RU2602538C1 - Method for reduction of action of forces of frost boil and increasing stability of pile foundations in permafrost zone - Google Patents
Method for reduction of action of forces of frost boil and increasing stability of pile foundations in permafrost zone Download PDFInfo
- Publication number
- RU2602538C1 RU2602538C1 RU2015137662/03A RU2015137662A RU2602538C1 RU 2602538 C1 RU2602538 C1 RU 2602538C1 RU 2015137662/03 A RU2015137662/03 A RU 2015137662/03A RU 2015137662 A RU2015137662 A RU 2015137662A RU 2602538 C1 RU2602538 C1 RU 2602538C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- permafrost
- hydrogeological
- freezing
- frost
- soil
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
- E02D—FOUNDATIONS; EXCAVATIONS; EMBANKMENTS; UNDERGROUND OR UNDERWATER STRUCTURES
- E02D27/00—Foundations as substructures
- E02D27/32—Foundations for special purposes
- E02D27/35—Foundations formed in frozen ground, e.g. in permafrost soil
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Mining & Mineral Resources (AREA)
- Paleontology (AREA)
- Civil Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Structural Engineering (AREA)
- Investigation Of Foundation Soil And Reinforcement Of Foundation Soil By Compacting Or Drainage (AREA)
- Piles And Underground Anchors (AREA)
- Foundations (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к проектированию, строительству и эксплуатации сооружений в условиях криолитозоны, а именно к защите зданий и сооружений от морозного пучения в сезоннопромерзающих пучинистых грунтах. Определяющее влияние на несущую способность свайного фундамента в криолитозоне по отношению к силам морозного пучения, возникающим при кристаллизации надмерзлотных вод сезонно-талого слоя, оказывает величина сил и скорости смерзания свай с грунтом, толщина промерзающего сезонно-талого слоя и степень его водонасыщения, динамика прохождения фронта промерзания вглубь грунтового массива.The invention relates to the design, construction and operation of structures in the permafrost zone, and in particular to the protection of buildings and structures from frost heaving in seasonally freezing heaving soils. The decisive influence on the bearing capacity of the pile foundation in the permafrost zone with respect to the frost heaving forces arising from the crystallization of permafrost waters of the seasonal thawed layer is exerted by the magnitude of the forces and rates of freezing of piles with soil, the thickness of the freezing seasonal thawed layer and the degree of water saturation, the dynamics of the front passage freezing deep into the soil mass.
Известен способ, повышающий устойчивость свайного фундамента, заключающийся в увеличении глубины заложения фундамента при новом строительстве. Это позволяет обеспечить превышение сил, удерживающих сваю в грунте основания, над касательными силами морозного пучения, возникающими в сезонно-талом или сезонно-мерзлом слое (Строительные нормы и правила. Основания и фундаменты на вечномерзлых грунтах. СНиП 2.02.04-88, М., Госстрой СССР, 1990, с. 1).There is a method that increases the stability of the pile foundation, which consists in increasing the depth of the foundation during new construction. This allows you to ensure that the forces that keep the pile in the soil of the foundation exceed the tangential forces of frost heaving that arise in the seasonally thawed or seasonally frozen layer (Building norms and rules. Foundations and foundations on permafrost soils. SNiP 2.02.04-88, M. , Gosstroy of the USSR, 1990, p. 1).
Недостатками способа является то, что при строительстве фундамента сваи погружают на большую глубину для того, чтобы их повышенная несущая способность могла компенсировать силы морозного пучения, воздействующие на них. Для эксплуатируемых объектов увеличение глубин заложения фундаментов практически невозможно и экономически не выгодно, поэтому при ошибках проектирования или растепления мерзлоты возникают серьезные проблемы с обеспечением надежности эксплуатации зданий и сооружений. Кроме того, возникающие бугры пучения могут оказать влияние не только на фундамент, но и непосредственно на сооружение, возведенное на нем.The disadvantages of the method is that during the construction of the foundation piles are immersed to a great depth so that their increased bearing capacity can compensate for the frost heaving forces acting on them. For operating facilities, increasing the depths of the foundations is practically impossible and not economically profitable, therefore, with design errors or permafrost thawing, serious problems arise with ensuring the reliable operation of buildings and structures. In addition, arising hillocks of heaving can affect not only the foundation, but also directly on the structure erected on it.
Известен способ снижения воздействия касательных сил морозного пучения на свайный фундамент, в котором применяются специальные конструкции типа "труба в трубе" с межтрубным заполнителем в виде смазки и различные противопучинные обмазки поверхности верхнего конца сваи («Проектирование объектов промышленного и гражданского назначения Западно-Сибирского нефтегазового комплекса». РСН68-87. М. Государственный комитет по строительству РСФСР, 1987, с. 21-35).There is a method of reducing the influence of tangential forces of frost heaving on a pile foundation, in which special constructions of the pipe-in-pipe type with an annular filler in the form of a lubricant and various anti-debris coatings of the surface of the upper end of the pile are used (Design of Industrial and Civil Facilities of the West Siberian Oil and Gas Complex ". RSN68-87. M. State Committee for the Construction of the RSFSR, 1987, p. 21-35).
Недостатками способа является то, что при строительстве фундамента сваи применяются смазки и различные противопучинные полимерные материалы, наносимые на боковую поверхность сваи, расположенной выше кровли многолетнемерзлых пород. В результате для обеспечения заданной несущей способности необходимо увеличивать глубину заложения фундамента. Кроме того, сохраняется риск воздействие явлений пучения (в данном случае образование бугра пучения), который будет оказывать влияние непосредственно на сооружение, возведенное на фундаменте.The disadvantages of the method is that in the construction of the foundation of the pile used grease and various anti-polymeric materials applied to the side surface of the pile, located above the roof of permafrost. As a result, to ensure a given bearing capacity, it is necessary to increase the depth of the foundation. In addition, the risk of the effects of heaving (in this case, the formation of a heaving hill), which will directly affect the construction on the foundation, remains.
Известен способ повышения устойчивости свайных фундаментов в криолитозоне, включающий размещение теплоизоляционного экрана на поверхности грунтового основания и расчет необходимых его параметров, при этом теплоизоляционный экран размещают на поверхности и внутри грунтового основания, его размеры, геометрическую конфигурацию, а также теплофизические свойства материала, имеющие пространственную анизотропию, определяют из условий совпадения проектируемого температурного поля, обеспечивающего устойчивость сооружения в течение всего периода эксплуатации, и расчетного температурного поля, полученного путем решения методом конечных разностей нестационарного двумерного неоднородного уравнения теплопроводности в прямоугольных координатах для анизотропной среды с наличием в ней подвижной границы раздела фаз и представляющей собой инженерно-геологический разрез грунтов основания, вмещающего проектируемый теплоизоляционный экран, и прилегающей к нему территории строительства (RU 2159308, МПК E02D 27/35 (2006.01), опубликовано 20.04.2004).There is a method of increasing the stability of pile foundations in the permafrost zone, including placing a heat-insulating screen on the surface of the soil base and calculating its necessary parameters, while the heat-insulating screen is placed on the surface and inside the soil foundation, its dimensions, geometric configuration, and also the thermal properties of the material having spatial anisotropy , determined from the conditions of coincidence of the designed temperature field, ensuring the stability of the structure throughout about the operating period and the calculated temperature field obtained by solving the non-stationary two-dimensional inhomogeneous heat equation in rectangular coordinates by the finite difference method for an anisotropic medium with a moving phase boundary in it and representing an engineering-geological section of the soil of the base containing the designed heat-insulating screen, and the territory of construction adjacent to it (RU 2159308, IPC E02D 27/35 (2006.01), published on 04/20/2004).
Существенными недостатками способа является то, что в условиях ограниченной информации о геокриологическом строении, в том числе по результатам геотехнического мониторинга (ГТМ) и изменчивостью во времени, особенно при техногенном воздействии от эксплуатации инженерных сооружений практически невозможно сделать долговременный теплотехнический расчет и прогноз поведения мерзлоты с установленными теплоизоляционными экранами. В результате серьезно повышается риск недопустимых деформаций фундамента и разрушения сооружения.Significant disadvantages of the method is the fact that in conditions of limited information on the geocryological structure, including the results of geotechnical monitoring (geological and technical monitoring) and variability over time, especially under the anthropogenic impact of the operation of engineering structures, it is practically impossible to make a long-term heat engineering calculation and forecast the permafrost behavior with established heat-insulating screens. As a result, the risk of unacceptable deformations of the foundation and destruction of the structure is seriously increased.
Известна конструкция для предотвращения морозного пучения грунта, включающая систему скважин, в том числе демпфирующих скважин, пробуренных вблизи или наклонно под фундамент в подстилающем слое грунта на глубину его промерзания и заполненных рабочим телом, при этом каждая демпфирующая скважина содержит гирлянду из взаимосвязанных емкостей, причем в нижней части скважины расположены преимущественно перфорированные емкости, заполненные сухой смесью «соль-песок» в соотношении 1:2, а в верхней части скважины размещены одна или несколько емкостей, заполненных солевым раствором составом не менее 0,5 кг соли на 10 л воды, при этом емкости снабжены диаметрально расположенными выпусками, сообщающимися с внутренним пространством скважин, закрытых съемными оголовками (RU 2513078, МПК7 E02D 27/35, опубликовано 20.06.2004).A known design to prevent frost heaving of the soil, including a system of wells, including damping wells drilled near or inclined under the foundation in the underlying soil layer to the depth of freezing and filled with a working fluid, each damping well contains a garland of interconnected containers, and the lower part of the well is predominantly perforated containers filled with a dry salt-sand mixture in a ratio of 1: 2, and one or more are placed in the upper part of the well wells filled with saline with a composition of at least 0.5 kg of salt per 10 liters of water, while the tanks are equipped with diametrically located outlets communicating with the interior of the wells closed with removable heads (RU 2513078, IPC7 E02D 27/35, published on 20.06.2004) .
Существенными недостатками способа является то, что в демпфирующие, пробуренные вблизи или наклонно под фундамент на глубину промерзания скважины опускают гирлянды взаимосвязанных емкостей, заполненных сухой смесью «соль-песок». Способ неприменим в зоне сплошного распространения многолетнемерзлых пород, трудоемок, экономически затратный. Но самое главное, при оттаивании льда в деятельном слое водорастворимые соли из демпфирующих скважин, растворившись в воде, попадут в околосвайное пространство, что вызовет деградацию многолетнемерзлых пород и приведет к снижению несущей способности фундамента. Как следствие - недопустимые риски эксплуатации зданий и сооружений.Significant disadvantages of the method is that garlands of interconnected containers filled with a dry salt-sand mixture are lowered into damping drills near or inclined under the foundation to the depth of freezing of the well. The method is not applicable in the zone of continuous distribution of permafrost, labor-consuming, economically expensive. But most importantly, when ice is thawed in the active layer, water-soluble salts from damping wells, dissolved in water, will fall into the near-pile space, which will cause degradation of permafrost and lead to a decrease in the bearing capacity of the foundation. As a result, unacceptable risks of operating buildings and structures.
Наиболее близким к заявляемому техническому решению является способ защиты свайного фундамента от морозного пучения, характеризующийся тем, что он предусматривает вмораживание фундамента в грунтовое основание, которое осуществляют путем искусственного промораживания массива окружающего фундамент грунта ниже глубины сезонного промерзания, причем искусственное промораживание массива грунта начинают при установлении отрицательной среднесуточной температуры окружающего воздуха и промораживают с каждой стороны фундамента массив грунта, равный двойной ширине фундамента, причем глубину зоны промораживания определяют на основании зависимостиClosest to the claimed technical solution is a method of protecting the pile foundation from frost heaving, characterized in that it provides for freezing the foundation in a soil base, which is carried out by artificially freezing the array of the surrounding soil below the depth of seasonal freezing, and the artificial freezing of the soil mass begins when a negative is established average daily ambient temperature and freeze on each side of the foundation an array of g Unt equal to double the width of the foundation, the depth of freezing zone is determined based on a relationship
2,2hсп≥hnp≥1,7hсп,2.2h sp ≥h np ≥1.7h sp ,
где hnp - глубина зоны искусственного промораживания грунта, м;where h np is the depth of the zone of artificial freezing of the soil, m;
hсп - глубина естественного сезонного промерзания грунта от дневной поверхности, м,h SP - the depth of the natural seasonal freezing of the soil from the surface, m,
а для увеличения прочности смерзания грунта с фундаментом температуру промораживаемого грунта устанавливают в пределах от -6 до -8°C.and to increase the freezing strength of the soil with the foundation, the temperature of the frozen soil is set in the range from -6 to -8 ° C.
В промораживаемый грунт вводят криоструктурирующие водно-растворимые полимерные компоненты, например поливиниловый спирт, при этом искусственное промораживание окружающего фундамент грунта производят с помощью сезонно действующих устройств для охлаждения и промораживания грунта, включающих грунтовый и воздушный теплообменники и соединительный термоизолированный теплопровод, причем устройства устанавливают в грунт по наружному контуру фундамента с размещением грунтового теплообменника в средней части глубины промораживаемой зон, включая погружение свай в многолетнемерзлые грунты (RU №2227195 опубликовано: 20.04.2004).Cryostructuring water-soluble polymer components, for example, polyvinyl alcohol, are introduced into the frozen ground, and the surrounding soil foundation is artificially frozen using seasonally acting devices for cooling and freezing the soil, including soil and air heat exchangers and a thermally insulated connecting heat pipe, and the devices are installed in the soil through the outer contour of the foundation with the placement of a soil heat exchanger in the middle of the depth of the freezed n, including immersion piles in permafrost (RU №2227195 published: 20.04.2004).
Существенными недостатками способа по указанным изобретениям является то, что при его реализации используются сезонно-охлаждающие устройства (СОУ), устанавливаемые у каждой сваи опоры. В ряде случаев это приводит к активизации опасных геокриологических процессов в случае вечномерзлых грунтов с большим содержанием влаги. Один из них - создание в надмерзлотном водононосном горизонте участков подпора (локально ограниченных линз переохлажденных надмерзлотных вод). Именно они и приводят, в частности, к развитию бугров пучения в межсвайном пространстве и воздействию на инженерные сооружения, а так же и сил морозного пучения свай. А это как раз значительно увеличивает риск возникновения аварийных ситуаций в эксплуатируемых зданиях и сооружениях, что и наблюдается на практике.Significant disadvantages of the method according to these inventions is that when it is used, seasonal cooling devices (SOUs) are installed that are installed on each pile support. In some cases, this leads to the activation of dangerous geocryological processes in the case of permafrost soils with a high moisture content. One of them is the creation in the permafrost aquifer of areas of backwater (locally limited lenses of supercooled permafrost waters). It is they that lead, in particular, to the development of heaving mounds in the inter-pile space and the impact on engineering structures, as well as the forces of frost heaving of piles. And this just significantly increases the risk of emergencies in operating buildings and structures, which is observed in practice.
Задачами, на решение которых направлено заявляемое техническое решение, являются: снижение воздействия сил морозного пучения на свайные фундаменты, повышение их устойчивости и снижение рисков образования вблизи них бугров пучения в криолитозоне на участках сплошного распространения многолетнемерзлых пород с повышенным содержанием влаги, характерным для условий Крайнего Севера Западной Сибири.The tasks to be solved by the claimed technical solution are: reducing the effect of frost heaving forces on pile foundations, increasing their stability and reducing the risks of formation of heaving bumps near them in the permafrost zone in areas of continuous permafrost with high moisture content, typical for the Far North Western Siberia.
При осуществлении заявляемого технического решения поставленная задача решается за счет достижения технического результата, который заключается в повышении устойчивости свайных фундаментов, а также в исключении образования бугров мерзлотного пучения, морозобойных трещинах и воздействия их на свайные фундаменты объектовWhen implementing the claimed technical solution, the problem is solved by achieving a technical result, which consists in increasing the stability of pile foundations, as well as in eliminating the formation of permafrost tufts, frost cracks and their impact on pile foundations of objects
Указанный технический результат достигается тем, что способ снижения воздействия сил морозного пучения и повышения устойчивости свайных фундаментов в криолитозоне включает погружение свай в многолетнемерзлые грунты, при этом вблизи свай фундамента, в верховодках надмерзлотного водоносного горизонта, в ограниченных гидродинамических зонах размещают водопонижающие колодцы с перфорированной стенкой в нижней части ее образующей, погруженные на глубину не выше кровли многолетнемерзлых пород, в которые устанавливают гидрогеологические разгрузочные трубки, до четырех штук в колодец, внутреннее пространство которых в начале периода промерзания сезонно-талого слоя остается свободным и герметично закупоренным, герметизация разгрузочных трубок достигается благодаря тому, что в нижнем конце каждой трубки устанавливают пакер, а ее верхний конец закрывают герметичной крышкой, с наступлением зимы, в период формирования ограниченных гидродинамических зон в надмерзлотном водоносном горизонте, в том числе в верховодках, и роста криогенных напоров в условиях прохождения вглубь грунтового массива фронта промерзания производят поэтапную разгрузку криогенных напоров, разгрузка криогенных напоров изменяет гидродинамические параметры системы «грунт-фундамент», устраняя условия образования бугров пучени, разгрузку криогенных напоров производят путем последовательного вскрытия разгрузочных гидрогеологических трубок, вскрытие трубки осуществляют путем снятия герметичной крышкой с ее верха и удаления пакера, например, внутрь колодца ручным буровым инструментом, вскрытие трубок производят в моменты, определяемые по результатам анализа текущих геотемпературных данных, получаемых в процессе проведения геотемпературного контроля и мониторинга состояния грунтового массива с начала периода перехода среднесуточных температур атмосферного воздуха ниже 0°C.The specified technical result is achieved by the fact that the method of reducing the effects of frost heaving and increasing the stability of pile foundations in the permafrost zone includes immersing piles in permafrost soils, while near the foundation piles, in the tops of the permafrost aquifer, water-reducing wells with a perforated wall are placed in limited hydrodynamic zones the lower part of its generatrix, submerged to a depth not higher than the roof of permafrost rocks, into which they are set hydrogeologically unloading tubes, up to four pieces in the well, the inner space of which at the beginning of the freezing season of the seasonally thawed layer remains free and hermetically sealed, the sealing of the unloading tubes is achieved due to the fact that a packer is installed at the lower end of each tube, and the upper end is closed with a sealed cover, with the onset of winter, during the formation of limited hydrodynamic zones in the permafrost aquifer, including in the upper reaches, and the growth of cryogenic pressures under conditions of deep passage l the soil massif of the freezing front stage-by-stage unloading of cryogenic pressures is performed, unloading of cryogenic pressures changes the hydrodynamic parameters of the soil-foundation system, eliminating the conditions of formation of heaving tubercles, unloading of cryogenic pressures is carried out by successively opening discharge hydrogeological tubes, opening the tube by removing it with a sealed cover top and removal of the packer, for example, inside the well with a manual drilling tool, the opening of the pipes is carried out at moments determined emye an assay geotemperature current data obtained in the process of controlling and monitoring geotemperature precoat array state from the beginning of daily average outside temperatures of the transition period is below 0 ° C.
Анализ геотемпературного поля позволяет судить о характере продвижении фронта промерзания с поверхности вглубь грунтового массива и о возможных изменениях термобарических параметров надмерзлотного водоносного горизонта, фиксировать динамику сокращения толщин сезонно-талого слоя при его промерзании. Поэтапное вскрытие надмерзлотного водоносного горизонта в определенные моменты времени приводит к уменьшению его водонасыщенности, увеличению скоростей промерзания, уменьшению толщин сезонно-талого слоя, расформированию ограниченных гидродинамических зон (локально ограниченных таликов), уменьшению воздействия сил морозного пучения на сваю, кратному снижению вероятности образования бугров пучения, стабилизации гидродинамической системы в целом. Резко снижается вероятность развития негативных геокриологических процессов и таких явлений, как бугры пучения, морозобойные трещины, и воздействие их на свайные фундаменты объектов. Поставленная задача достигается благодаря тому, что заявляемый способ нарушает необходимое условие возникновения пучения грунта W>Wfh (здесь W - влажность грунта до промерзания, Wfh - влажность предела пучения).An analysis of the geothermal field allows one to judge the nature of the advancement of the freezing front from the surface deeper into the soil massif and the possible changes in the thermobaric parameters of the permafrost aquifer, to record the dynamics of reduction in the thickness of the seasonal thawed layer during freezing. The phased opening of the permafrost aquifer at certain points in time leads to a decrease in its water saturation, an increase in freezing rates, a decrease in the thickness of the seasonal thawed layer, the formation of limited hydrodynamic zones (locally bounded taliks), a decrease in the effect of frost heaving forces on the pile, and a multiple reduction in the probability of formation of heaving tubercles stabilization of the hydrodynamic system as a whole. The likelihood of developing negative geocryological processes and phenomena such as heaving mounds, frost cracks, and their effect on the pile foundations of the objects is sharply reduced. The problem is achieved due to the fact that the inventive method violates the necessary condition for the occurrence of soil heaving W> W fh (here W is the soil moisture before freezing, W fh is the humidity of the heaving limit).
На фиг. 1 показан пример интерпретации данных режимных геотемпературных наблюдений в виде временной гидродинамической модели надмерзлотного водоносного горизонта. На модели визуализируется положение кровли многолетнемерзлых пород и потенциальные участки возникновения избыточных криогенных напоров, в которых следует устанавливать водопонижающие колодцы и проводить поэтапную разгрузку.In FIG. Figure 1 shows an example of interpretation of regime geothermal observations in the form of a temporary hydrodynamic model of a permafrost aquifer. The model visualizes the position of the roof of permafrost rocks and potential areas of excessive cryogenic pressures in which water-reducing wells should be installed and phased unloading should be carried out.
На фиг. 2 показана гидрогеологическая разгрузочная трубка, установленная в водопонижающий колодец. Глубина водопонижающего колодца зависит от конкретных условий в точке установки и должна быть равной или большей глубины погружения кровли многолетнемерзлых пород (определяется по интерпретации данных геотемпературных наблюдений).In FIG. 2 shows a hydrogeological discharge pipe installed in a dewatering well. The depth of the water-reducing well depends on the specific conditions at the installation point and should be equal to or greater than the depth of immersion of the roof of permafrost (determined by the interpretation of geo-temperature observations).
На фиг. 3 показана принципиальная схема вскрытия гидрогеологической разгрузочной трубки.In FIG. 3 shows a schematic diagram of the opening of a hydrogeological discharge tube.
На фиг. 4 показана принципиальная схема проведения разгрузочных работ с целью снижения сил морозного пучения и повышения устойчивости свайных фундаментов.In FIG. 4 shows a schematic diagram of unloading operations in order to reduce frost heaving forces and increase the stability of pile foundations.
В заявляемом способе на фигурах 2, 3, 4 изображены: гидрогеологическая разгрузочная трубка 1, которая состоит из металлической или полипропиленовой трубы длиной от 1,5 до 2,5 м и Dy 30-50 мм. Трубка 1 оборудована с нижнего торца герметичным пакером 2, а с верхнего - герметичной крышкой 3. Герметизация достигается наличием слоя 4 из резины или герметика, водопонижающий колодец 5, перфорационные отверстия водопонижающего колодца 6, подошва сезонно-мерзлого слоя 7, кровля многолетнемерзлых пород 8, CMC - сезонно-мерзлый слой, СТС - сезонно-талый слой, ММП - многолетнемерзлые породы. На фигуре 4 указаны: инженерное сооружение 9, свайный фундамент инженерного сооружения 10, а также приведено изменение нижней границы (подошвы) I, II, III CMC после проведения разгрузочных работ во времени.In the inventive method, figures 2, 3, 4 show:
Способ осуществляю следующим образом.The method is as follows.
В местах вблизи свайного фундамента 10, где определены по результатам предварительных геотемпературных наблюдений потенциальные участки возникновения избыточных криогенных напоров, устанавливают водопонижающие колодцы 5 с перфорационными отверстиями 6, расположенными внизу корпуса колодцев (в нижней части образующей стенки колодца). Глубина заложения колодцев 5 не выше кровли 8 многолетнемерзлых пород. В каждый колодец 5 устанавливают до четырех гидрогеологических разгрузочных трубок 1. Каждая трубка 1 закрыта снизу пакером 2, а сверху крышкой 3. Герметизацию внутреннего пространства трубок 1 со стороны пакера 2 и крышки 3 обеспечивает герметизирующий слой 4 из резины или герметика. Колодец 5 через перфорационные отверстия 6 заполняется водой до уровня, соответствующего уровню грунтовых вод деятельного слоя.In places near the
При наступлении холодов, по мере промерзания жидкости в колодце 5 по направлению сверху вниз, центральная часть каждой гидрогеологической разгрузочной трубки 1 вмерзает в образующуюся ледяную пробку колодца 5 на глубину промерзания текущего положения подошвы 7 сезонно-мерзлого слоя. При наступлении момента, когда становится необходимым осуществить разгрузку криогенного напора, верхнюю герметичную крышку 3 удаляют с первой разгрузочной трубки 1, а пакер 2, расположенный в нижней части трубки 1, срывается внутрь колодца 5 (например, инструментом ручного бурения). В результате канал для выхода напорных вод через первую трубку 1 оказывается открытым и через него происходит удаление из пласта избыточной воды благодаря давлению, возникшему при движении фронта промерзания деятельного слоя вниз. Скорость промерзания грунтов при этом изменяется, а точнее увеличивается. Установлено практически полное прекращение морозного пучения грунтов при повышении скорости их промерзания до 6-8 см/сут. Разгрузка надмерзлотного водоносного горизонта вначале приводит к значительному увеличению скорости промерзания грунтов, а со временем, при перераспределении криогенных напоров внутри ограниченных гидродинамических зон, к ее уменьшению до нулевых значений. Последовательное вскрытие нескольких трубок в процессе прохождения холодной волны вглубь грунтового массива образует цикличность разгрузочного процесса, гарантируя полное исключение процессов криогенного пучения.With the onset of cold weather, as the liquid freezes in the
Принципиальная схема разгрузочных работ надмерзлотного водоносного горизонта, снижения воздействия сил морозного пучения и повышения устойчивости свайных оснований 10 в криолитозоне представлена на фиг. 4, на которой схематично представлен реальный промышленный эксперимент. В каждый водопонижающий колодец 5 установлены по три гидрогеологические разгрузочные трубки 1, оборудованные пакерами 2, герметичными крышками 3 и герметизирующими слоями 4, по мере вскрытия которых изменяется гидродинамический режим надмерзлотного водоносного горизонта сезонно-талого слоя (СТС). Далее происходит увеличение скорости промерзания с кристаллизацией надмерзлотных вод без образования массивной криогенной текстуры, происходит погружение подошвы 7 сезонно-мерзлого слоя (I, II и III - схематическое изменение границ CMC после проведения разгрузочных работ во времени) и, в большинстве случаев, слияние ее с кровлей 8 многолетнемерзлых пород. При этом касательные силы морозного пучения практически не развиваются или их влияние ничтожно мало для воздействия на боковую поверхность свайного фундамента 10 инженерного сооружения 9. Практически к нулю снижается вероятность формирования однолетних бугров пучения на участке проведения разгрузочных работ и вероятность их воздействия непосредственно на конструкции инженерного сооружения 9, расположенного на свайном фундаменте 10.A schematic diagram of the unloading operations of a permafrost aquifer, a decrease in the influence of frost heaving forces and an increase in the stability of
В качестве примера реализации заявляемого способа может послужить инженерное сооружение 10 - площадка АВО газа и трубопроводов обвязки компрессорного цеха ДКС-1В ГП-1В Ямбургского НГКМ.As an example of the implementation of the proposed method can serve as an engineering structure 10 - site ABO gas and piping piping compressor shop DKS-1V GP-1V of the Yamburg gas condensate field.
В период с 2009 по 2014 год проведены четыре цикла разгрузочных работ в зимние периоды (декабрь - апрель). Неоднократное образование бугров пучения на участке наблюдавшееся в предыдущие годы, прекратилось, новых деформаций свайных фундаментов, связанных с воздействием сил морозного пучения, не зафиксировано. Кроме того, на участке исследований промышленного эксперимента зафиксированы подъем кровли многолетнемерзлых пород и уменьшение толщины сезонно-талого слоя, другими словами наблюдается аградация криолитозоны, что можно проследить по представленной ниже таблицеIn the period from 2009 to 2014, four cycles of unloading were carried out in the winter periods (December - April). The repeated formation of heaving tubercles in the area observed in previous years has stopped; no new deformations of the pile foundations associated with the influence of frost heaving forces have been recorded. In addition, a roof rise of permafrost rocks and a decrease in the thickness of the seasonally thawed layer were recorded in the industrial experiment research area, in other words, the permafrost zone aggravated, which can be seen from the table below
В период 2008 - 2013 годы средняя температура грунтов в интервале 2,0-10,0 м понизилась на 0,2-0,7°C, при этом мощность сезонно-талого слоя сократилась с 2,3-4,0 м до 1,8-2,2 м.Between 2008 and 2013, the average soil temperature in the range 2.0–10.0 m decreased by 0.2–0.7 ° C, while the thickness of the seasonally thawed layer decreased from 2.3–4.0 m to 1 , 8-2.2 m.
Таким образом, экспериментально доказано, что заявляемый способ приводит к достижению поставленной цели, а именно к снижению воздействия сил морозного пучения на свайные фундаменты и повышению их устойчивости, а также к исключению образования бугров мерзлотного пучения, морозобойных трещин, и исключено их воздействие их на свайные фундаменты объектов.Thus, it has been experimentally proven that the claimed method leads to the achievement of the goal, namely, to reduce the effect of frost heaving forces on pile foundations and to increase their stability, as well as to exclude the formation of permafrost tufts, frost cracks, and their effect on pile foundations of objects.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2015137662/03A RU2602538C1 (en) | 2015-09-03 | 2015-09-03 | Method for reduction of action of forces of frost boil and increasing stability of pile foundations in permafrost zone |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2015137662/03A RU2602538C1 (en) | 2015-09-03 | 2015-09-03 | Method for reduction of action of forces of frost boil and increasing stability of pile foundations in permafrost zone |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2602538C1 true RU2602538C1 (en) | 2016-11-20 |
Family
ID=57760223
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2015137662/03A RU2602538C1 (en) | 2015-09-03 | 2015-09-03 | Method for reduction of action of forces of frost boil and increasing stability of pile foundations in permafrost zone |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2602538C1 (en) |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN107356726A (en) * | 2017-08-22 | 2017-11-17 | 中国科学院寒区旱区环境与工程研究所 | Permafrost Degeneration process chamber simulation system |
CN108225651A (en) * | 2018-01-09 | 2018-06-29 | 石家庄铁道大学 | A kind of permafrost region tapered pile tangent coordinate system distribution tests Experimental Method in Laboratory and its experimental rig used |
CN111581858A (en) * | 2020-03-24 | 2020-08-25 | 国网甘肃省电力公司经济技术研究院 | Design method of heat preservation and insulation system for power transmission and transformation foundation |
CN114045824A (en) * | 2021-11-16 | 2022-02-15 | 西安建筑科技大学 | Frozen soil foundation reinforcing apparatus |
CN115266810A (en) * | 2022-08-03 | 2022-11-01 | 哈尔滨工业大学 | Hot rod roadbed frost heaving test device |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2024691C1 (en) * | 1991-04-26 | 1994-12-15 | Пинчук Петр Степанович | Method for protecting bridge pier against freezing swelling |
RU94006592A (en) * | 1994-02-22 | 1995-09-27 | Научно-технический кооператив "Патент" | METHOD OF PROTECTION OF PILES FROM FROST-BRAINING |
RU2227195C1 (en) * | 2002-10-16 | 2004-04-20 | Лязгин Анатолий Леонидович | Method of foundation protection against frost heaves in soil |
RU2230854C1 (en) * | 2002-10-14 | 2004-06-20 | Лязгин Анатолий Леонидович | Method of pile foundation protection from freezing heaving |
RU2529976C1 (en) * | 2013-04-15 | 2014-10-10 | Роберт Мияссарович Хафизов | Slab foundation in soft permanently frozen soil |
-
2015
- 2015-09-03 RU RU2015137662/03A patent/RU2602538C1/en active
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2024691C1 (en) * | 1991-04-26 | 1994-12-15 | Пинчук Петр Степанович | Method for protecting bridge pier against freezing swelling |
RU94006592A (en) * | 1994-02-22 | 1995-09-27 | Научно-технический кооператив "Патент" | METHOD OF PROTECTION OF PILES FROM FROST-BRAINING |
RU2230854C1 (en) * | 2002-10-14 | 2004-06-20 | Лязгин Анатолий Леонидович | Method of pile foundation protection from freezing heaving |
RU2227195C1 (en) * | 2002-10-16 | 2004-04-20 | Лязгин Анатолий Леонидович | Method of foundation protection against frost heaves in soil |
RU2529976C1 (en) * | 2013-04-15 | 2014-10-10 | Роберт Мияссарович Хафизов | Slab foundation in soft permanently frozen soil |
Cited By (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN107356726A (en) * | 2017-08-22 | 2017-11-17 | 中国科学院寒区旱区环境与工程研究所 | Permafrost Degeneration process chamber simulation system |
CN107356726B (en) * | 2017-08-22 | 2023-05-12 | 中国科学院西北生态环境资源研究院 | Indoor simulation system for permafrost degradation process |
CN108225651A (en) * | 2018-01-09 | 2018-06-29 | 石家庄铁道大学 | A kind of permafrost region tapered pile tangent coordinate system distribution tests Experimental Method in Laboratory and its experimental rig used |
CN111581858A (en) * | 2020-03-24 | 2020-08-25 | 国网甘肃省电力公司经济技术研究院 | Design method of heat preservation and insulation system for power transmission and transformation foundation |
CN111581858B (en) * | 2020-03-24 | 2023-10-03 | 国网甘肃省电力公司经济技术研究院 | Design method of heat preservation and heat insulation system for power transmission and transformation foundation |
CN114045824A (en) * | 2021-11-16 | 2022-02-15 | 西安建筑科技大学 | Frozen soil foundation reinforcing apparatus |
CN115266810A (en) * | 2022-08-03 | 2022-11-01 | 哈尔滨工业大学 | Hot rod roadbed frost heaving test device |
CN115266810B (en) * | 2022-08-03 | 2023-05-05 | 哈尔滨工业大学 | Hot rod roadbed frost heaving test device |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2602538C1 (en) | Method for reduction of action of forces of frost boil and increasing stability of pile foundations in permafrost zone | |
Sharkhuu | Recent changes in the permafrost of Mongolia | |
CN103277103B (en) | None-full-depth freezing method for penetrating through ultra-thick water-rich bed rock in shaft deepening | |
CN104762955B (en) | A kind of Belled Pile construction method based on freezing process | |
Sun et al. | An improved siphon drainage method for slope stabilization | |
Williams | Permafrost and climate change: geotechnical implications | |
Dyke | Frost heaving of bedrock in permafrost regions | |
Finol et al. | Subsidence in Venezuela | |
US4080797A (en) | Artificial ice pad for operating in a frigid environment | |
Al‐Rashed et al. | Hydrogeological aspects of groundwater drainage of the urban areas in Kuwait City | |
CN107798987B (en) | Model for monitoring influence of seasonal variation runoff and underground water on high-altitude strip mine | |
CA1174063A (en) | Ice island construction | |
RU2386033C1 (en) | Protection method of mine openings against water inrush from side of water course in conditions of permafrost | |
Mandolini et al. | Experiences gathered from the construction of Napoli underground | |
Al-Sanad et al. | The influence of changing groundwater levels on the geotechnical behaviour of desert sands | |
Miller et al. | Pile settlement in saline permafrost: a case history | |
RU2415997C1 (en) | Ground dam on permafrost soils | |
Feklistov et al. | Long-term results of thermal stabilization of pile foundations on permafrost | |
Wang* et al. | Impact of polymer or surfactant flooding on permafrost stability | |
RU55079U1 (en) | SUPPORT FOR FIXING PIPELINE | |
RU2122119C1 (en) | Method of supporting mine shaft collar in permafrost rocks | |
Péwé | Permafrost—and its affects on human activities in arctic and subarctic regions | |
Attwooll et al. | Heave at manufacturing facility: Observations and response | |
Khrenov | Some Recommendations for Ensuring the Stability of Pile Substructures for Above-Ground Routing of the Zapolyarnoe-Purpe Petroleum Pipeline. | |
Strelnikov et al. | Experience in designing and operating the buildings located on subsiding and heaving soils of the Minusinsk Hollows |