RU2552253C1

RU2552253C1 - Method of arrangement of foundation slab on piles for low-temperature product tank

Info

Publication number: RU2552253C1
Application number: RU2013152417/03A
Authority: RU
Inventors: Роберт Мияссарович Хафизов
Original assignee: Роберт Мияссарович Хафизов
Priority date: 2013-11-27
Filing date: 2013-11-27
Publication date: 2015-06-10

Abstract

FIELD: construction.

SUBSTANCE: method of arrangement of the low-temperature product tank foundation in weak permafrost soil supported by the pile field cooled by additional freezing of the permafrost soil massif differs in that an additional freezing of the permafrost soil massif with piles is performed by depth thermoelements using the method of forced adjustable supply of coolant with pre-set temperature into them from the external source of its cooling through girdled distributive lines, and for freezing of the soil base under the slab during storage of the product its own negative temperature is used. After certain time interval when the range of frost penetration in the soil base from the low-temperature product in the tank achieves the design temperatures, the additional forced freezing by the deep thermoelements is stopped partially or completely.

EFFECT: improvement of reliability of the foundation slab, increase of profitability of works at operation of foundation slabs in ductile and frozen and salted permafrost soil.

3 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к строительству, области сооружения оснований и фундаментов резервуаров в вечномерзлых грунтах.The invention relates to the construction, the field of construction of the bases and foundations of tanks in permafrost soils.

Прочность пластично-мерзлых и засоленных грунтов иногда недостаточна, чтобы выдержать давление от плитных фундаментов надземных сооружений.The strength of plastic-frozen and saline soils is sometimes insufficient to withstand pressure from the slab foundations of elevated structures.

В этих случаях плиты опирают на свайные поля из большого количества мощных длинных свай. Метод усиления плитных фундаментов свайными полями из большого количества свай, расположенных под фундаментами, изложен в СП 50-102-2003, М.,2004, с. 30-31. Грунтовое основание, усиленное сваями, иногда дополнительно охлаждают через отдельно стоящие трубки с охлаждающим газом (СОГ), но только в зимнее время. При положительных температурах наружного воздуха охлаждение вынужденно прекращается. Предельная глубина охлаждения грунта СОГ невелика и не превышает 12 м. При этом интенсивность охлаждения невелика и с глубиной уменьшается до нуля. Направленное регулирование интенсивности охлаждения СОГ невозможно.In these cases, the plates rest on pile fields of a large number of powerful long piles. The method of strengthening slab foundations with pile fields from a large number of piles located under the foundations is described in SP 50-102-2003, M., 2004, p. 30-31. The soil base reinforced with piles is sometimes additionally cooled through separate tubes with cooling gas (SOG), but only in winter. At positive outside temperatures, cooling is forced to stop. The maximum depth of soil cooling of SOG is small and does not exceed 12 m. At the same time, the cooling intensity is small and decreases to zero with depth. Directional regulation of the intensity of cooling of the SOG is impossible.

Недостатком этого способа является невозможность осуществить промораживание слабого вечномерзлого грунтового основания на большую глубину, соответствующую расчетной глубине погружения свай в условиях Крайнего Севера и высокая себестоимость работ.The disadvantage of this method is the inability to freeze a weak permafrost soil base to a large depth corresponding to the estimated depth of immersion of piles in the Far North and the high cost of work.

Он не учитывает также возможности полного прекращения дополнительного охлаждения грунтового снования через определенной время, когда требуемая низкая температура основания будет поддерживаться за счет образования ореола промерзания от воздействия низкотемпературного продукта в резервуаре.It also does not take into account the possibility of complete cessation of additional cooling of the soil warp after a certain time, when the required low temperature of the base will be maintained due to the formation of a freezing halo from exposure to a low-temperature product in the tank.

Не учитывается также возможность уменьшения глубины погружения свай за счет значительного понижения температуры слабого вечномерзлого грунта при принудительном охлаждении.It also does not take into account the possibility of reducing the depth of immersion of piles due to a significant decrease in the temperature of weak permafrost soil during forced cooling.

Целью изобретения является:The aim of the invention is:

- повышение экономичности работ при эксплуатации плитных фундаментов в пластичномерзлых и засоленных (слабых) вечномерзлых грунтах;- increase the efficiency of operations in the operation of slab foundations in plastic frozen and saline (weak) permafrost soils;

- повышение надежности плитного фундамента резервуара.- improving the reliability of the slab foundation of the tank.

Цель достигается тем, что плитный фундамент резервуара с низкотемпературным продуктом в слабом вечномерзлом грунте, опирающийся на свайное поле, охлаждают дополнительным промораживанием массива вечномерзлого грунта глубинными термоэлементами методом принудительной регулируемой подачи в них хладагента заданной температуры от внешнего источника его охлаждения по закольцованным распределительным магистралям, а для замораживания грунтового основания под плитой дополнительно используют собственную отрицательную температуру охлажденного продукта, при этом через определенное время, когда ореол промерзания грунтового основания от воздействия низкотемпературного продукта в резервуаре достигнет расчетных температур, дополнительное принудительное промораживание глубинными термоэлементами прекращают.The goal is achieved by the fact that the slab foundation of a reservoir with a low-temperature product in weak permafrost, supported by a pile field, is cooled by additional freezing of the permafrost mass using deep thermocouples by the method of forced controlled supply of refrigerant to them at a given temperature from an external cooling source through looped distribution lines, and for freezing the soil base under the stove additionally use its own negative temperature cooling product, in this case, after a certain time, when the halo of freezing of the soil base from the influence of a low-temperature product in the tank reaches the calculated temperature, additional forced freezing by deep thermocouples is stopped.

Цель также достигается тем, что глубинные термоэлементы изготавливают в форме петель, устанавливаемых в предварительно пробуренные скважины и соединенных с магистралью, при этом скважины и траншеи после установки глубинных термоэлементов и магистралей засыпают, а дополнительное промораживание термоэлементами производят на глубину ниже подошвы свай на 6 диаметров свай.The goal is also achieved by the fact that deep thermocouples are made in the form of loops installed in pre-drilled wells and connected to the pipeline, while wells and trenches are filled up after installation of deep thermocouples and pipelines, and additional freezing by thermocouples is carried out to a depth below the pile sole by 6 pile diameters .

Цель также достигается тем, что глубинные термоэлементы для охлаждения свайного поля разделяют на сектора, объединенные отдельными закольцованными распределительным магистралями, в которые, при необходимости усиления отдельных участков свайного основания, подается хладагент с более низкой температурой, чем в остальных секторах.The goal is also achieved by the fact that deep thermoelements for cooling the pile field are divided into sectors, united by separate looped distribution lines, into which, if necessary, to strengthen individual sections of the pile base, refrigerant with a lower temperature is supplied than in other sectors.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемый способ отличается всей совокупностью изложенных признаков. Это позволяет сделать вывод о соответствии признаку ″новизна″.Comparative analysis with the prototype shows that the inventive method is distinguished by the totality of the above features. This allows us to conclude that the sign of ″ novelty ″.

Сравнение не только с прототипом, но и с другими техническими решениями в данной области техники не позволило выявить в них признаки, отличающие заявляемый способ от прототипа, что позволяет сделать вывод о соответствии критерию ″существенные отличия″.Comparison not only with the prototype, but also with other technical solutions in the art did not allow them to identify signs that distinguish the claimed method from the prototype, which allows us to conclude that the criterion ″ significant differences ″.

На фиг.1 изображены плитный фундамент на слабом вечномерзлом грунте по предлагаемому способу, опирающийся на свайное поле, и проточные термоэлементы для принудительного охлаждения слабого грунта.Figure 1 shows the slab foundation on a weak permafrost soil according to the proposed method, based on a pile field, and flowing thermocouples for forced cooling of weak soil.

Надземный резервуар 1 с низкотемпературным продуктом установлен на плитном фундаменте 2, который через свайное поле из свай 5 опирается на слабый вечномерзлый пластично-мерзлый или сильнозасоленный грунт 4 (фиг.1a). Между нижней поверхностью плиты 2 и грунтовой поверхностью 3 имеется воздушное пространство для вентиляции и охлаждения поверхности 1 грунта в зимний период.An elevated reservoir 1 with a low-temperature product is installed on a slab foundation 2, which, through a pile field from piles 5, rests on a weak permafrost, plastic-frozen or highly saline soil 4 (Fig. 1a). Between the bottom surface of the plate 2 and the soil surface 3 there is air space for ventilation and cooling of the soil surface 1 in the winter.

Температура вечномерзлого грунтового основания в процессе погружения свай значительно повышается. Это приводит к уменьшению несущей способности основания. Обычно после погружения свай грунт дополнительно охлаждают через отдельно стоящие трубки с охлаждающим газом (СОГ), но только в зимнее время. Как было показано выше, это длительный и малопроизводительный процесс, может продолжаться от нескольких месяцев до нескольких лет, а для длинных свай просто невозможен.The temperature of the permafrost soil during the piling process rises significantly. This leads to a decrease in the bearing capacity of the base. Usually, after diving the piles, the soil is additionally cooled through separate tubes with cooling gas (SOG), but only in winter. As shown above, this is a long and inefficient process, it can last from several months to several years, and for long piles it is simply impossible.

Предлагается промораживание массива вечномерзлого грунта 4 осуществлять методом принудительной регулируемой подачи хладагента 8 заданной температуры от источника его охлаждения (фиг.1а, 1b). Для этого необходимо использовать термоэлементы 6, соединенные с закольцованными распределительными магистралями 7. Постоянная бесперебойная подача хладагента позволяет ускорить процесс охлаждения грунта 4 в свайном поле из свай 5. В итоге вокруг свай получают грунтовый массив с заданной температурой и прогнозируемой расчетной прочностью.It is proposed to freeze the permafrost mass 4 by the method of forced controlled supply of refrigerant 8 of a given temperature from its cooling source (figa, 1b). For this, it is necessary to use thermocouples 6 connected to the looped distribution lines 7. A constant uninterrupted supply of refrigerant allows to accelerate the process of cooling the soil 4 in a pile field from piles 5. As a result, a soil mass with a given temperature and predicted design strength is obtained around the piles.

После принудительного промораживания грунтового основания в резервуар заливают продукт с отрицательной температурой (например, сжиженный природный газ с температурой минус 160°С). В течение длительного многолетнего срока эксплуатации резервуара, благодаря теплообмену, этот продукт будет дополнительно охлаждать грунтовое основание свайного поля. При этом через определенное время, когда ореол промерзания 10 основания от воздействия низкотемпературного продукта в резервуаре достигнет достаточно низких температур, значения которых определяют теплотехническим расчетом, дополнительное принудительное промораживание глубинными термоэлементами частично, а затем и полностью, прекращают (фиг.1а).After forced freezing of the soil base, a product with a negative temperature is poured into the tank (for example, liquefied natural gas with a temperature of minus 160 ° C). Over the long multi-year life of the tank, thanks to heat transfer, this product will additionally cool the soil base of the pile field. At the same time, after a certain time, when the halo of freezing 10 of the base from the influence of a low-temperature product in the tank reaches sufficiently low temperatures, the values of which are determined by heat engineering calculation, additional forced freezing with deep thermocouples partially, and then completely, is stopped (figa).

Глубинные охладители 6 (фиг.1а) изготавливают из труб небольшого диаметра в форме петель (фиг.1b), устанавливают ниже слоя сезонного оттаивания грунта 11 в предварительно пробуренные скважины 9 и соединяют с закольцованной магистралью 7, при этом скважины и траншеи после установки глубинных охладителей и магистралей засыпают вынутым ранее грунтом. В целях обеспечения несущей способности свай нижний конец термоэлементов должен быть ниже подошвы свай на 6 диаметров свай. То есть должно соблюдаться условие (L₃-L₂>6D_S), где D_S - диаметр сваи (фиг.1а).Depth coolers 6 (Fig. 1a) are made of pipes of small diameter in the form of loops (Fig. 1b), are installed below the layer of seasonal thawing of soil 11 in pre-drilled wells 9 and connected to the looped line 7, while wells and trenches after installation of deep coolers and highways are covered with previously excavated soil. In order to ensure the load-bearing capacity of the piles, the lower end of the thermocouples should be 6 piles below the bottom of the piles. That is, the condition (L ₃ -L ₂ > 6D _S ) must be met, where D _S is the diameter of the pile (figa).

Хладоноситель поступает из охлаждающей установки (например, из агрегатов для сжижения газа), проходит по магистралям через охлаждаемые термоэлементы 6 и возвращается к охлаждающей установке для повторного цикла охлаждения. Теплотехническим расчетом определяется оптимальная длина магистрали.The coolant comes from the cooling unit (for example, from gas liquefaction units), passes through the pipelines through the cooled thermocouples 6 and returns to the cooling unit for a repeated cooling cycle. Thermotechnical calculation determines the optimal length of the line.

Щеленарезными машинами устраивают узкие траншеи глубиной 1,0-2,0 м. В них прокладывают магистрали из транспортирующих теплоизолированных оцинкованных трубок и засыпают вынутым грунтом (фиг.1а). Магистрали оборудуют задвижками и приборами наблюдений и автоматического регулирования температуры замороженного грунта.Narrow trenches arrange narrow trenches with a depth of 1.0–2.0 m using slot machines. They route pipes from transporting heat-insulated galvanized pipes and fill them with excavated soil (Fig. 1a). Highways are equipped with valves and instruments for observation and automatic temperature control of frozen soil.

При контрольном нагружении резервуара могут возникнуть просадки отдельных участков свайного поля, вызванные неправильной технологией погружения или попаданием отдельных свай в грунтовые рассолы или локальные слабые грунты, не выявленные в процессе инженерно-геологических изысканий. Для этих случаев предлагается глубинные термоэлементы для охлаждения свайного поля разделить на секторы. Каждое из них объединяют автономными закольцованными распределительным магистралями, в которые, при необходимости усиления отдельных участков свайного основания, подается хладагент с более низкой температурой. Более низкая температура увеличит прочность основания в отдельном секторе. Местное укрепление слабых секторов свайного поля необходимо производить при первых же признаках просадки фундаментной плиты в процессе испытаний.During the control loading of the reservoir, subsidence of individual sections of the pile field may occur due to improper immersion technology or the ingress of individual piles into soil brines or local weak soils that were not identified in the process of engineering and geological surveys. For these cases, it is proposed to divide thermoelements for cooling the pile field into sectors. Each of them is combined with self-contained looped distribution lines, into which, if necessary, to strengthen individual sections of the pile foundation, refrigerant with a lower temperature is supplied. Lower temperatures will increase the strength of the substrate in a particular sector. Local strengthening of weak sectors of the pile field should be done at the first sign of subsidence of the foundation slab during testing.

Claims

1. The method of arranging the slab foundation of a reservoir with a low-temperature product in a weak permafrost soil, supported by a pile field, cooled by additional freezing of the permafrost mass, characterized in that additional freezing of the permafrost mass with piles is carried out by deep thermocouples by the method of forced controlled supply of refrigerant temperature to them from an external source of its cooling along the ring distribution lines, and for frozen I subgrade under the slab in the product during storage use its own negative temperature, wherein after a certain time, when freezing halo subgrade from exposure to the low temperature of the product in the tank reaches the design temperature, additional forced deep freezing thermocouples partially or completely stopped.

2. The method of constructing the slab foundation of the tank according to claim 1, characterized in that the deep thermocouples are made in the form of loops installed in pre-drilled wells and connected to the main, while the wells and trenches are filled up after installing the deep thermocouples and mains, and additional freezing with thermocouples produce to a depth below the bottom of the piles for 6 diameters of piles.

3. A method for constructing a slab foundation of a tank according to claim 1, characterized in that the deep thermoelements for cooling the pile field are divided into sectors united by separate looped distribution lines, into which, if necessary, to strengthen individual sections of the pile base, a refrigerant with a lower temperature is supplied, than in other sectors.