решена при помощи системы замораживания грунтов, показанной схематично на фиг.1 и 2, которая содержит скважины 1, пробуренные эквидистантно по контуру выработки или котлована 2. В скважины 1 опущены замораживающие колонки 3, а в них - питающие трубы 4, в колонках циркулирует охлажденный на замораживающей станции 5 рассол. Система замораживания грунтов также содержит коллекторы 6, соединяющие выход замораживающих колонок 3 с замораживающей станцией 5. В качестве рассола используется раствор соли хлористого кальция. Рассол охлаждается на замораживающих станциях 5 холодильными машинами 7. Замораживающие колонки 3 выполнены из титано-никелевого сплава с эффектом памяти формы и первоначально имеют трубчатую цилиндрическую форму с продольным гофрированием (фиг.2). Сплаву замораживающих колонок 3 задано фазовое превращение при критической температуре в цилиндрическую форму.
Для создания льдогрунтового ограждения (фиг.1) по контуру выработки или котлована 2 бурят скважины 1, в которые затем опускают, охлажденные ниже критической температуры, замораживающие колонки 3, а в них - питающие трубы 4. В колонках 3, выполненных в виде труб с продольным гофрированием из сплава с эффектом памяти формы, циркулирует рассол. В процессе непрерывного теплообмена с рассолом грунт, окружающий колонку 3, охлаждается и замерзает, образуя вокруг колонок 3 льдогрунтовые цилиндры. Постепенно цилиндры увеличиваются в диаметре и соединяются между собой, превращаясь в сплошное ограждение. Лед, расширяясь, увеличивает сжимающие напряжения на внешние стенки замораживающих колонок 3 и пластически деформирует их по заданным продольным гофрам. Часть совершаемой льдом работы, по пластической деформации колонки 3, накапливается в сплаве с эффектом памяти формы.
По выходе из замораживающих колонок 3 рассол поступает через коллектор 6 на замораживающую станцию 5, где его снова охлаждают при помощи холодильных машин 7.
При аварийном выключении холодильных машин 7 или воздействии на область котлована 2 значительной тепловой нагрузки, превышающей расчетную, например, по причине прорыва грунтовых вод, льдогрунтовые цилиндры начинают плавиться, замораживающие колонки 3, выполненные из титано-никелевого сплава с эффектом памяти формы и первоначально имеющие трубчатую цилиндрическую форму с продольным гофрированием, нагреваются до достижения критической температуры начала фазового превращения в материале. При этом материал замораживающих колонок 3 претерпевает фазовое превращение и изменяет свою форму, стремясь развернуться в мягком грунте в цилиндр. Нагрев области котлована 2 может осуществляться до температуры, при которой происходит восстановление заданной формы. Для сплава с эффектом памяти формы на основе, например, системы Ni-Ti эта температура устанавливается процентным соотношением никеля и титана в сплаве и может быть выбрана и установлена в зависимости от предполагаемых эксплуатационных температур в диапазоне от - 50°С до 160°С [5, 6].
Восстановление формы замораживающих колонок обеспечивается силой термоупругости сплава. При этом максимальный термический эффект (в данном случае охлаждение) dT=dHП/C определяется энтальпией перехода dHП и теплоемкостью сплава С [5]. Замораживающие колонки при перегреве выше критической температуры охлаждаются, становятся стоком избытка тепловой энергии.
Естественно, что замораживающие колонки в режиме интенсивной терморегуляции (таяния льдогрунтового ограждения) могут работать ограниченное время, поглощая вполне определенное количество тепла. «Емкость» замораживающих колонок, являющихся стоком тепла, пропорциональна массе материала.
Положительный эффект предлагаемого изобретения состоит в повышении надежности и эффективности работы системы замораживания грунта за счет использования деформаций, возникающих в конструкции трубчатой колонки, выполненной из сплава с эффектом памяти формы, при расширении объема льдогрунтового ограждения [6].
Система замораживания грунта отличается от прототипа усовершенствованной конструкцией замораживающей колонки, обеспечивающей увеличение ресурса замораживающих колонок при циклическом изменении температур грунта.
ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ
1. Трупак Н.Г. Замораживание горных пород при проходке стволов. М.,1959.
2. Трупак Н.Г. Замораживание грунтов в строительстве. М., 1970.
3. Дорман Я.А. Искусственное замораживание грунтов при строительстве метрополитенов. М., 1971.
4. Патент РФ №2242844 от 20.12.2004 г.
5. Эффект памяти формы в сплавах: Пер. с англ. Л.М. Бернштейна. / Под ред. В.А. Займовского. - М.: Металлургия, 1979 - 472 с.
6. Цытович Н.А. Механика грунтов. М, Высшая школа, 1979.-272 с.
Claims (1)
- Система замораживания грунтов, содержащая скважины, пробуренные эквидистантно по контуру выработки или котлована, в скважины опущены замораживающие колонки, а в них - питающие трубы, в колонках циркулирует охлажденный на замораживающей станции рассол, коллекторы, соединяющие выход замораживающих колонок с замораживающей станцией, в качестве рассола используется раствор соли хлористого кальция, рассол охлаждается на замораживающих станциях холодильными машинами, отличающаяся тем, что замораживающие колонки выполнены из титано-никелевого сплава с эффектом памяти формы, замораживающие колонки первоначально имеют трубчатую цилиндрическую форму с продольным гофрированием, сплаву замораживающих колонок задано фазовое превращение при критической температуре в цилиндрическую форму.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2008106568/03A RU2435904C2 (ru) | 2008-02-19 | 2008-02-19 | Система замораживания грунтов |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2008106568/03A RU2435904C2 (ru) | 2008-02-19 | 2008-02-19 | Система замораживания грунтов |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2008106568A RU2008106568A (ru) | 2009-08-27 |
| RU2435904C2 true RU2435904C2 (ru) | 2011-12-10 |
Family
ID=41149366
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2008106568/03A RU2435904C2 (ru) | 2008-02-19 | 2008-02-19 | Система замораживания грунтов |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2435904C2 (ru) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2634765C1 (ru) * | 2016-09-16 | 2017-11-03 | Федеральное государственное бюджетное Учреждение науки - Институт мерзлотоведения им.П.И.Мельникова Сибирского отделения Российской академии наук | Система для охлаждения и замораживания грунта |
| RU2665097C1 (ru) * | 2017-03-14 | 2018-08-28 | Федеральное государственное бюджетное Учреждение науки - Институт мерзлотоведения им.П.И.Мельникова Сибирского отделения Российской академии наук | Замораживающая система грунтовой плотины в зоне вечной мерзлоты и плотина с ее применением |
| CN111472344A (zh) * | 2020-04-28 | 2020-07-31 | 中国矿业大学 | 一种提取上部冻结壁内侧冷量用于加强下部冻结的方法 |
| RU2748086C1 (ru) * | 2020-10-07 | 2021-05-19 | Елизавета Сергеевна Шараборова | Способ термостабилизации многолетнемерзлых грунтов |
-
2008
- 2008-02-19 RU RU2008106568/03A patent/RU2435904C2/ru not_active IP Right Cessation
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2634765C1 (ru) * | 2016-09-16 | 2017-11-03 | Федеральное государственное бюджетное Учреждение науки - Институт мерзлотоведения им.П.И.Мельникова Сибирского отделения Российской академии наук | Система для охлаждения и замораживания грунта |
| RU2665097C1 (ru) * | 2017-03-14 | 2018-08-28 | Федеральное государственное бюджетное Учреждение науки - Институт мерзлотоведения им.П.И.Мельникова Сибирского отделения Российской академии наук | Замораживающая система грунтовой плотины в зоне вечной мерзлоты и плотина с ее применением |
| CN111472344A (zh) * | 2020-04-28 | 2020-07-31 | 中国矿业大学 | 一种提取上部冻结壁内侧冷量用于加强下部冻结的方法 |
| RU2748086C1 (ru) * | 2020-10-07 | 2021-05-19 | Елизавета Сергеевна Шараборова | Способ термостабилизации многолетнемерзлых грунтов |
| WO2022075889A1 (ru) * | 2020-10-07 | 2022-04-14 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Пермафрост" | Способ термостабилизации многолетнемерзлых грунтов |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2008106568A (ru) | 2009-08-27 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Alva et al. | An overview of thermal energy storage systems | |
| AU2020302974B2 (en) | Operational protocol for harvesting a thermally productive formation | |
| DE102013006814B4 (de) | Speichersystem und Verfahren zur Speicherung und Verwertung temporärer elektrischer Energieüberschüsse | |
| US4327560A (en) | Earth-embedded, temperature-stabilized heat exchanger | |
| US8931277B2 (en) | System and method for storing energy and purifying fluid | |
| RU2435904C2 (ru) | Система замораживания грунтов | |
| US9709337B2 (en) | Arrangement for storing thermal energy | |
| US20100071366A1 (en) | Methods and Systems for Electric Power Generation Using Geothermal Field Enhancements | |
| JP2011524484A (ja) | 掘削された坑井内から発電するために地熱を獲得するシステム及び方法 | |
| JP7269674B2 (ja) | 地熱発電システム | |
| Velraj | Sensible heat storage for solar heating and cooling systems | |
| CN112376544B (zh) | 一种分段冻结地层的冻结装置及方法 | |
| Dincer et al. | Thermal energy storage methods | |
| Patel et al. | Phase change material with thermal energy storage system and its applications: A systematic review | |
| Anand et al. | Super-long gravity heat pipe for geothermal energy exploitation-A comprehensive review | |
| Sun et al. | Design and cooling performance analysis of the temperature-controlled pile (TCP) in permafrost regions | |
| DE102010032851A1 (de) | Verfahren und Anordnung zum Betrieb eines Erdwärmesondenfeldes | |
| Soni et al. | Performance analysis of phase change slurries for closed-loop geothermal system | |
| Nikolaev et al. | Low-temperature ground freezing methods for underground construction in urban areas | |
| RU51636U1 (ru) | Устройство для компенсации теплового воздействия фундамента строения на грунт вечной мерзлоты | |
| RU170482U1 (ru) | Двухфазный термосифон | |
| JP2000329413A (ja) | 貯熱槽を備えた浅部地中採熱装置。 | |
| Wang et al. | Experimental Study on Charging and Discharging Performance of a Dual-Purpose Underground Thermal Battery | |
| Moiseev et al. | Apparatus for Strengthening Soft Water-Saturated Soils by Freezing under Engineering Objects and Structures in Cold Regions | |
| RU2634765C1 (ru) | Система для охлаждения и замораживания грунта |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20120220 |