Прогрев грунта в зимнее время технология

Обновлено: 05.10.2024

Земляные работы зимой вызывают целый ряд трудностей. Одной из задач, которая может возникнуть, считается необходимость предварительной подготовки. Использование отбойных молотков или другие виды механических воздействий не всегда возможны, поскольку это провоцирует повреждение подземных коммуникаций или ущерб для зданий, расположенных неподалеку. Потому часто применяются термические технологии прогрева грунта в зимнее время.

Традиционные виды прогрева мерзлого грунта

Сегодня известно много методик, которые базируются на разных принципах температурного воздействия. Все они отличаются определенными плюсами и минусами.

Рефлекторная печь

Это достаточной быстрый способ прогрева грунта, который отличается удобством и прекрасно подходит для использования в черте города. Генератором тепла в этом случае выступает нихромовая проволока, толщина которой составляет 3,5 миллиметра. Направление термического излучения корректирует рефлектор из хромированного листа. Его толщина должна составлять примерно 1 миллиметр.

Сам отражатель изолирован металлическим кожухом. Между стенками 2 металлов располагается воздушная подушка. Она выполняет термозащитные функции. Печь функционирует от сети и может обогревать 1,5 квадратных метра почвы. Чтобы отогреть кубический метр грунта, требуется количество энергии на уровне примерно 50 киловатт в час. По времени это занимает 10 часов.

Главным минусом этого метода считается высокий риск поражения посторонних лиц электротоком. Потому на время функционирования установки требуется установить ограждения и предусмотреть охрану.

Также к минусам этого способа относят невысокую площадь охвата и потребность в системе энергообеспечения мощностью около 20 киловатт в час для работы комплекса, включающего 3 установки.

Электроды

Этот способ прогрева почвы можно реализовать различными методами:

Для обработки земли на глубине менее 70 сантиметров требуется использовать электроды в форме стальных полосок. Их края нужно вначале загнуть кверху, чтобы подключить провода. Полосы стоит уложить на грунт и присыпать слоем опилок. Их толщина не должна превышать 20 сантиметров. Чтобы повысить проводимость, опилки рекомендуется смочить раствором соли невысокой концентрации. Затем на полосы требуется подать напряжение.
Чтобы прогреть грунт на глубину больше 70 сантиметров, рекомендуется применять электроды в форме стержней из стали. Их требуется забивать в почву в шахматном порядке с интервалом в 0,5-1 метр друг от друга. Затем на них нужно подать напряжение, которое запустит процесс нагревания. При оттаивании грунта стержни стоит забивать все сильнее.

В любом случае, манипуляция занимает примерно 30 часов. При этом затраты электроэнергии на обработку 1 кубического метра грунта составляют около 60 киловатт в час. Чтобы воплотить этот способ, требуется наличие источника питания. К тому же необходимо постоянно контролировать процесс. В противном случае есть риск поражения людей током.

Открытое пламя

Этот метод базируется на сжигании твердого или жидкого топлива в особом устройстве, которое состоит из открытых резервуаров. Первый короб – это камера сгорания, а последний – дополнен вытяжной трубой.

При этом появляется тяга, которая обеспечивает прохождение продуктов сгорания вдоль всей цепи, и одновременное прогревание почвы под ней. Установка функционирует на любом топливе. При этом процесс считается достаточно длительным. Он нуждается в строгом контроле и сопровождается внушительными потерями тепла. Использовать этот метод в городе не представляется возможным.

Химический способ

Чтобы разморозить почву химическими реагентами, в ней нужно просверлить шпуры. После чего в отверстия требуется залить хлористый натрий для растворения льда. Процесс занимает 6-8 суток.

Он не нуждается в постоянном контроле и отличается простотой. Однако применение химических реагентов негативно отражается на состоянии грунта. Использовать его впоследствии для выращивания культурных растений не удастся.

Паровые иглы

Иглы – это специальные металлические трубы. Их диаметр составляет 25-50 миллиметров, а длина – 1,5-2 метра. Они обладают наконечниками с отверстиями диаметром 2-3 миллиметра и соединены гибкими шлангами для подачи пара, температура которого превышает 100 градусов.

Иглы рекомендуется размещать в шахматном порядке. Это стоит делать с интервалом в 1-1,5 метра друг от друга. Приспособления нужно устанавливать в заранее пробуренные скважины. Затем под давлением 0,07 мегапаскаля туда подают горячий пар. Этот способ стоит применять в том случае, если глубина будущей траншеи составляет 1,5 метра или больше. Такой метод помогает прогреть почву в течение нескольких часов.

К минусам метода относят потребность в использовании генератора пара и сложность проведения подготовительных мероприятий. К тому же во время проведения процедуры выделяется много конденсата – около 35 литров на каждый обработанный метр поверхности. Еще одним недостатком считается потребность в постоянном контроле процесса.

Горячий теплоноситель

В этом случае грунт нагревается под воздействием горячего минерала, температура которого составляет 100-200 градусов. Им покрывают всю поверхность земли. Для этой цели могут применяться материалы, которые остаются после укладывания дорог. Это может быть бетонная крошка или испорченный асфальт. Период размораживания – минимум 20-30 часов.

При этом данный способ отличается и некоторыми минусам. К ним, в частности, относят зависимость от субподрядчика, тепловые потери в период доставки теплоносителя, потребность в уборке теплоносителя после размораживания земли. Еще одним минусом считается продолжительное время оттаивания.

Трубчатые электрические нагреватели

При реализации этой технологии осуществляется передача тепловой энергии контактным методом. В роли рабочих элементов выступают электрические иглы. Они представляют собой трубы длиной 1 метр и диаметром 50-60 миллиметров. Внутри находятся электрические нагревательные элементы. Они размещены горизонтально и последовательно подключены к цепи.

Этот способ тоже обладает определенными минусами. К ним относят потребность в постоянном контроле и риск поражения людей электрическим током. Также минусами считаются маленькая площадь оттаивания и необходимость выполнения подготовительных мероприятий.

Прогрев грунта термоэлектроматами

Отличным вариантом прогрева грунта считается применение термоматов. Они помогают равномерно нагреть почву по всей глубине и способствуют поддержанию заданной температуры в автоматическом режиме.

Для производства специальных матов применяют теплоизлучающие пленки. Они отличаются по площади и конфигурации. Панели имеют толщину примерно 10 миллиметров. Они функционируют от однофазной сети и способны генерировать температуру до 70 градусов. Высокая результативность работы устройства обусловлена направленным воздействием инфракрасного излучения.

Какой метод лучше выбрать

Каждый из методов прогрева грунта отличается определенными плюсами и минусами. Наиболее простым и наименее затратным способом считается использование горячего песка. В качестве материала для проведения процедуры используют обыкновенный карьерный песок.

Его разогревают на заводе до температуры 180-250 градусов, после чего доставляют транспортными средствами в нужное место. Для сокращения потерь тепла песок нуждается в утеплении. На отогревание грунта уходят примерно сутки. Затем остывший теплоноситель допустимо убирать и впоследствии применять для иных целей.

В среднем, кубического метра такого материала хватает для воздействия на площадку размером 4 квадратных метра. Использование горячего песка в строительной отрасли считается одним из наиболее дешевых и действенных вариантов.

Также прекрасным вариантом является использование термоматов. Этот вариант отличается такими плюсами:

отсутствие риска загрязнения окружающей среды;
полная безопасность для людей;
высокий коэффициент полезного действия;
отсутствие потребности в предварительной подготовке.

Прогрев грунта допустимо осуществлять разными способами. Каждый из них отличается определенными плюсами и минусами. Это позволяет выбрать наиболее подходящий вариант.

Продолжаем серию статей о вспомогательном оборудовании для строек. После материалов о мойках высокого давления, генераторных установках и водоотливных насосах представляем вниманию читателей статью об оборудовании для прогрева мерзлого грунта.

Как известно, в зимнее время грунт порой промерзает так, что его не берет даже экскаватор и гидромолот. К тому же в населенных пунктах в грунте находятся подземные коммуникации, которые могут быть повреждены при ударных воздействиях на грунт. Поэтому мерзлый грунт должен быть предварительно отогрет. Существует ряд способов прогрева мерзлого грунта. Каждый из них имеет свои достоинства и недостатки.

Способы оттаивания мерзлого грунта классифицируются по направлению подачи тепла в грунт и виду используемого теплоносителя.

Оттаивание сверху вниз. Этот способ наименее эффективный, так как источник тепла в этом случае размещается в зоне холодного воздуха, что вызывает большие потери тепла. В то же время его достаточно легко и просто осуществить, он требует минимальных подготовительных работ, в связи с чем часто применяется на практике.

Оттаивание снизу вверх предполагает бурение скважин, в которые опускаются источники тепла. Расход энергии в этом случае минимальный, т. к. благодаря слою грунта потерь тепла практически нет. Некоторые специалисты даже считают, что не требуется утеплять сверху обрабатываемую площадь слоем опилок и т. п. материалов. Главный недостаток этого способа – трудоемкие подготовительные операции, это ограничивает область его применения.

Оттаивание по радиальному направлению. В этом случае тепло распространяется в грунте перпендикулярно от вертикально погруженных в грунт источников энергии. Этот способ по экономическим показателям занимает промежуточное положение между двумя ранее описанными, а для осуществления также требует значительных подготовительных работ.

Независимо от принятого способа отогреваемая поверхность предварительно очищается от снега, льда и верхних покровов основания (асфальт, бетон).

Термоэлектрические маты

Возможности термоматов. Многие западные и отечественные специалисты считают, что прогрев грунта термоэлектрическими и термоизоляционными матами – оптимальная технология для оттаивания больших площадей мерзлого грунта и льда. Они могут работать от однофазных источников электроэнергии с напряжением 220 В. Работают лучше, чем солнце в весенний день, – 24 часа 7 дней в неделю. Способны нагревать грунт до температур на 50–80 °С выше температуры окружающего воздуха и прогревают сильно промерзший грунт на глубину до 450–800 мм за 20–72 часа работы в зависимости от температуры воздуха и свойств грунта. Снег и лед превращаются в воду, которая впитывается в грунт и размораживает нижележащие слои грунта. Они способны разморозить замерзшие канализационные трубы на глубине до 2,5 м. Допустимая температура работы термоматов может составлять до –35 °С. Удельная мощность, излучаемая термоматами, может достигать нескольких сот ватт на 1 м 2 . За счет проникающих свойств и направленного действия инфракрасного излучения, а также контактной передачи тепла от поверхности термомата прогрев грунта происходит с высокой эффективностью одновременно сразу на всю глубину промерзания.

Термоэлектрические маты изготавливаются по собственному патенту с использованием качественной инфракрасной пленки Marpe Рower 305 повышенной мощности (400, 600 и 800 Вт/м 2 ), которая производится южнокорейской компанией Green Industry Co. Напряжение питания 220 В/ 50 Гц. Допускается эксплуатация при температуре окружающей среды от –60 до +40 °С и относительной влажности до 100%.

Главное условие правильной эксплуатации термоматов – это плотное прилегание рабочей поверхности термомата к обогреваемому объекту (бетону или грунту). Время набора критической прочности (70%) для бетонной плиты толщиной 200 мм составляет порядка 12 ч; время прогрева замерзшего грунта – от 20 до 36 ч.

Термоматы создают стабильный тепловой поток, что является необходимым условием качественного затвердевания бетона в зимнее и летнее время и исключает появление температурных трещин. Марочный бетон за 11 ч набирает прочность, которую он приобрел бы за 28 суток в естественных условиях. Высокая скорость схватывания бетона достигается за счет проникновения инфракрасных лучей в толщу бетонной массы.

Применение. Маты раскатываются из рулонов, подключаются к источнику электроэнергии. Чтобы повысить эффективность их работы, сверху рекомендуется расстелить теплоизоляционные защитные маты, сохраняющие тепло и защищающие от ветра. Во избежание перегрева и прогара термомата необходимо обеспечить плотное прилегание термомата к прогреваемой поверхности. Не допускается размещение между матом и обогреваемым объектом каких-либо теплоизолирующих материалов, препятствующих передаче тепла к объекту.

Преимущества термоматов. Оборудование не требует предварительной подготовки и полностью готово к работе; относительно невысокая стоимость; простота настройки и обслуживания; малый вес и удобство в эксплуатации, от работников не требуется специальных навыков; высокий КПД и низкое энергопотребление, например, 0,5 кВт.ч на 1 м 2 . Термоэлектроматы полностью безопасны. В каждом сегменте термомата есть термоограничитель, температура не поднимется выше заданной. Оборудование не загрязняет окружающую среду. По требованию заказчика термоматы могут производиться с индивидуальными параметрами мощности и размеров.

Недостатки термоматов. Необходимость обеспечения электропитания и постоянного контроля работы оборудования; отсутствие антивандальной защиты, относительная нестойкость к повреждениям.

Гидравлические станции для прогрева грунта

Если нужно прогреть грунт зимой на большой площади, например, под устройство бетонной подушки в 400 м 2 и более, обычными способами – термоматами, инфракрасными излучателями, тепловыми пушками, навряд ли получится разогреть такую массу земли на такой площади. Скорее всего здесь будет эффективна технология прогрева земли с помощью парникового эффекта, который создается гидравлическими станциями. В настоящее время западные компании широко применяют технологию размораживания грунтов гидравлическими станциями в зимний период для проведения землеройных и бетонных работ. Компактные гидравлические станции для прогрева грунта появились на мировом рынке строительного оборудования около 15 лет назад.

Конструкция и работа установки. Сама установка представляет собой мобильную мини-котельную. Прицеп, на котором размещается гидравлическая станция, устанавливается как можно ближе к участку, который должен прогреваться.

Прогреваемая поверхность расчищается от снега. Тщательная расчистка позволит сократить время оттаивания на 30%, сэкономит топливо, избавит от грязи и лишней талой воды, затрудняющей дальнейшее ведение работ. Включается котел, в котором нагревается теплоноситель. В качестве теплоносителя чаще всего используют воду, но на Западе в ходу и водно-гликолевая или пропилен-гликолевая смесь. Максимальная температура нагрева теплоносителя в современных установках (в зависимости от производителя) находится в пределах 75–90 °С. Цифровой термостат позволяет оператору просто регулировать температуру теплоносителя. Нагревательный котел оснащается горелкой, работающей на газе или дизельном топливе. Нагретый до заданной температуры теплоноситель поступает в термоизолированную емкость. Из емкости теплоноситель с помощью насоса нагнетается в нагревающие шланги.

Время подготовки к прогреву занимает всего лишь около 30 минут. Открывается кран – и нагрев пошел! В гидравлических станциях некоторых производителей есть возможность при необходимости увеличить в несколько раз номинальную площадь прогрева грунта за счет подключения дополнительного насоса и дополнительных шлангов. Прогрев мерзлого грунта осуществляется в относительно короткие сроки – 20–30 ч, но при необходимости возможна непрерывная эксплуатация таких установок и до 60–130 ч. Такая установка имеет к.п.д. до 94%, то есть практически все тепло, вырабатываемое установкой, идет на прогрев грунта. Средняя скорость размораживания грунта подобным методом составляет 300–600 мм в глубину в сутки. Однако при более плотной укладке нагревательных рукавов и тщательной теплоизоляции можно увеличить темп размораживания.

Прочие возможности применения. Вскоре после начала использования этой технологии выяснилось, что гидравлические станции также помогают ускорить процесс застывания бетона зимой, не давая влаге в бетоне превратиться в лед даже при температурах от –30 до –40 °С. Бетону для застывания требуется тепло: чем теплее будет бетон, тем скорее он отвердеет, оптимальная температура для застывания от +20 до +25 °С. В сильный мороз бетон будет твердеть очень долго и потеряет качество. Кроме того, прогревающие гидравлические станции можно использовать для обогрева теплиц и цветников, отопления помещений, предотвращения обледенения футбольных полей и т. д.

В России для работы на больших площадках широкое применение находят гидравлические установки для отогрева грунта Wacker Neuson E350 и E700, HSH 700 G. Установки сертифицированы в России и не требуют специальных допусков для оператора.

Гидравлическая станция для прогрева поверхности Wacker Neuson HSH 350 имеет массу (с топливом) 1500 кг. Производительность нагревателя (брутто) 30 кВт. При идеальных условиях к.п.д. может достигать 94%. Длина шланга – 350–700 м.

Установка серии HSH может размораживать замерзшую почву, а также проводить обработку бетона даже при отрицательных температурах. Возможность непрерывной эксплуатации – до 63 ч. При использовании дополнительного оборудования можно обеспечить оттаивание почвы площадью до 300 м 2 и прогреть до 612 м 2 бетона. Устройство HSH смонтировано на прицепе.

Преимущества и недостатки. Преимуществами данной технологии перед другими методами являются: возможность отогревать значительные площади грунта; простота в эксплуатации, обслуживании и хранении оборудования; использование оборудования не требует специфических знаний, навыков и длительного обучения персонала; автономность, мобильность и многофункциональность оборудования; стабильность результатов при производстве работ; минимальные трудовые и материальные затраты на подготовку прогреваемой поверхности; экологичность и безопасность – нет опасности поражения электрическим током и горячим теплоносителем, не создает магнитных полей, прогревающие шланги полностью герметичны.

К недостаткам можно отнести высокую стоимость оборудования (2–3 млн руб.), необходимость постоянного присутствия оператора при производстве работ.

Если гидравлическая станция требуется для разового применения или не часто, можно взять ее в аренду. Благодаря указанным выше преимуществам средства, затраченные на аренду, окупятся очень быстро. Обычно стоит компании один раз попробовать использовать подобную гидравлическую станцию, как она становится приверженцем технологии гидравлического прогрева грунта.

Тепляк/ шатер и нагревательное оборудование

Далее представим несколько способов прогрева, для которых общим является наличие некоего строения над прогреваемым участком и источника тепла.

Прогрев горячим воздухом. Довольно простой и доступный метод прогрева грунта – с помощью горячего воздуха – позволяет размораживать грунт в самое холодное время. Предварительно с отогреваемого участка необходимо убрать снег. Над участком возводится временное строение – тепляк или шатер. Тепляк – временное каркасно-тентовое строительное укрытие для гидро- и теплоизоляции. Применяется при выполнении строительных работ. Внутри устанавливается дизельная, газовая или электрическая тепловая пушка, газовая горелка или печка. Воздух в тепляке/ шатре может нагреваться до 50–65 °C. Стены и крышу тепляка/ шатра можно накрыть имеющимися теплоизолирующими материалами или даже лапником из леса.

В нашей стране выпускаются тепловые пушки под брендом Hyundai. Например, тепловая пушка Hyundai H-HG7-50-UI712 с нагревательным элементом ТЭН мощностью 4,5 кВт. Агрегат имеет режимы работы: вентиляция, интенсивный и экономичный обогрев. Температура воздуха на выходе по сравнению со входом увеличивается на 32 °С. Производительность – 420 м 3 /ч воздуха. Продолжительность работы/ пауза – 22/ 2 ч. Есть датчик защиты от перегрева.

Преимущества. Соорудить такое временное помещение или развернуть такую установку намного проще и требуется меньше трудозатрат, чем на оборудование для прогрева грунта других типов. Одновременно с размораживанием эта установка подсушивает грунт, и его становится легче копать. Западные производители такого оборудования утверждают, что их установки прогревают и высушивают грунт быстрее в два раза, чем при использовании гидравлических станций со шлангами, по которым циркулирует горячий теплоноситель.

Недостаток. Слабая теплоизоляция, отсюда большие потери тепла, воздушные тепловые пушки передают грунту всего около 15% тепловой энергии.

Итальянская компания Master Climate Solutions (входит в Dantherm Group) выпускает на заводе в Италии нагреватели воздуха под брендом MASTER. Дизельные тепловые пушки с прямым и непрямым нагревом, а также газовые и электрические тепловые пушки. Некоторые из пушек с дизельным нагревом оборудуются специальным гнездовым термостатом ТН-1, который устанавливается непосредственно на изделии, или с термостатом ТН-2, который подключается с помощью кабеля. Агрегаты способны непрерывно работать длительное время практически со 100%-ным к.п.д.

Например, дизельная тепловая пушка прямого нагрева MASTER B 150 CED мощностью 44 кВт развивает поток воздуха 900 м 3 /ч, расход топлива 3,7 кг/ч, температура воздуха на выходе 300 °С, масса установки 30,3 кг. Работает без дозаправки в течение 13 ч. Оснащена устройством автоматического управления горением с фотоэлементом и системой безопасности горелки и нагревателя. Внешний корпус нагревателя остается холодным.

Короба могут изготавливаться из листовой стали толщиной 1,5–2,5 мм или из подручных материалов, например из разрезанных по длине металлических бочек. Первый из коробов выполняет роль камеры сгорания, в которой сжигают любое твердое или жидкое топливо. Например, в камере сгорания устанавливается газовая горелка (форсунка), соединенная шлангом с газовым баллоном. Газовая горелка, применяемая для этой цели, может представлять собой просто отрезок стальной трубки диаметром 18 мм со сплюснутым конусом. Вытяжная труба последнего короба обеспечивает тягу, благодаря которой продукты сгорания проходят вдоль галереи и прогревают расположенный под ней грунт. Для уменьшения тепловых потерь галерею утепляют талым грунтом слоем толщиной до 100 мм, шлаком или другими материалами.

В продаже сейчас имеется множество современных горелок. Например горелка Giersch RG 20-Z-L-F (Германия) с двухступенчатым регулированием мощности 40–120 кВт. Работает на природном и сжиженном газе. Электропитание – 220 В, максимальный потребляемый ток – 2,6 А. Мощность электродвигателя – 180 Вт. Звукоизоляция встроенная, имеется датчик контроля давления воздуха. Может устанавливаться и в вертикальном положении.

При длине коробов 20–25 м установка за сутки дает возможность отогреть грунт на глубине 0,7–0,8 м. Специалисты приводят такие данные: расход дизтоплива на разогрев 1 м 3 грунта составляет 4–5 кг. Подогрев пламенем рекомендуется проводить в течение 15–16 ч. Затем, после демонтажа коробов, полосу оттаявшего грунта засыпают опилками, чтобы оттаивание продолжалось вглубь за счет передачи аккумулированного в грунте тепла.

Недостатки данной технологии: громоздкое, неудобное для транспортировки оборудование; метод может применяться для выемки только относительно узких и неглубоких траншей, т. к. позволяет прогревать лишь участки небольшой площади. Прогрев такими горелками большого участка обойдется очень дорого. Процесс размораживания длится долго. Необходимо выполнять вспомогательные работы по обустройству (и разборке) конструкции. Необходимо постоянно контролировать процесс и соблюдение техники безопасности. Большие тепловые потери, малая эффективность использования топлива. Вредные выбросы от сжигаемого топлива, вследствие этого запрет на использование этого способа в городах

В итоге данный метод не рекомендуется для прогрева грунта или растапливания снега, если имеются альтернативные варианты выбора.

Универсальная газовая горелка Roca CRONO-G 15G (Испания) работает на сжиженном и природном газе, максимально безопасна в работе. Перед зажиганием производится продувка воздухом камеры сгорания. Возможна одноступенчатая, двухступенчатая или модулируемая регулировка мощности. Мощность – 65–189 кВт. Расход топлива – 6,5–18,9 кг/ч. Мощность электродвигателя – 350 Вт. Электрическое питание – 220 В. Масса – 15 кг.

Отражательные печи. Как показал опыт, при ремонте коммунальных городских сетей наиболее удобным и быстрым является метод отогрева мерзлого грунта отражательными (рефлекторными) печами, которые подвешиваются изнутри к крыше тепляка – открытого снизу короба с утепленными стенками и крышей.

Применение тепляков и рефлекторов. При использовании рефлекторных печей необходимо обеспечить безопасные условия производства работ. Место отогрева должно быть ограждено, контактные зажимы для присоединения проводом закрыты, а спирали течи не должны касаться грунта.

Недостатки данного способа: эффективная теплоизоляция печей невозможна из-за опасности их перегрева и выхода из строя, по этой причине у данных нагревательных приборов низкий к.п.д.; к тому же площадь размораживаемого участка невелика, а для питания оборудования необходим мощный источник электроэнергии; кроме того, при перегреве электрических контактов нагревательных элементов возникает высокая вероятность поражения электрическим током посторонних лиц; поэтому на время работы установки требуется ограждение и охрана участка. Вследствие названных неудобств и опасности эксплуатации некоторые компании отказываются от использования данного метода прогрева.

Обустройство паровых и водяных батарей еще сложнее, требуется паровой или водяной котел и т. д.

Преимущества. Быстрая и несложная доставка на место и подготовка к работе оборудования. Относительно малый по времени период оттаивания – до 10 ч.

Применение электропрогрева при производстве зимних строительных работ получило в последние годы значительное распространение ввиду целого ряда преимуществ этого метода производства работ.

В настоящее время электропрогрев начинает применяться не только при производстве бетонных работ, но также при возведении зимой несущих кирпичных конструкций, загружаемых до наступления тепла, фабрично-заводских дымовых труб большой высоты, для оттаивания грунта при производстве земляных работ, а также для оттаивания замерзших трубопроводов.

Грунт оттаивается сначала слоем опилок, смоченных раствором соли, нагретых электрическим током. По мере повышения температуры в грунте начинает протекать ток и выделяться тепло. В дальнейшем процесс прогрева протекает аналогично прогреву бетона. При электродном методе прогрева и в особенности при обогреве повышенным напряжением (120—380 в) приобретает особое значение правильное размещение электродов в грунте или в бетоне, нахождение оптимального режима прогрева (напряжение, температура прогрева) и строгое соблюдение его в процессе прогрева.

Явления, происходящие в мерзлом грунте при оттаивании его электродным способом, значительно сложнее. Электропроводимость грунта чрезвычайно разнообразна и зависит от большого числа переменных факторов (характер грунта, наличие солей и кислот, их концентрация, влажность, температура и др.). Под действием электрического поля в грунте возникают явления местного нагрева, чем может быть объяснено наличие в грунте даже после длительного прогрева чередующихся зон талого и мерзлого грунта.

Электродный метод прогрева грунта

Прогрев грунта током может быть выполнен при помощи вертикальных (стержневых) электродов, забиваемых в грунт параллельными рядами в шахматном порядке, или при помощи горизонтальных (струнных) электродов, укладываемых на поверхность грунта.

При прогреве при помощи горизонтальных электродов поверхность грунта после их укладки покрывается слоем опилок толщиной 15—20 см, смоченных в растворе соли. При этом способе основное количество тепла передается грунту от нагревающегося слоя опилок и сам грунт принимает небольшое участие в цепи электрического тока.

При прогреве при помощи вертикальных электродов тепло выделяется в самом грунте, так как грунт непосредственно включается в цепь электрического тока.

Слой влажных опилок толщиной 15—20 см, укладываемый на поверхности грунта между электродами, играет в этом случае лишь роль побудителя в первый момент оттаивания и в процессе дальнейшего прогрева служит теплозащитой для грунта.

Рис.31. Установка вертикальных электродов в мерзлый грунт с засыпкой опилками: 1 — вертикальные электроды; 2 — провода, подводящие ток; 3 — опилки, смоченные раствором соли; 4 — верхнее утепление (толь, деревянные щиты, маты и т. п.)

Рис. 32. Укладка горизонтальных (струнных) электродов на мерзлый грунт с засыпкой опилками: 1 — мерзлый грунт; 2 — горизонтальные (струнные) электроды d=12—16 мм; 3 — провода, подводящие ток; 4 — опилки, смоченные раствором соли; 5 — верхнее утепление (толь, деревянные щиты, маты и т. п.)

Побудительный прогрев может быть осуществлен также путем пробивки в грунте между электродами бороздок глубиной до 6 см и заливки их водным раствором соли. При этом способе тепло выделяется в растворе и от него передается грунту.

При температуре грунта близкой к 0° его электрическое сопротивление достаточно невелико; в таких случаях оказывается возможным начинать оттаивание без побудительного нагрева, так (как тепло сразу же начинает интенсивно выделяться в грунте. Однако и в случае применения для побуждения прогрева бороздок и при оттаивании без предварительного побуждения рекомендуется очищать поверхность грунта от снега и покрывать ее слоем сухих опилок; прогрев без принятия этих мер связан с большими теплопотерями.

Таблица 13. Удельное сопротивление грунтов при различной температуре.

Toggle navigation

Ремонт в регионах

При включений с помощью катодов участка грунта в электрическую цепь через него может быть пропущен нагревающий его ток напряжением 120, 220 и 380 в.

Электропроводность грунта зависит от его влажности (рис.3, а), состояния и температуры влаги, концентрации находятся в грунте растворов солей и кислот (рис. 3, б), строения и температуры грунта (рис. 3, в) и т. п.

Сложность строения грунта происходящих в нем физических явлений и изменений, связанных силовыми процессами, значительно усложняет теоретическую сторонy электропрогрева грунта, которая находится пока еще в стадии проработки.

Рис. 1. Установка горизонтальных (струнных) электродов на мерзлый грунт с засыпкой опилками
1 - мерзлой грунт; 2 - горизонтальные (струйные) электроды диаметром 12—16 мм; 3 — провода, подводящие ток; 4 - опилки, смоченные раствором соли; 5 — верхнее утепление (толь, деревянные щиты, маты и т. п.)

Рис. 2. Установка вертикальных (стержневых) электродов в мерзлый грунт с засыпкой опилками
1 — вертикальные электроды; 2 — провода, подводящие ток; 3 — опилки, смоченные раствором соли, 4—верхнее утепление (толь, деревянные шиты, маты и т. п.)

Оттаивание грунта выполняют при помощи горизонтальных (срунных) и вертикальных (стержневых и глубинных) электродов. При оттаивании горизонтальными электродами (рис. 1) поверхность отогреваемого участка грунта покрывают 15—25-см слоем, смоченных водным раствором соли (хлористого натрия,кальции, медного купороса и др.) имеющих назначение лишь приводить ток и отогреть верхний слой мерзлого грунта, так как последний даже при напряжении 380 в тока практически не пропускает.

При горизонтальных электродах тепло передается первоначально грунту лишь от нагревающегося слоя опилок. Только верхний незначительной толщины слой грунта, прилегающий к электродам, включается в электроцепь и является сопротивлением, в котором выделяется тепло.

Расстояние между рядами электродов, включенными в разные фазы, составляет 40—50 см при напряжении 220 в и 70—80 см при напряжении 380 в. Применение горизонтальных электродов целесообразно при отогревании промерзших оснований и небольшой (до 0,5—0,7 м) глубине промерзания, а также в случаях, когда вертикальные (стержневые) электроды не могут быть применены вследствие малой электропроводности грунта или невозможности забивки их в грунт.

При оттаивании вертикальными стержневыми электродами влажные опилки служат вначале побудителем к прогреву верхнего слоя грунта, который по мере оттаивания включается в электрическую цепь, после чего опилки только уменьшают теплопотери оттаиваемого грунта. Вместо опилок побудителем могут служить растворы солей, заливаемые в бороздки в грунте, пробитые зубилом между всеми электродами на глубину 6 см.

При укрытии поверхности отогреваемого грунта слоем сухих опилок, как показывает практика, устройство таких бороздок дает хорошие результаты.
Применение вертикальных электродов более эффективно при глубине мерзлого грунта более 0,7 м, а также при невозможности обеспечения должного контакта между горизонтальными электродами и грунтом. В твердые (глинистые и песчаные грунты с влажностью более 15—20%) электроды забивают на глубину 20—25 см, и затем погружают глубже по мере оттаивання грунта (примерно через каждые 4—5 час).

Расстояние между электродами назначается от 40 до 70 см в зависимости от напряжения тока, характера и температуры грунта. При оттаивании на глубину 1,5 м рекомендуется иметь два комплекта электродов — короткие и длинные; по оттаивании грунта на глубину коротких электродов они заменяются длинными. Отогрев грунта на глубину 2 м и более следует производить в несколько приемов, послойно с периодическим удалением оттаявших слоев при выключенном токе. В целях экономии электроэнергии и максимального использования мощности следует стремиться, чтобы к концу оттаивания средним температура грунта не превышала +5° и максимальная +20°, и прогрев следует вести участками, периодически выключая ток.

Рис. 3. Изменение удельного сопротивления грунта в зависимости
а — от влажности грунта из красной глины, б — от содержаний NaCi в глинистом грунте при 30% его влажности (по весу), 8 — от температуры грунта при влажности 18,6%

Установка для оттаивания грунта состоит из щитов и софитов (по 4—5 на каждый распределительный щит) для подключения электродов к сети.

При применении глубинных электродов оттаивание мерзлого грунта производят снизу вверх к дневной его поверхности. Для этого электроды из круглой стали диаметром 12—19 мм (в зависимости от их длины и твердости грунта) в шахматном порядке забивают сквозь всю толщу мерзлого слоя на 15—20 см в талый грунт. В начале оттаивания электрический ток, проходящий в талом грунте, нагревает его и оттаивает расположенную непосредственно лад ним часть мерзлого слоя. Таким образом, тепловой поток, постепенно увеличиваясь по толщине снизу вверх, последовательно отогревает мерзлый грунт, причем почти все выделяемое током тепло используется для отаивания мерзлого слоя.
Такой способ оттаивания, помимо уменьшении теплопотерь, дает ряд других выгод.

Как известно, экскаваторы могут разрабатывать без предварительнoгo рыхления мерзлую корку грунта толщиной до 25—40 см, Что позволяет соответственно уменьшить глубину оттаиваемого грунта. Так как верхние слои грунта обычно являются наиболее сложными и энергоемкими, то разработка их в неоттаявшем состоянии снижает расход электроэнергии и ускоряет производство работ.

Применение более высокого напряжения дает возможность увеличивать расстояние между электродами. Последнее при напряжении 220 в принимают в 0,5 м, а при 380 в уже 0,7 м.
Нижний конец электрода заостряют, а в верхнем просверливают сквозное отверстие диаметром 3—4 мм, через которое пропускают Медный голый провод длиной 25—30 см; один конец провода приваривают к электроду, а другой присоединяют к электросети с последующим чередованием фаз.

Оттаивание токами высокой частоты. Мерзлый грунт проницаем для токов высокой частоты, и отогревание его Происходит за счет тепла, выделяемого в грунте при помещении его и переменное электрическое поле высокой частоты.
Генератор высокой частоты состоит из повышающего трансформатора, выпрямителя, генераторных ламп, конденсаторов и колебательного контура. Передвижная установка монтируется в автоприцепе и питается от сети напряжением 220—380 в или от передвижной электрической станции.
Означенный способ возможен при небольшом объеме работ, разработке траншей и особенно при аварийных работах, когда срок их выполнения является решающим фактором.

Читайте также: