Действующий
И.2 Принцип сезонности работы термоопор следует учитывать при проектировании сооружений с их применением. То, что за холодный период намораживается, в теплый период частично «растекается» в стороны. Остается к концу теплого периода только часть. Эта часть и принимается в расчет, т. е. по величине остаточного охлаждения на момент окончания теплого периода года определяется прочность многолетнемерзлых грунтов и несущая способность столбчатых опор. В связи с этим рекомендуется при проектировании учитывать «растекаемость» замороженных массивов.
И.3 «Растекаемость» в теплый период намороженных за зиму массивов определяется размером массива. Зависимость степени растепления массива, замороженного за холодный период, от его радиуса r приведена на рисунке И.2. При радиусе замороженного массива 20 м температура в его центре практически остается к концу теплого периода неизменной. В малых намороженных мерзлых массивах радиусом до 3–4 м к концу теплого периода практически весь холод «растекается» в стороны.
Рисунок И.2 – «Растекаемость» намороженных локальных массивов за теплый период года – отношение температуры t на начало холодного периода к температуре tн на начало теплого периода года при фоновой температуре минус 0 °С (кривая 1) и плюс 0 °С (кривая 2)
И.4 Расчет эффективности охлаждения термоопорами массивов многолетнемерзлых грунтов рекомендуется проводить численным методом. В принятой расчетной области поверхность полости рассматривается как зона действия граничного условия третьего рода, т. е. когда исходными данными для расчета являются температура воздуха в полости и коэффициенты теплоотдачи на поверхности полости. При этом температура воздуха в полости принимается в соответствии с рисунком И.3. Расчетную температуру воздуха в полости сквозной термоопоры tпс в уровне естественной поверхности грунта вычисляют по формуле
где tф – фоновая температура грунта на глубине 10 м, которая сформируется после строительства моста без учета термоопор (в первом приближении принимается температура, полученная по данным изысканий);
Расчетную температуру воздуха в полости коаксиальной термоопоры tпк в уровне естественной поверхности грунта вычисляют по формуле
при этом tпкв и tнкв – температурные добавки за счет разности температуры воздуха tв и фоновой температуры грунта tф соответственно на уровне естественной поверхности грунта и на глубине hнк.
При глубине подземной части термоопоры H менее 20 и 25 диаметров соответственно для сквозного и коаксиального типов температура воздуха в полости в уровне естественной поверхности не меняется, а на глубине H принимается в соответствии с рисунком И.3.
В течение года расчет проводят при следующих значениях граничных условий в пределах полости: в течение ноября – марта в расчете учитывают температуры воздуха в соответствии с рисунком И.3 при коэффициенте теплоотдачи = 7 ккал/(м2 ч °С). В остальное время года температура воздуха принимается 0 °С, а коэффициент теплоотдачи = 0,001 ккал/(м2 ч °С), что соответствует отсутствию тепловых потоков через поверхность термоопоры.
В результате теплофизических расчетов, основные исходные данные для которых сформулированы выше, получаем температурные поля в расчетной области в расчетный момент времени. Для определения несущей способности столбов опор определяют температуры на контакте поверхности столба с окружающим грунтом. На рисунке И.4 представлено в качестве примера такое распределение температур по глубине H.
Рисунок И.4 – Пример распределения температур по глубине Н грунта на контакте поверхности смерзания на момент окончания теплого периода
И.6 Рекомендации по конструкции сводятся к тому, чтобы конкретные конструктивные решения термоопор обеспечивали их работу и контроль за их состоянием в процессе эксплуатации. Для этого, прежде всего, должна быть обеспечена необходимая высота теплообменника (не менее 1/10 глубины заложения термоопоры сквозного типа и 1/6 – для коаксиального типа).
И.7 Рекомендации по технологии сводятся к тому, чтобы перед смерзанием обеспечить протаивание слоя грунта, контактирующего с внешней поверхностью термоопоры, иначе сцепления по боковой поверхности столба обеспечить невозможно. Наличие полости в столбе позволяет ввести в нее тепловой источник и обеспечить это протаивание.
Температурные наблюдения проводят с помощью термометрических скважин в грунте, которые представляют собой трубки диаметром около 5 см. Эти трубки в течение нескольких лет могут выйти из строя. Наличие полости в термоопоре позволяет проводить замеры непосредственно в полости. Поэтому при проектировании сооружений с применением термоопор необходимо предусматривать доступ с термодатчиками в полость.
Температура воздуха в полости в холодный период характеризует эффективность охлаждения, а в теплый период равна температуре грунта на контакте с термоопорой.
К.1 При прогнозировании температурного режима многолетнемерзлых грунтов оснований следует учитывать, что снегоотложения являются одним из основных факторов, определяющих условия теплообмена на поверхности. Правильность учета снегоотложений определяет не только точность, но и правильность теплофизических расчетов, при этом необходимо знать толщину снежных отложений δ и его плотность P.
К.2 Следует учитывать, что в зону теплового влияния грунтов оснований конкретной опоры (см. приложение Д) в плане находятся участки со снегоотложениями, которые могут быть разделены на 2 группы:
- снегоотложения, которые формируются в результате влияния на них сооружений мостового перехода (подходных насыпей, пролетных строений, тела опор и т. п.).
Характеристика снегоотложений δ первой группы определяется по нормативно-техническим документам или по материалам изысканий.
Характеристика снегоотложений второй группы приведена в данном приложении, и ее следует принимать в зависимости от снегопереноса в соответствии с К.3–К.6.
К.3 При отсутствии снегопереноса характер снегоотложений представлен на рисунках К.1 и К.2. Снег по прилегающей территории и по откосу насыпи или выемки равномерно распределяется по площади, и снежный покров имеет толщину δ (первая группа), которая определяется по данным нормативных документов или по материалам изысканий. Эта зона равномерных снегоотложений на рисунках К.1 и К.2 обозначена зоной 5. Под пролетным строением (зона 4) снег распространен только на ширине 0,5h (h – высота подмостового габарита) и толщиной 0,4δ. Остальная часть поверхности под пролетным строением (зона 3) оголена от снега. Поверхность проезжей части (зона 1) покрыта уплотненным при движении транспорта снегом толщиной 0,2δ. При железнодорожном проезде эта зона будет оголена. Зона 2 содержит естественные снежные отложения, увеличенные за счет снега от расчистки зоны 1.
