RU2575383C1 - Steel pile with built-in seasonal cooling device (versions) - Google Patents
Steel pile with built-in seasonal cooling device (versions) Download PDFInfo
- Publication number
- RU2575383C1 RU2575383C1 RU2015103831/03A RU2015103831A RU2575383C1 RU 2575383 C1 RU2575383 C1 RU 2575383C1 RU 2015103831/03 A RU2015103831/03 A RU 2015103831/03A RU 2015103831 A RU2015103831 A RU 2015103831A RU 2575383 C1 RU2575383 C1 RU 2575383C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- tubular shape
- revolution
- cooling device
- pile
- evaporation
- Prior art date
Links
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 47
- 239000010959 steel Substances 0.000 title claims abstract description 47
- 238000001816 cooling Methods 0.000 title claims abstract description 32
- 230000001932 seasonal Effects 0.000 title claims abstract description 24
- 238000009833 condensation Methods 0.000 claims abstract description 30
- 230000005494 condensation Effects 0.000 claims abstract description 30
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 claims abstract description 30
- 239000003507 refrigerant Substances 0.000 claims description 23
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 9
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 7
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 claims description 6
- 239000000499 gel Substances 0.000 claims description 6
- 239000004020 conductor Substances 0.000 claims description 5
- 239000011810 insulating material Substances 0.000 claims description 2
- 238000010276 construction Methods 0.000 abstract description 13
- 239000000945 filler Substances 0.000 abstract description 13
- 239000007787 solid Substances 0.000 abstract description 5
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 4
- 206010069870 Device damage Diseases 0.000 abstract 1
- 239000002826 coolant Substances 0.000 abstract 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 239000002689 soil Substances 0.000 description 23
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 9
- 239000004794 expanded polystyrene Substances 0.000 description 6
- 238000007710 freezing Methods 0.000 description 5
- 239000004567 concrete Substances 0.000 description 4
- 239000006260 foam Substances 0.000 description 4
- 239000000463 material Substances 0.000 description 4
- 239000011083 cement mortar Substances 0.000 description 3
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 3
- 238000000034 method Methods 0.000 description 3
- 239000011150 reinforced concrete Substances 0.000 description 3
- 238000004642 transportation engineering Methods 0.000 description 3
- 229920005830 Polyurethane Foam Polymers 0.000 description 2
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 2
- 230000003628 erosive Effects 0.000 description 2
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 2
- 239000011381 foam concrete Substances 0.000 description 2
- LYCAIKOWRPUZTN-UHFFFAOYSA-N glycol Chemical compound OCCO LYCAIKOWRPUZTN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- 229920002223 polystyrene Polymers 0.000 description 2
- 239000011496 polyurethane foam Substances 0.000 description 2
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 2
- 239000011343 solid material Substances 0.000 description 2
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 230000001154 acute Effects 0.000 description 1
- 239000004927 clay Substances 0.000 description 1
- 229910052570 clay Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000000875 corresponding Effects 0.000 description 1
- 239000006261 foam material Substances 0.000 description 1
- -1 for example Substances 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory Effects 0.000 description 1
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к области строительства, а именно к конструкциям свай для грунтов, характеризующихся наличием процесса морозного пучения грунта.The invention relates to the field of construction, namely, to designs of piles for soils, characterized by the presence of the process of frost heaving of the soil.
При строительстве фундаментов в многолетнемерзлых грунтах остро стоит вопрос борьбы с сезонными пучениями фундаментов. Решение этой проблемы достигается применением стальных винтовых или гладких свай совместно с сезонными охлаждающими устройствами (СОУ). При этом СОУ устанавливаются в непосредственной близости от несущей стальной сваи. СОУ содержат в своей внутренней полости хладагент, а также зону испарения, транспортную зону и зону конденсации. В расположенной в нижней части СОУ зоне происходит испарение хладагента, сопровождающееся понижением температуры, что вызывает промораживание грунта вокруг нижней части СОУ. После испарения пары хладагента поднимаются по транспортной зоне, находящейся в деятельном слое грунта, в верхнюю часть СОУ, которая находится над поверхностью грунта, где и расположена зона конденсации. В зоне конденсации происходит переход хладагента из газообразного состояния в жидкое, и хладагент в жидкой фазе стекает под действием гравитации в нижнюю часть СОУ. Этот процесс происходит до тех пор, пока отрицательных температур воздуха хватает для конденсации хладагента. При превышении температуры воздуха выше этого значения работа СОУ прекращается. Таким образом, СОУ работают в холодный период года, перенося холод из атмосферы в грунт. В результате в нижней части сваи вокруг зоны испарения СОУ в течение холодного периода года формируется некоторый объем промороженного до значительных минусовых температур грунта, в который вморожена нижняя СОУ и нижняя часть защищаемой им несущей сваи. Для устойчивости фундамента к пучениям отрицательные температуры в этом объеме грунта должны сохраняться в течение всего теплого периода года, вплоть до наступления отрицательных температур, необходимых для начала работы СОУ в следующем холодном сезоне.When building foundations in permafrost soils, the issue of combating seasonal heaving of foundations is an acute issue. The solution to this problem is achieved by the use of steel screw or smooth piles in conjunction with seasonal cooling devices (SOU). In this case, the JMA are installed in the immediate vicinity of the supporting steel piles. SDAs contain refrigerant in their internal cavity, as well as an evaporation zone, a transport zone and a condensation zone. In the zone located in the lower part of the СОУ, the refrigerant evaporates, accompanied by a decrease in temperature, which causes freezing of the soil around the lower part of the СОУ. After evaporation, the refrigerant vapor rises along the transport zone located in the active soil layer to the upper part of the SDA, which is located above the soil surface, where the condensation zone is located. In the condensation zone, the refrigerant transitions from the gaseous state to the liquid state, and the refrigerant in the liquid phase flows off under the influence of gravity to the lower part of the SDA. This process occurs until negative air temperatures are enough to condense the refrigerant. If the air temperature exceeds this value, the operation of the JMA stops. Thus, SDAs work in the cold season, transferring cold from the atmosphere to the ground. As a result, in the lower part of the pile around the evaporation zone of the JMA during the cold period of the year, a certain amount of soil frozen to significant minus temperatures is formed, into which the lower JMA and the lower part of the carrier pile protected by it are frozen. For the foundation to be resistant to heaving, negative temperatures in this soil volume should be maintained throughout the entire warm period of the year, up to the onset of negative temperatures necessary to start the JMA in the next cold season.
В патентной литературе описано достаточно много различных решений по использованию СОУ для свай, монтируемых в многолетнемерзлых грунтах.The patent literature describes a lot of different solutions for the use of SDAs for piles mounted in permafrost soils.
В патент US 3828845 описана опорная конструкция (в частном случае трубчатая свая), нижняя часть которой устанавливается в замороженного грунте, выполненная из хорошо теплопроводящего материала, содержащая охлаждающий элемент в виде тепловой трубы с относительно небольшим количеством рабочей жидкости в нем, нижняя часть указанного элемента устанавливается в полости опорной конструкции, верхняя часть указанного элемента выполнена с возможностью соединения с теплообменником.US Pat. No. 3,828,845 describes a support structure (in the particular case of a tubular pile), the lower part of which is installed in frozen soil, made of well heat-conducting material, containing a cooling element in the form of a heat pipe with a relatively small amount of working fluid in it, the lower part of the specified element is installed in the cavity of the supporting structure, the upper part of the specified element is made with the possibility of connection with the heat exchanger.
В US 4036286 описана опорная конструкция в форме трубчатой оболочки, устанавливаемой в мерзлых грунтах, и сопряженного с ней снаружи трубчатого элемента охлаждающего устройства. Подземная часть оболочки предпочтительно имеет множество ребер для отвода тепла, а трубчатый элемент охлаждающего устройства имеет участок с радиатором, выступающим над грунтом. Рабочая жидкость охлаждающего устройства предпочтительно представляет собой жидкую смесь воды и этиленгликоля.No. 4,036,286 describes a support structure in the form of a tubular casing installed in frozen soils and a cooling device coupled to it from the outside of the tubular element. The underground part of the shell preferably has a plurality of fins for removing heat, and the tubular element of the cooling device has a portion with a radiator protruding above the ground. The working fluid of the cooling device is preferably a liquid mixture of water and ethylene glycol.
Свайная опора по патенту RU 2250302 содержит железобетонный или металлический вертикальный трубчатый ствол с горизонтальной опорной площадкой, расположенной над поверхностью грунта, и охлаждающее устройство в виде двух тепловых труб. Последние имеют одинаковые транспортные зоны и зоны испарения, расположенные внутри трубчатого ствола симметрично относительно его оси, и зоны конденсации. При этом зоны испарения обеих тепловых труб соединены своими нижними частями, а зоны конденсации расположены наклонно над поверхностью грунта под горизонтальной опорной площадкой сваи.The pile support according to the patent RU 2250302 contains a reinforced concrete or metal vertical tubular shaft with a horizontal supporting platform located above the soil surface, and a cooling device in the form of two heat pipes. The latter have the same transport and evaporation zones located inside the tubular barrel symmetrically about its axis, and the condensation zone. In this case, the evaporation zones of both heat pipes are connected by their lower parts, and the condensation zones are located obliquely above the soil surface under the horizontal supporting platform of the pile.
В патенте RU 84404 описана охлаждаемая свайная опора, содержащая частично заглубленный в грунт металлический или железобетонный ствол, снабженный со стороны верхнего торца опорной площадкой, а также охлаждающее устройство сезонного действия и емкость с аккумулирующим холод веществом, данная емкость выполнена из эластичного материала и размещена вне указанного ствола в выполненной в грунте закрытой сверху вертикальной скважине с прилеганием к ее стенкам, а охлаждающее устройство сезонного действия выполнено в виде одной или нескольких размещенных вне указанного трубчатого ствола вертикально ориентированных гравитационных тепловых труб с зонами испарения и конденсации и размещенной между ними транспортной зоной, причем зона испарения каждой из этих тепловых труб находится ниже, а зона конденсации - выше поверхности грунта.RU 84404 describes a cooled pile support containing a metal or reinforced concrete shaft partially buried in the ground, provided with a support platform from the upper end side, as well as a seasonal cooling device and a container with a cold storage substance, this container is made of elastic material and placed outside the specified the trunk in a vertical borehole made in the soil closed on top with a fit to its walls, and the seasonal cooling device is made in the form of one or more zmeschennyh said tubular barrel is vertically aligned with the gravitational heat pipe zones of evaporation and condensation and transport zone located between them, wherein the evaporation zone of each of the heat pipes is lower and the condensation zone - above the ground surface.
Свайная опора по авторскому свидетельству SU 630337 выполнена в виде частично заглубленного в грунт трубчатого ствола, закрытого с обоих торцов, верхний из которых является опорной площадкой. Указанный трубчатый ствол заправлен хладагентом и функционирует как тепловая труба с зонами испарения, транспортной зоной и зоной конденсации, расположенными вдоль трубчатого ствола по его высоте. В заглубленной части трубчатого ствола с зазором относительно внутренней поверхности его стенки размещена емкость с аккумулирующим холод веществом. В качестве аккумулирующего холод вещества использован глинистый грунт.According to the copyright certificate SU 630337, the pile support is made in the form of a tubular trunk partially buried in the ground, closed at both ends, the upper of which is the supporting platform. The specified tubular barrel is charged with refrigerant and functions as a heat pipe with evaporation zones, a transport zone and a condensation zone located along the tubular barrel along its height. In the recessed part of the tubular trunk with a gap relative to the inner surface of its wall, a container with a cold-accumulating substance is placed. Clay soil was used as a cold storage substance.
Конструктивно СОУ представляют собой герметичные трубы малых диаметров, заполненные хладагентом, с размещенным в верхней части радиатором охлаждения. При установке СОУ необходимо обеспечить расположение радиатора охлаждения выше уровня снегового покрова, т.к. в случае нахождения радиатора охлаждения под снегом работа СОУ прекращается.Structurally, SOUs are hermetic pipes of small diameters filled with refrigerant, with a cooling radiator located in the upper part. When installing the SDA, it is necessary to ensure the location of the cooling radiator above the level of snow cover, because if the cooling radiator is located under the snow, the JMA stops.
Подобная конструкция СОУ определяет ряд неудобств, связанных с их монтажом и эксплуатацией. Во-первых, СОУ изготавливаются из труб малых диаметров - от 25 до 33 мм, имея при этом значительную длину - до 12 м. При таком соотношение диаметра и длины СОУ представляет собой очень гибкую конструкцию, что требует осторожного обращения с СОУ при выполнении погрузо-разгрузочных и монтажных работ, в противном случае возможно повреждение СОУ. После монтажа верхняя часть СОУ выступает над поверхностью земли на значительную высоту, что, учитывая малые поперечные размеры СОУ, и, следовательно, их плохую заметность, создает предпосылки для повреждения СОУ машинами и механизмами как в период строительства объектов, так и в период их эксплуатации.This design of the JMA determines a number of inconveniences associated with their installation and operation. Firstly, SDAs are made of pipes of small diameters - from 25 to 33 mm, while having a considerable length - up to 12 m. With this ratio of the diameter and length of the SDAs is a very flexible design, which requires careful handling of the SDAs when loading unloading and installation work, otherwise damage to the JMA is possible. After installation, the upper part of the JMA protrudes above the ground to a considerable height, which, given the small transverse dimensions of the JMA, and therefore their poor visibility, creates the prerequisites for damage to the JMA by machines and mechanisms both during the construction of facilities and during their operation.
Известные решения не могут рассматриваться как отвечающие современным требованиям по возведению свайного фундамента в условиях мерзлых грунтов (конструкции свай либо полые, либо выполнены из монолитного железобетона). Для обеспечения несущей способности свай необходимо предотвращение эрозии вечной мерзлоты. Для решения этой задачи полости свайных фундаментов согласно действующим нормативным документам должны заполняться после их установки цементными растворами. Учитывая специфику строительства в условиях вечной мерзлоты, когда строительство ведется большей частью в зимний период при отрицательных температурах воздуха, проблематично обеспечить выполнение этого типа работ для полых свай. Кроме того, независимо от типа сваи установка СОУ как дополнительного устройства вызывает сложности как в период монтажа, так и в период эксплуатации.Known solutions cannot be considered as meeting modern requirements for the construction of a pile foundation in frozen soils (piles are either hollow or made of monolithic reinforced concrete). To ensure the bearing capacity of piles, it is necessary to prevent erosion of permafrost. To solve this problem, the cavities of the pile foundations according to the current regulatory documents must be filled after installation with cement mortars. Given the specifics of construction in permafrost conditions, when construction is mostly carried out in winter at low air temperatures, it is problematic to ensure the implementation of this type of work for hollow piles. In addition, regardless of the type of pile, the installation of the JMA as an additional device causes difficulties both during installation and during operation.
В настоящее время при строительстве зданий и сооружений в условиях вечной мерзлоты в качестве фундаментов широко используются сваи, выполненные из стальных труб, в том числе винтовые. Так как учитывая специфику строительства в условиях вечной мерзлоты, когда строительство ведется большей частью в зимний период при отрицательных температурах воздуха, то для обеспечения несущей способности свай и предотвращения эрозии вечной мерзлоты был разработан новый тип свай, описанный в патенте RU 89539.Currently, in the construction of buildings and structures in permafrost, piles made of steel pipes, including screw pipes, are widely used as foundations. Since taking into account the specifics of construction in permafrost conditions, when construction is mostly carried out in winter at negative air temperatures, a new type of piles was developed, which is described in patent RU 89539, to ensure the bearing capacity of piles and prevent erosion of permafrost.
В этом патенте с целью решения указанной проблемы предлагается полное заполнение полости свай, выполненных из стальных труб, в том числе винтовых, по всей их высоте любыми пенными наполнителями, например такими как пенобетон, пенополистирол, вспененный пенополистирол, пенополистиролбетон, пенополиуретан, пеноплекс или любые другие аналогичные наполнители. Поскольку внутренняя полость сваи не подвержена никаким механическим нагрузкам, никаких требований к прочности материала-заполнителя не предъявляется. Единственное требование к материалу-заполнителю - низкая теплопроводность, низкое водопоглощение и удельный вес, что и обеспечивают пеноматериалы.In this patent, in order to solve this problem, it is proposed to completely fill the cavity of piles made of steel pipes, including screw pipes, along their entire height with any foamy fillers, for example, foam concrete, expanded polystyrene, expanded polystyrene foam, expanded polystyrene concrete, polyurethane foam, foam or any other similar fillers. Since the internal cavity of the pile is not subject to any mechanical stress, no requirements for the strength of the filler material are imposed. The only requirement for the filler material is low thermal conductivity, low water absorption and specific gravity, which provide foams.
Такая свая представляет собой вытянутое по длине тело вращения типа трубы постоянного или переменного сечения, полость которой заполнена пенным наполнителем, типа пенобетона, или пенополистирола, или вспененного пенополистирола, или пенополистиролбетона, или пенополиуретана, или пеноплекса, или твердым наполнителем из вспененных материалов, при этом полость трубы заполнена наполнителем по всей высоте сваи (принято в качестве прототипа).Such a pile is an elongated body of revolution such as a pipe of constant or variable cross-section, the cavity of which is filled with foam filler, such as foam concrete, or expanded polystyrene, or expanded polystyrene foam, or expanded polystyrene concrete, or polyurethane foam, or foam, or a solid filler made of foam materials, the pipe cavity is filled with filler along the entire height of the pile (adopted as a prototype).
Эта свая по своей конструкции полностью отвечает современным требованиям, предъявляемым в строительству свайных конструкций в условиях промерзающего грунта. Однако такие сваи редко используются при строительстве фундаментов в многолетнемерзлых грунтах с сезонными пучениями фундаментов из-за отсутствия или сложности установки сезонных охлаждающих устройств (СОУ).This pile in its design fully meets the modern requirements for the construction of pile structures in conditions of freezing soil. However, such piles are rarely used in the construction of foundations in permafrost soils with seasonal heaving of foundations due to the absence or difficulty of installing seasonal cooling devices (SDAs).
Настоящее изобретение направлено на достижение технического результата, заключающегося в повышении эксплуатационной долговечности за счет исключения возможности повреждения СОУ и упрощении конструкции стальной сваи без наполнителя и с наполнителем при использовании СОУ без радиатора охлаждения.The present invention is aimed at achieving a technical result, which is to increase operational durability by eliminating the possibility of damage to the JMA and simplifying the design of a steel pile without filler and with filler when using the JMA without a cooling radiator.
Указанный технический результат достигается тем, что свая стальная со встроенным сезонным охлаждающим устройством, представляющая собой вытянутое по длине трубчатой формы тело вращения постоянного или переменного сечения, оснащена сезонным охлаждающим устройством, выполненным в виде заполненной хладагентом стальной трубы диаметром меньшим внутреннего диаметра трубчатой формы тела вращения, при этом указанная стальная труба размещена в полости трубчатой формы тела вращения с плотным примыканием ее частей, относящихся к зонам испарения и конденсации, к внутренней стенке трубчатой формы тела вращения.The technical result is achieved in that a steel pile with a built-in seasonal cooling device, which is a rotational body of constant or variable cross section elongated along the length of the tubular shape, is equipped with a seasonal cooling device made in the form of a steel pipe filled with refrigerant with a diameter smaller than the inner diameter of the tubular shape of the rotation body, while the specified steel pipe is placed in the cavity of the tubular shape of the body of revolution with a tight abutment of its parts related to the zones of evaporation Nia and condensation to form the inner wall of the tubular body of revolution.
Указанный технический результат достигается тем, что свая стальная со встроенным сезонным охлаждающим устройством, представляющая собой вытянутое по длине трубчатой формы тело вращения постоянного или переменного сечения, оснащена сезонным охлаждающим устройством, выполненным в виде заполненной хладагентом стальной трубы диаметром меньшим внутреннего диаметра трубчатой формы тела вращения, при этом указанная стальная труба размещена в полости трубчатой формы тела вращения с плотным примыканием ее частей, относящихся к зонам испарения и конденсации, к внутренней стенке трубчатой формы тела вращения, при этом в зоне испарения и в зоне конденсации стальной трубы трубчатой формы тело вращения заполнено теплопроводящими материалом или жидкостью или гелем или отверждаемыми теплопроводящими составами или их смесями, а на участке между зонами испарения и конденсации трубчатой формы тело вращения выполнено полым.The technical result is achieved in that a steel pile with a built-in seasonal cooling device, which is a rotational body of constant or variable cross section elongated along the length of the tubular shape, is equipped with a seasonal cooling device made in the form of a steel pipe filled with refrigerant with a diameter smaller than the inner diameter of the tubular shape of the rotation body, while the specified steel pipe is placed in the cavity of the tubular shape of the body of revolution with a tight abutment of its parts related to the zones of evaporation condensation to the inner wall of the tubular shape of the body of revolution, while in the evaporation zone and in the condensation zone of the steel pipe of the tubular shape, the body of rotation is filled with heat-conducting material or liquid or gel or curable heat-conducting compounds or mixtures thereof, and in the area between the zones of evaporation and condensation the tubular shape of the body of rotation is made hollow.
Указанный технический результат достигается тем, что свая стальная со встроенным сезонным охлаждающим устройством, представляющая собой вытянутое по длине трубчатой формы тело вращения постоянного или переменного сечения, оснащена сезонным охлаждающим устройством, выполненным в виде заполненной хладагентом стальной трубы диаметром, меньшим внутреннего диаметра трубчатой формы тела вращения, при этом указанная стальная труба размещена в полости трубчатой формы тела вращения с плотным примыканием ее частей, относящихся к зонам испарения и конденсации, к внутренней стенке трубчатой формы тела вращения, при этом в зоне испарения и в зоне конденсации стальной трубы трубчатой формы тело вращения заполнено теплопроводящими материалом или жидкостью, или гелем, или отверждаемыми теплопроводящими составами или их смесями, а на участке между зонами испарения и конденсации трубчатой формы тело вращения заполнено теплоизолирующим материалом.The specified technical result is achieved in that a steel pile with a built-in seasonal cooling device, which is a rotational body of constant or variable cross section elongated along the length of the tubular shape, is equipped with a seasonal cooling device made in the form of a steel pipe filled with refrigerant with a diameter smaller than the inner diameter of the tubular shape of the rotation body while the specified steel pipe is placed in the cavity of the tubular shape of the body of revolution with a tight fit of its parts related to the zones of evaporation and condensation to the inner wall of the tubular shape of the body of revolution, while in the evaporation zone and in the condensation zone of the steel pipe of the tubular shape, the body of revolution is filled with heat-conducting material or liquid, or gel, or curable heat-conducting compounds or mixtures thereof, and in the area between the evaporation zones and tubular condensation, the body of revolution is filled with heat insulating material.
Указанные признаки являются существенными и достаточными для получения требуемого технического результата.These signs are essential and sufficient to obtain the desired technical result.
Изобретение поясняется фиг. 1-6:The invention is illustrated in FIG. 1-6:
фиг. 1 - полая стальная свая со встроенным СОУ, первый вариант исполнения;FIG. 1 - hollow steel pile with integrated SDA, the first embodiment;
фиг. 2 - поперечное сечение сваи по фиг. 1;FIG. 2 is a cross section of the pile of FIG. one;
фиг. 3 - частично заполненная стальная свая со встроенным СОУ, второй вариант исполнения;FIG. 3 - partially filled steel pile with integrated SDA, the second embodiment;
фиг. 4 - поперечное сечение сваи по фиг. 3;FIG. 4 is a cross section of the pile of FIG. 3;
фиг. 5 - заполненная стальная свая с СОУ, третий вариант исполнения;FIG. 5 - filled steel pile with JMA, the third embodiment;
фиг. 6 - поперечное сечение сваи по фиг. 5.FIG. 6 is a cross section of the pile of FIG. 5.
Предлагается конструкция гладкой или винтовой стальной сваи для многолетнемерзлых грунтов с вмонтированным внутрь сваи СОУ. Размещение СОУ внутри несущей стальной сваи обеспечивает его защиту при транспортировке и выполнении погрузо-разгрузочных и монтажных работ, а также исключает повреждение СОУ в результате наезда транспортных средств и строительных механизмов. Кроме этого, упрощается конструкция самого СОУ, т.к. при размещение СОУ внутри стальной сваи исключается необходимость в радиаторе охлаждения в силу того, что находящаяся над землей верхняя часть стальной сваи обладает достаточно большой теплоемкостью, достаточной для конденсации хладагента в холодное время года. Кроме этого, как правило, стальная свая через фланец соединяется с некоторой стальной строительной конструкцией, которая дополнительно увеличивают отвод тепла от верхней части сваи в холодный период. Таким образом, СОУ, предназначенный для монтажа внутрь стальной сваи, может выполняться без радиатора и представлять из себя обычную стальную трубу малого диаметра, заполненную хладагентом. Исполнение СОУ без радиатора снизит его стоимость и исключит затраты на транспортировку и монтаж СОУ на объекте строительства.The design of smooth or screw steel piles for permafrost soils with SOU mounted inside the piles is proposed. The placement of the JMA inside the supporting steel pile provides its protection during transportation and loading and unloading and installation works, and also eliminates damage to the JMA as a result of collision with vehicles and construction mechanisms. In addition, the design of the JMA itself is simplified, as when placing the СОУ inside the steel pile, the need for a cooling radiator is eliminated due to the fact that the upper part of the steel pile located above the ground has a sufficiently large heat capacity sufficient to condense the refrigerant in the cold season. In addition, as a rule, a steel pile is connected through a flange to some steel building structure, which additionally increases the heat removal from the upper part of the pile in the cold period. Thus, the JMA, designed for installation inside a steel pile, can be performed without a radiator and can be an ordinary steel pipe of small diameter filled with refrigerant. Execution of the JMA without a radiator will reduce its cost and eliminate the cost of transportation and installation of the JMA at the construction site.
По первому варианту исполнения (фиг. 1 и 2) свая стальная (гладкая или с винтовая) представляет собой вытянутое по длине трубчатой формы тело 1 вращения постоянного или переменного сечения. Свая оснащена сезонным охлаждающим устройством, выполненным в виде заполненной хладагентом стальной трубы 2 диаметром меньшим внутреннего диаметра трубчатой формы тела вращения. Указанная стальная труба 2 размещена в полости трубчатой формы тела вращения с плотным примыканием ее частей, относящихся к зонам испарения 3 и конденсации 4, к внутренней стенке трубчатой формы тела вращения.According to the first embodiment (Figs. 1 and 2), the steel pile (smooth or screw) is a body of
СОУ в своих нижней и верхней частях, соответствующих зонам испарения и конденсации, фиксируется внутри сваи любым способом, обеспечивающим его плотное прилегание к стенке сваи с тем, чтобы была обеспечена теплопередача между телом СОУ и стенкой сваи. Стальная свая при этом может выполняться полой.The JMA in its lower and upper parts, corresponding to the zones of evaporation and condensation, is fixed inside the pile in any way that ensures its tight fit to the pile wall so that heat transfer between the body of the JMA and the pile wall is ensured. The steel pile can be hollow.
По второму варианту исполнения (фиг. 3 и 4), повторяющему конструкцию сваи по первому исполнения, свая выполняется частично заполненной. Частично заполненная свая в зоне испарения 3 и в зоне конденсации 4 СОУ заполняется любыми фрагментированными или порошковыми теплопроводящими твердыми материалами 5, или незамерзающими теплопроводящими жидкостями, или гелями, или отверждаемыми теплопроводящими составами или их смесями (например, бетоном или цементным раствором, в т.ч. с наполнителями, повышающими их теплопроводность), а в транспортной зоне 6 СОУ свая выполняется полой.According to the second embodiment (Fig. 3 and 4), repeating the design of the piles according to the first execution, the pile is partially filled. A partially filled pile in the
Полностью заполненная свая (фиг. 5 и 6, третий вариант исполнения) для повышения теплопередачи, а следовательно, и эффективности работы СОУ, в зоне испарения и в зоне конденсации СОУ заполняется любыми фрагментированными или порошковыми теплопроводящими твердыми материалами 5, или незамерзающими теплопроводящими жидкостями, или гелями, или отверждаемыми теплопроводящими составами или их смесями (например, бетоном или цементным раствором, в т.ч. с наполнителями, повышающими их теплопроводность), а в транспортной зоне СОУ - любыми теплоизолирующими материалами 7.A completely filled pile (Figs. 5 and 6, the third embodiment) to increase the heat transfer, and therefore the efficiency of the JMA, in the evaporation zone and in the condensation zone, the JMA is filled with any fragmented or powder heat-conducting
Для контроля температуры в нижней части сваи может быть вмонтирован температурный датчик, провода от которого выведены в верхнюю часть сваи для подключения измерительных устройств.To control the temperature, a temperature sensor can be mounted in the lower part of the pile, the wires from which are output to the upper part of the pile for connecting measuring devices.
СОУ содержит в своей внутренней полости хладагент, а также зону испарения, транспортную зону и зону конденсации. В расположенной в нижней части СОУ зоне происходит испарение хладагента, сопровождающееся понижением температуры, что вызывает промораживание грунта вокруг нижней части СОУ. После испарения пары хладагента поднимаются по транспортной зоне, находящейся в деятельном слое грунта, в верхнюю часть СОУ, которая находится над поверхностью грунта, где и расположена зона конденсации. В зоне конденсации происходит переход хладагента из газообразного состояния в жидкое, и хладагент в жидкой фазе стекает под действием гравитации в нижнюю часть СОУ. Этот процесс происходит до тех пор, пока отрицательных температур воздуха хватает для конденсации хладагента. Таким образом, СОУ работают в холодный период года, перенося холод из атмосферы в грунт. В результате в нижней части сваи вокруг зоны испарения СОУ в течение холодного периода года формируется некоторый объем промороженного до значительных минусовых температур грунта, в который вморожена нижняя СОУ и нижняя часть защищаемой им несущей сваи.The SDA contains refrigerant in its internal cavity, as well as an evaporation zone, a transport zone and a condensation zone. In the zone located in the lower part of the СОУ, the refrigerant evaporates, accompanied by a decrease in temperature, which causes freezing of the soil around the lower part of the СОУ. After evaporation, the refrigerant vapor rises along the transport zone located in the active soil layer to the upper part of the SDA, which is located above the soil surface, where the condensation zone is located. In the condensation zone, the refrigerant transitions from the gaseous state to the liquid state, and the refrigerant in the liquid phase flows off under the influence of gravity to the lower part of the SDA. This process occurs until negative air temperatures are enough to condense the refrigerant. Thus, SDAs work in the cold season, transferring cold from the atmosphere to the ground. As a result, in the lower part of the pile around the evaporation zone of the JMA during the cold period of the year, a certain amount of soil frozen to significant minus temperatures is formed, into which the lower JMA and the lower part of the carrier pile protected by it are frozen.
Claims (3)
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2575383C1 true RU2575383C1 (en) | 2016-02-20 |
Family
ID=
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2653193C1 (en) * | 2017-06-29 | 2018-05-07 | Сергей Владимирович Моденов | Method of the pile foundation arrangement in the permafrost soil |
| RU2712976C1 (en) * | 2019-04-17 | 2020-02-03 | Общество с ограниченной ответственностью "Стройоценка" | Combined method of arrangement of pile foundations in permafrost soils |
| RU2783457C1 (en) * | 2022-06-30 | 2022-11-14 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский горный университет" | Cooled pile foundation |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3828845A (en) * | 1971-08-25 | 1974-08-13 | Mc Donnell Douglas Corp | Permafrost structural support with internal heat pipe means |
| DE3112291A1 (en) * | 1981-03-27 | 1982-10-07 | Linde Ag, 6200 Wiesbaden | Soil-freezing arrangement |
| RU2250302C1 (en) * | 2003-07-24 | 2005-04-20 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-производственное объединение прикладной механики им. акад. М.Ф. Решетнева" | Heated pile |
| RU89539U1 (en) * | 2009-08-06 | 2009-12-10 | Юрий Робертович Гунгер | PILING (OPTIONS) |
| RU120111U1 (en) * | 2011-11-18 | 2012-09-10 | Учреждение Российской академии наук Институт мерзлотоведения им. П.И. Мельникова Сибирского отделения Российской академии наук | DEVICE FOR COOLING PERMANENTLY FROZEN SOILS |
| RU2531155C1 (en) * | 2013-04-16 | 2014-10-20 | Лев Ефимович Герцман | Structure foundation |
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3828845A (en) * | 1971-08-25 | 1974-08-13 | Mc Donnell Douglas Corp | Permafrost structural support with internal heat pipe means |
| DE3112291A1 (en) * | 1981-03-27 | 1982-10-07 | Linde Ag, 6200 Wiesbaden | Soil-freezing arrangement |
| RU2250302C1 (en) * | 2003-07-24 | 2005-04-20 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-производственное объединение прикладной механики им. акад. М.Ф. Решетнева" | Heated pile |
| RU89539U1 (en) * | 2009-08-06 | 2009-12-10 | Юрий Робертович Гунгер | PILING (OPTIONS) |
| RU120111U1 (en) * | 2011-11-18 | 2012-09-10 | Учреждение Российской академии наук Институт мерзлотоведения им. П.И. Мельникова Сибирского отделения Российской академии наук | DEVICE FOR COOLING PERMANENTLY FROZEN SOILS |
| RU2531155C1 (en) * | 2013-04-16 | 2014-10-20 | Лев Ефимович Герцман | Structure foundation |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2653193C1 (en) * | 2017-06-29 | 2018-05-07 | Сергей Владимирович Моденов | Method of the pile foundation arrangement in the permafrost soil |
| RU2712976C1 (en) * | 2019-04-17 | 2020-02-03 | Общество с ограниченной ответственностью "Стройоценка" | Combined method of arrangement of pile foundations in permafrost soils |
| RU215582U1 (en) * | 2021-07-07 | 2022-12-19 | Общество с ограниченной ответственностью "НК "Роснефть" - Научно-Технический Центр" | THERMOSTABILIZING GROUND REPERATOR |
| RU215428U1 (en) * | 2022-06-14 | 2022-12-13 | Ия Владимировна Местникова | Combined pile with heat stabilizer |
| RU2783457C1 (en) * | 2022-06-30 | 2022-11-14 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский горный университет" | Cooled pile foundation |
| RU2818341C1 (en) * | 2023-08-17 | 2024-05-02 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Омский государственный технический университет" | Method of construction and installation of piles in permafrost zones using heat stabilization couplings |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US3788389A (en) | Permafrost structural support with heat pipe stabilization | |
| US10527319B2 (en) | Geothermal heat exchange system and construction method thereof | |
| JP5302746B2 (en) | Hollow tube and tunnel construction method using the same | |
| US3840068A (en) | Permafrost structural support with heat pipe stabilization | |
| FI81437C (en) | Method for reducing stress in an underground refrigerated gas pipeline and a refrigerated gas pipeline | |
| US3935900A (en) | Permafrost structural support with integral heat pipe means | |
| US3135097A (en) | Insulated foundation | |
| RU2575383C1 (en) | Steel pile with built-in seasonal cooling device (versions) | |
| RU2575381C1 (en) | Steel filled pile with built-in seasonal cooling device (versions) | |
| RU2384671C1 (en) | Pile support for structures erected on permanently frozen soil | |
| JP2004324913A (en) | In-situ concrete pile and geothermy utilizing method using the same | |
| RU143963U1 (en) | COOLED FACILITY BASE | |
| RU2157872C2 (en) | Mechanical design of cooled fill footing of structures and method for temperature control of permafrost soils | |
| RU2384672C1 (en) | Cooled pile support for structures erected on permanently frozen soil | |
| RU141110U1 (en) | SYSTEM OF TEMPERATURE STABILIZATION OF SOILS OF BASES OF BUILDINGS AND STRUCTURES | |
| JPS5953994B2 (en) | Underground tank construction method | |
| RU2250302C1 (en) | Heated pile | |
| RU2470114C2 (en) | Thermopile for bridge supports | |
| RU83779U1 (en) | COOLED FACILITY BASE | |
| RU2591272C1 (en) | Method for installation of light cooling devices for temperature stabilization of permanently frozen grounds | |
| RU155180U1 (en) | CONSTRUCTION FOR THERMOSTATING SOILS UNDER BUILDINGS AND CONSTRUCTIONS | |
| RU139080U1 (en) | THERMOSEAM FOR CONSTRUCTIONS CONSTRUCTED ON PERMANENTLY FROZEN SOILS (OPTIONS) | |
| CN102021914A (en) | Thermal probe structure of bridge pile foundation | |
| RU101479U1 (en) | CELLAR GLACIER | |
| RU83516U1 (en) | PILED BRACKET |