Отогрев грунта при земляных работах
Перейти к содержимому

Отогрев грунта при земляных работах

  • автор:

Способы прогрева грунта

Разработка грунта, связанная с рытьем траншеи в зимних условиях, осложняется необходимостью предварительной подготовки и прогрева мороженого грунта.

В городских условиях, при наличии большого количества действующих кабельных линий и других подземных коммуникаций применение ударных инструментов (отбойных молотков, ломов, клиньев и др.) невозможно из-за опасности механического повреждения действующих кабельных линий и других подземных коммуникаций. Поэтому мерзлый грунт до начала работ по рытью траншеи в зоне действующих кабельных линий должен быть предварительно отогрет с тем, чтобы земляные работы вести лопатами без применения ударного инструмента. Наиболее распространенными методами искусственного оттаивания являются термический и электротермический способы.

Методы прогрева грунтов при производстве земляных работ в осенне-зимний период

  1. Электрическими рефлекторными печами
  2. Электрическими горизонтальными и вертикальными стальными электродами
  3. Огневой способ. Костры
  4. Химический способ размораживания грунтов
  5. Паровыми и водяными иглами
  6. Горячим сыпучим теплоносителем (песок, шлак, щебень, грунт, отходы дорожного производства — асфальтобетонная крошка)
  7. Трубчатые электронагреватели (ТЭНы)
  8. Токами высокой частоты
  9. Гидравлическими станциями типа устройства для прогрева почвы от Wacker Neuson
  10. Термоэлектрические маты для прогрева грунта ТМ-800

Рассмотрим вкратце данные технологии, их преимущества и недостатки. При этом одним из основных критериев возможности применения той или иной технологии размораживания грунтов в ОАО «ОЭК» будет являться простота и безопасность выполнения работ, а также скорость размораживания грунтов.

Электрическая рефлекторная печь

Как показал опыт ведения ремонтных работ в условиях городских сетей, наиболее удобным, транспортабельным и быстрым является метод отогрева электрическими рефлекторными печами. В качестве нагревателя в печи применяется нихромовая проволока диаметром 3,5 мм. Рефлектор печи изготовляется из согнутого по оси в параболу с расстоянием от отражающего рефлектора до спирали (фокус) 60 мм алюминиевого, дюралюминиевого или стального хромированного листа толщиной 1 мм. Рефлектор отражает тепловую энергию печи, направляя ее на участок отогреваемого мороженого грунта. Для защиты рефлектора от механических повреждений печь закрывается стальным кожухом. Между кожухом и рефлектором имеется воздушный промежуток, что сокращает потери тепла от рассеивания. Рефлекторная печь присоединяется к электрической сети напряжением 380/220/127 В. При отогреве грунта собирается комплект из трех однофазных рефлекторных печей, которые соединяют в звезду или треугольник соответственно напряжению сети. Площадь отогрева одной печи составляет 0,4X1,5 м 2 ; мощность комплекта печей 18 кВт.

Рис. Рефлекторная печь для отогрева мороженого грунта. 1 — нагревательный элемент, 2 — рефлектор, 3 — кожух; 4 — контактные зажимы

Расход электроэнергии для отогрева 1 м 3 мороженого грунта составляет примерно 50 кВт-ч при продолжительности отогрева от 6 до 10 ч. При пользовании печами необходимо также 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: опыт эксплуатации данных устройств в ОАО «МОЭСК» показал необходимость тщательного обслуживания (постоянный надзор за работой) для исключения возможности поражения электрическим током, в следствии перегрева контактов. Незначительная площадь оттаивания. Необходимость организации электроснабжения (стационарными или передвижными источниками, исходя из средней площади прогрева как минимум до 20 кВт/ч).

Тепловые потери в следствии невозможности укрытия данных установок и как следствие низкий КПД (в случае их утепления -возможен перегрев и выход из строя).

Преимущества: при наличии источников питания ~ быстрая транспортировка и настройка в работу. Относительно малый по времени период оттаивания — до 10 час. Энергозатраты на оттаивание средней площадки площадью 16 м 2 на глубину 0,5 м составляют 400 кВт-час.

Электрические горизонтальные и вертикальные стальные электроды

При оттаивании грунта горизонтальными электродами по поверхности грунта укладывают электроды из полосовой или круглой стали, концы которых отгибают на 15. 20 см для подключения к проводам. Поверхность отогреваемого участка покрывают слоем опилок толщиной 15. 20 см, которые смачивают солевым раствором с концентрацией 0,2. 0,5 % с таким расчетом, чтобы масса раствора была не менее массы опилок. Вначале смоченные опилки являются токопроводящим элементом, так как замерзший грунт не является проводником. Под воздействием теплоты, генерируемой в слое опилок, оттаивает верхний слой грунта, который превращается в проводник тока от электрода к электроду. После этого под воздействием теплоты начинает оттаивать следующий слой грунта, а затем нижележащие слои. В дальнейшем опилочный слой защищает отогреваемый участок от потерь теплоты в атмосферу, для чего слой опилок покрывают толем или щитами. Этот способ применяют при глубине промерзания фунта до 0,7 м. Оттаивание грунта вертикальными электродами осуществляют с применением стержней из арматурной стали с заостренными нижними концами. При глубине промерзания 0,7 м их забивают в грунт в шахматном порядке на глубину 20. 25 см, а по мере оттаивания верхних слоев грунта погружают на большую глубину. При оттаивании сверху вниз необходимо систематически убирать снег и устраивать опилочную засыпку, увлажненную солевым раствором. Режим прогрева при стержневых электродах такой же, как и при полосовых, причем во время отключения электроэнергии электроды следует последовательно заглублять по мере прогрева грунта до 1,3. 1,5 м. После отключения электроэнергии в течение 1. 2 дней глубина оттаивания продолжает увеличиваться за счет аккумулированной в грунте теплоты под защитой опилочного слоя. Расход энергии при этом способе несколько ниже, чем при способе горизонтальных электродов.

Расход электроэнергии приданных способах размораживания составляет от 42 до 60 кВт/ч на 1 м 3 мороженого грунта при длительности отогрева от 24 до 30 ч. Работы по размораживанию грунта электрическим током должны производиться под надзором квалифицированного персонала, ответственного за соблюдение режима отогрева, обеспечения безопасности работ и исправности оборудования. Указанные требования и сложности их выполнения, естественно, ограничивают возможности применения этого способа.

Недостатками данного способа является: Возможность поражения электрическим током. Необходимость организации электроснабжения (стационарными или передвижными источниками, исходя из средней площади прогрева 16 м 2 до 180 кВт/ч). Необходимость подготовительных работ (сборка установки, утепление, а в случае вертикальных — бурение шурфов). Постоянный и тщательный контроль работы устройства. Продолжительность периода оттаивания на необходимую глубину — от 24 до 30 ч. Преимущества: простота в изготовлении (при наличии источника питания). Энергозатраты на оттаивание средней площадки площадью 16 м 2 на глубину 0,5 м составляют 480 кВт/час

Огневой способ. Костры — открытое пламя

Огневой способ основан на оттаивании грунта путем сжиганием твердого или жидкого топлива в агрегате звеньевого типа, состоящего т ряда металлических коробов в форме разрезанных, по продольной оси усеченных, конусов, из которых собирают сплошную галерею. Первый из коробов представляет собой камеру сгорания, в которой сжигают топливо. Вытяжная труба последнего короба обеспечивает тягу. Для уменьшения тепловых потерь галерею утепляют.

Рис. 3.15. Оттаивание грунта огневым способом (размеры в метрах); 1 — камера сгорания; 2 — вытяжная труба; 3 — обсыпка талым грунтом

Недостатками данной технологии является: длительный по времени процесс размораживания, наличие вспомогательных работ по устройству (разборке) конструкции, постоянный надзор за процессом, большие тепловые потери, вредные выбросы от сжигаемого топлива.

Преимущества: в условиях г. Москва отсутствуют.

Производство работ по размораживанию грунтов с использованием открытого огня (костры) невозможно ввиду запрета на работы с применением открытого огня на территории Москвы.

Химический способ размораживания грунтов

При производстве работ по данной технологии в ранее подготовленные шпуры заливается нагретый раствор реагентов (хлористого натрия). Раствор реагента (хлористого натрия), введенный в грунт, растворяет кристаллы льда, цементирующие минеральный скелет мерзлого грунта, нарушая сцепление его частиц. Химические реагенты запиваются в шпуры, которые бурятся на глубину, равную 0,7. 0,8 глубины промерзания, размещаемые в шахматном порядке на расстояние 0,6. 1 м друг от друга. При глубине промерзания 1,5. 1,8 м длительность размораживания составляет в среднем 6. 8 дней.

Недостатками донной технологи и является: длительный по времени процесс размораживания, наличие вспомогательных работ по устройству шурфов, возможность экологического загрязнения грунтов на близлежащей территории, засоление размораживаемых участков грунта и невозможность их дальнейшего использования.

Преимущества: простота в технологии, низкая стоимость, отсутствие необходимости обслуживания.

Паровые и водяные иглы

Паровое оттаивание основано на впуске пара в грунт, для чего применяют специальные технические средства — паровые иглы, представляющие собой металлическую трубу длиной до 2 м, диаметром 25. 50 мм. На нижнюю часть трубы насажен наконечник с отверстиями диаметром 2. 3 мм. Иглы соединяют с паропроводом гибкими резиновыми шлангами с кранами. Иглы заглубляют в скважины, предварительно пробуриваемые на глубину, равную 70% глубины оттаивания. Скважины закрывают защитными колпаками, снабженными сальниками для пропуска паровой иглы. После установки аккумулированных колпаков прогреваемую поверхность покрывают слоем термоизолирующего материала (например, опилок). Иглы располагают в шахматном порядке с расстоянием между центрами 1. 1,5 м. Расход пара на 1 м 3 грунта составляет 50. 100 кг. Этот метод требует расхода теплоты примерно в 2 раза больше, чем метод глубинных электродов

Способы отогрева грунта, при которых нагревательные иглы вводятся в мерзлый грунт путем бурения скважин либо их забивки, не получили применения, так как этот способ эффективен и применение его может быть оправдано экономически при глубине разрытия более 0,8 м, т. е. на глубине, которая для кабельных работ не используется.

Недостатки: необходимость подготовительных работ (шурфы, расстановка паровых игл), необходимость источника пара — и даже в случае передвижной паровой установки опасное промышленный объект (Т более 115 °С), наличие конденсата (скапливается и замерзает в период проведения работ на прилегающих территориях, при стандартной площадке 16 м 2 количество конденсата 400 — 800 л), парения в месте производства работ, необходимость постоянного тщательное наблюдение за работой установки. Большой расход энергии при работах на глубине до 0,7 м вследствие больших теплопотерь.

Преимущества: метода проявляются только при работах на больших площадях оттаивания на глубине 1,5 — 1,7 м.

Энергозатраты ориентировочно в 2 раза больше, чем при производстве работ с применением электрического разогрева.

Горячим теплоносителем (песок, шлак, щебень, грунт, отходы, дорожного производства — асфальтобетонная крошка)

Отогрев производится путем засыпки места проведения работ горячим теплоносителем с температурой порядка 100 — 200 °С (песок, шлак, щебень, грунт, отходы дорожного производства — асфальтобетонная крошка) непосредственно на земляное полотно. В случае наличия покрытия земляного полотна (плитка, асфальт, плиты) — оно должно быть демонтировано. Далее место работ огораживается, теплоноситель утепляется (для исключения теплопотерь в наружную среду). Время отогрева составляет в среднем 20+30 час, расход горячего теплоносителя на стандартную площадку 16 м 2 составляет около 4 м 3 (при стоимости с доставкой и дальнейшей отвозкой 2 500 руб/м 3 ). Ориентировочно через сутки остывший теплоноситель убирается и вывозится в места утилизации.

Преимущества: простота в устройстве и дешевизна метода (средний расход горячего песка -4 м 3 при стоимости 2 500 руб/м 3 ), отсутствие необходимости в постоянном наблюдении за процессом размораживания.

Недостатки: возможность срыва сроков поставки, остывание теплоносителя во время транспортировки, необходимость уборки остывшего теплоносителя — погрузка на автомобиль, в случае замерзания самого теплоносителя — дополнительные затраты по его уборке (возможно размораживанию). Длительное время размораживания 20+30 час.

Трубчатые электронагреватели

Данная технология основана на передаче теплоты мерзлому грунту контактным способом. В качестве основных технических средств применяют электроиглы, представляющие собой стальные трубы длиной около 1 м, диаметром до 50. 60мм. Внутри иглы установлен нагревательный элемент, изолированный от корпуса трубы. Нагревательный элемент имеет контактные выводы для подключения к электрической цепи. Нагреваясь, он передает тепловую энергию стальному корпусу, а тот — мерзлому грунту.

Трубчатые электронагреватели (ТЭНы) относятся к электроприборам, с помощью которых грунт оттаивают радиально в горизонтальном направлении. Электронагреватели рассчитаны на напряжение 220. 380 В, силу тока 5 А и температуру нагрева 300. 600 °С. ТЭНы включают в цепь электрического тока последовательно, опускают в заранее пробуренные шпуры диаметром до 50 мм и располагают в плане в шахматном порядке на расстояниях 0.5. 1 м. Для прогрева грунта применяют также коаксиальные электронагреватели, которые представляют собой две трубы длиной 1,5 м, диаметром 25 и 13 мм, вставленные соосно одна в другую, свободное пространство заполнено кварцевым песком. Процесс отогрева длится 1,5. 2 суток при расходе 10. 42 кВт-ч на 1 м 3 мерзлого грунта.

Схема коаксиального электронагревателя:

1 — наружная труба; 2 — внутренняя труба; 3 — песок; 4 контактные пластины

Недостатки: необходимость тщательного обслуживания (постоянный надзор за работой) для исключения возможности поражения электрическим током, в следствии перегрева контактов. Незначительная площадь оттаивания. Необходимость организации электроснабжения (стационарными или передвижными источниками, исходя из средней площади прогрева 16 м 2 до 10-12 кВт/ч). Необходимость подготовительных работ (шурфы, расстановка ТЭНов). Длительный по времени период оттаивания — от 36 до 48 час. Преимущества: Относительно малые энергозатраты — исходя из средней площади прогрева 16 м 2 на глубину 0,5 м составляют 240 кВт-час.

Энергозатраты на оттаивание средней площадки площадью 16 м 2 на глубину 0,5 м составляют 240 кВт-час.

Токи высокой частоты

Этот способ пока не получил практического применения ввиду сложности оборудования, возможности негативного воздействия на металл (в частности проходящих рядом сетей). Серийно выпускаемое оборудование отсутствует. Однако при возможности его применения (наличие правильно подобранного оборудования с определенными режимами) — это один из наиболее эффективных методов размораживания грунтов в части времени размораживания. При этом необходимо учитывать, что сокращение времени на размораживание приведет к большим энергозатратам на единицу времени. В России функционирует ФГУП Всероссийский Научно-Исследовательский Институт токов высокой частоты им. В.П. Вологдина (Санкт-Петербург). Институт производит разработку и изготовление специализированного оборудования в данном направлении.

Имеющиеся в институте экспериментальные данные и проведённые аналитические оценки показывают, что при мощности излучения 50 кВт на частоте 915 МГц для поднятия температуры 1 м 3 грунта от -10 до 0 °С потребуется 10+20 минут. Прогрев при этом будет осуществляться послойно с удалением размороженного слоя. Разово отогреваемая площадь составит от 0,25 м 2 до 0,75 м 2 (в зависимости от количества излучателей-рупоров). Для достижения глубины 1м потребуется удалить 3+4 слоя. С учётом КПД генератора общая подводимая к установке мощность будет составлять 80+90 кВт. Ориентировочная стоимость разработки и изготовления данной установки по предварительной оценке составляет 8+10 млн.руб.

Общее описание установки:

В прицепе (2) располагаются: генераторный блок и источник питания (ИП), блок защиты генератора и автоматики (БЗА), излучатель. Излучатель представляет собой одну или несколько антенн (например, рупорных антенн). Антенны должны иметь возможность вертикального перемещения для обеспечения оптимального расстояния от нагреваемого объёма. Кроме того, в прицепе должны располагаться водоохлаждающая станция для охлаждения магнетрона и циркулятора и блок управления с рабочим местом для оператора. Ориентировочная площадь прицепа будет 5+6 м 2 , масса оборудовании составит 0,8 — 1,2 т. Отогреваемая разово площадь составит от 0,25 м 2 до 0,75 м 2 .

Методы размораживания грунтов, применяемые в аналогичных компаниях и условиях.

В аналогичных условиях эксплуатации электросетевых объектов ОАО «МОЭСК» для размораживания грунтов в настоящее время использует горячий сыпучий теплоноситель как одно из более простых и доступных средств. Ранее используемый ОАО «МОЭСК» опыт применения рефлекторных печей не нашел применения в компании вследствие необходимости постоянного контроля за технологическим процессом, в частности постоянный контроль за нагревательными контактами для исключения их перегрева и нарушения, которые могут привести к поражению электрическим током.

Опыт организации работ в зарубежных компаниях.

Опыт организации аналогичных работ, в частности выполняемых коммунальными службами, за рубежом базируется на применении экологически чистых, безопасных в производстве работ методах. В частности — применение гидравлических станции для размораживания грунтов.

Гидравлические станции типа устройства для прогрева почвы типа Е700М и Е350М

Технология размораживания грунтов гидравлическими станциями основана на передаче тепла от нагреваемого установкой жидкого теплоносителя через раскатываемые гибкие нагревательные рукава непосредственно на поверхность грунта. Нагрев теплоносителя производится внутри установки горелкой. Максимальная температура нагрева теплоносителя в данных установках (в зависимости от производителя) находится в пределах 75 °С — 90°С. Установки оборудуются довольно большим количеством гибких рукавов, которые позволяют размораживать одновременно площадки размером до 400 м 2 . Безостановочная эксплуатация данных установок возможно в течении 5 суток. Средняя скорость размораживания грунтов с применением данных установок составляет 30 — 60 см/сутки. Однако при более плотной укладке нагревательных рукавов и их тщательной теплоизоляции возможно сокращение сроков размораживания грунтов. Преимуществами данных установок является простота в обслуживании, безопасность и стабильность результатов при производстве работ, возможно при необходимости размораживать значительные площади мерзлого грунта.

К недостаткам можно отнести высокую стоимость оборудования (2 — 3 млн.руб), необходимость присутствия оператора при производстве работ по размораживанию грунтов.

В частности одним из производителей оборудования в данном направлении является фирма Ваккер Нойсон.

Немецкая технология прогрева грунта позволяет избежать траты большого количества средств, При этом прогрев мерзлого грунта осуществляется в относительно короткие сроки 20-30 час, что позволяет экономить время на проведении работ и точно рассчитывать сроки требуемых на земляные работы.

Максимальный выход тепла в кратчайшее время. Тепловой К. П.Д. при идеальных условиях достигает 94% (высочайший показатель в отрасли).

Нагнетательные насосы обеспечивают максимальную производительность и равномерную теплопередачу.

Благодаря эффективному использованию энергии возможно непрерывное использование длительностью до 63 часов (Е 350М) или 130 часов (Е 700М).

Способность размораживать замерзший грунт до глубины 60 см в сутки.

Цифровой термостат позволяет оператору просто регулировать температуру теплообменной среды.

Этапы рабочего процесса:

    Установка благодаря колесной базе легко доставляется на рабочую площадку. Нагревательный рукав легко разматывается с встроенной лебедки и укладывается змейкой на обрабатываемой поверхности ‘рукав может покрыть 200 лГ — Е 350М и 400 м’ — Е 700М). Вот как это работает:

Термоматами ТМ-800 для прогрева грунта

Технология применения термоматов ТМ-800 для размораживания грунтов основана на действии инфракрасного излучения. В качестве греющего элемента в термоматах используется греющая инфракрасная термоплёнка Heat Plus, поэтому прогрев происходит одновременно сразу на всю глубину промерзания (использование проникающих свойств инфракрасной энергии) плюс контактной передачей тепла от поверхности термомата.

Термоматы ТМ-800 для прогрева грунта — это полностью готовое устройство, имеющее нагреватель, теплоизоляцию, датчики регулировки температуры и грязе-водонепроницаемую оболочку. Стандартные размеры термомата 1,2*3,2 м, мощностью 800 Вт/м 2 .

термоматы

Практика показывает, что для прогрева грунта на глубину 80 см необходимо от 20 до 32 часов.

К недостаткам метода размораживания грунтов термоматами можно отнести необходимость обеспечения их электропитания, необходимость нахождения в месте производства работ наблюдающего-оператора и отсутствие антивандальной защиты.

К преимуществам применения термоматов ТЭМ для прогрева грунта можно отнести низкую стоимость (2 500 руб/м 2 ), простота настройки и обслуживания, низкое энергопотребление — 8 кВт/час на стандартную площадь 16 м 2 .

Экспериментальный график прогрева грунта термоматами.

Эксперимент проводился в конце зимы (время наибольшего промерзания грунта).

Прогрев грунта термоматами происходит в автоматическом режиме. Условия проведения эксперимента:

  • Температура воздуха: -20 °С.
  • Начальная температура грунта: -18 °С.
  • Грунт: (глина, песок, шлак) 20 см далее глина.
  • Термоэлектрический мат ТМ-800 стандартного размера 1,2*3,2 м, мощностью 800 Вт/м.кв.

Этапы работы:

  1. Подготовительный этап

На подготовительном этапе проводится расчистка участка от снега, поверхность максимально выравнивается (выступающие элементы срезаются, ямы засыпаются песком). Производится расчёт количества и параметров термоматов.

  1. На подготовленную площадку укладываются полиэтиленовая пленка.
  2. Вся площадь которую необходимо прогреть застилается термоматами, при этом не допускается их взаимное перекрытие.
  3. Осуществляется подключение термоматов к питающему проводу по «параллельной» схеме.
  4. Подается электропитание и осуществляется прогрев.

Прогрев грунта термоматами ТМ-800 происходит в автоматическом режиме. В первые часы, всё выделенное тепло поглощается грунтом и термоматы работают не отключаясь, затем с прогревом поверхности грунта начинает повышаться температура на греющей поверхности термомата и при её достижении 70 °С секции отключаются. Повторное включение секции термомата происходит при достижении нижнего температурного порога (55 — 60 °С). В таком режиме термоматы работают до их отключения от электросети.

Практика показывает, что для прогрева грунта на глубину 60 см. необходимо от 20 до 32 часов. Следует принимать во внимание, что на время прогрева влияют начальные условия (температура воздуха и грунта) и свойства грунта (теплопроводность).

Во избежание перегрева и возможного прогара термомата, необходимо обеспечить достаточный теплообмен (плотное прилегание термомата к прогреваемой поверхности). Не допускается размещение между матом и обогреваемым объектом, каких-либо теплоизолирующих материалов, препятствующих передаче тепловой мощности к обогреваемому объекту.

После окончания прогрева грунта необходимо отключить подачу электропитания, после чего термоматы можно аккуратно убирать. Срок службы термомата напрямую зависит от бережного отношения к нему. Не допускается хождение по термоматам и бросание тяжелых и острых предметов на его поверхность. Складывать термомат можно только по специальным линиям сгиба. Размеры термомата для прогрева грунта в сложенном состоянии 110 см*120 см*6 см. Хранить термоматы рекомендовано в сухом месте. Теоретическая номограмма для определения ориентировочной продолжительности оттаивания и отогрева мерзлых грунтовых оснований нормальной влажности термоматами.

Допустим, глубина промерзания основания равна 1 метру, средняя температура воздуха — 15 °С, основание суглинистое и средняя температура обогрева + 50 °С, тогда продолжительность обогрева составит примерно 11 часов.

Способы прогрева мерзлого грунта и их особенности

Производство нагревателей для оснащения любого оборудования

75.400

Земляные работы в зимний период осложняются необходимостью предварительной подготовки почвы. Применение отбойных молотков или иной вариант механического воздействия не всегда оправдан, а порой попросту невозможен. Существует вероятность повредить подземные коммуникации или нанести ущерб стоящим рядом зданиям. Поэтому широкое распространение получили термические способы воздействия.

Прогрев бетона на заводе ЖБИ, стройке до R28 за 12-24 часов

Маты для прогрева промёрзшего грунта c -20°С до 0°С за 12 часов

Традиционные виды прогрева мерзлого грунта

Разработано множество технологий, основанных на различных принципах термического воздействия. Каждая из них имеет сои преимущества и недостатки.

Рефлекторная печь

ottaivanie_grunta_ognevim_sposobom

Быстрый, удобный и мобильный метод хорошо подходит для работы в городской черте. В качестве генератора тепла служит нихромовая проволока толщиной 3,5 мм. Направление теплового излучения корректируется рефлектором из хромированного листа толщиной около 1 мм.

Сам отражатель защищен металлическим кожухом. Между стенками двух металлов существует воздушная подушка, которая исполняет роль термозащиты. Печь работает от сети 127/220/380В и способна отогреть 1,5 м2 грунта. Для отогрева кубического метра грунта необходимо порядка 50 кВт/час электрической энергии и 10 часов времени. Существенные изъяны метода:

  1. высокая вероятность поражения электрическим током посторонних лиц. Требуется ограждения и охрана на время работы установки;
  2. малая площадь охвата;
  3. нужна система энергообеспечения мощностью порядка 20 кВт/час для работы комплекса из трех установок.

Электроды

preimushhestva-pered-drugimi-metodami

Они изготавливаются из круглой или полосованной стали, загоняются в землю и подключаются к источнику энергоснабжения. Поверхность грунта устилается опилками и пропитывается соляным раствором. Этот слой служит и проводником и в качестве утеплителя.

Расход электричества на оттаивание кубического метра грунта составляет 40-60 кВт, а процесс занимает 24-30 часов. Среди недостатков метода нужно отметить:

  1. высокая вероятность поражения электрическим током посторонних лиц;
  2. нужна постоянная подача электричества;
  3. размораживание грунта осуществляется очень долго;
  4. потребность в подготовительных работах.

Открытое пламя

Способ основывается на сжигании жидкого или твердого топлива в специальном устройстве, состоящем из открытых резервуаров. Конструкция предусматривает, что в первый короб служит камерой сгорания, а последний снабжен вытяжной трубой. Пользователи отмечают недостатки технологии:

  1. размораживание занимает много времени;
  2. существенные потери тепловой энергии;
  3. предварительно нужно выполнить комплекс подготовительных работ;
  4. вредные выбросы и необходимость постоянного контроля.

Химический способ

Для размораживания грунта при помощи химических реагентов в почве просверливаются шпуры. Затем в отверстия заливается хлористый натрий, который растворяет лед. Весь процесс длится от шести до восьми дней. Недостатки химического метода:

  1. размораживание занимает много времени;
  2. необходимость в обустройстве шурфов;
  3. много вопросов вызывает экологичность процесса;
  4. материалы не могут использоваться повторно.

Паровые иглы

0

Собственно, трубу длиной два метра и диаметром до 50 мм сложно назвать иглой. По ней в грунт подается водяной пар. Для установки игл предварительно нужно пробурить отверстия на глубину не менее 70% от высоты слоя оттаивания. Сами скважины после подключения к системе парообеспечения закрывают колпаками и засыпают слоем термоизолирующего материала.

Основными недостатками метода являются:

  1. потребность в подготовке;
  2. необходимость в генераторе пара;
  3. образование и дальнейшее замерзание конденсата;
  4. нужен щепетильный контроль над процессом.

Горячий теплоноситель

Почва отогревается от горячего минерала (100-200 градусов Цельсия), которым покрывается поверхность земли. Нередко применяются отходы дорожного производства – бракованный асфальт или бетонную крошку. Время размораживания составляет не менее 20-30 часов. Из недостатков данного способа необходимо отметить:

  1. зависимость от субподрядчика;
  2. потери тепла во время доставки теплоносителя;
  3. необходимость уборки теплоносителя после отмораживания грунта;
  4. длительный период оттаивания.

Трубчатые электрические нагреватели

Технология предусматривает передачу тепловой энергии контактным способом. В качестве рабочих элементов выступают электрические иглы. Они представляют собой метровые трубы диаметром 50-60 мм. Внутри установлены электрические нагревательные элементы.
ТЭНы располагаются в грунте горизонтально и подключаются к цепи последовательно. Недостатками данного метода являются:

  1. необходимость постоянного контроля;
  2. возможность поражения электрическим током;
  3. небольшая площадь оттаивания;
  4. потребность в подготовительных работах.

Прогрев грунта термоэлектроматами

maxresdefault

Прекрасной альтернативой существующим методам прогрев грунта является его обогрев с использованием термоматов. Они обеспечивают равномерный прогрев грунта по всей глубине и поддерживают заданную температуру в автоматическом режиме.
Оборудование производится на основе теплоизлучающих пленок. Оно производятся различной площади и конфигурации. Толщина панели составляет около 10 мм. Она работает от однофазной сети и может генерировать температуру до 70 0С. Направленное действие инфракрасного излучения определяет высокую эффективность работы устройства.

Преимущества использования термоэлектроматов «ФлексиХит»:

  1. оборудование не загрязняет окружающую среду;
  2. его использование абсолютно безопасно как для сотрудников компании, так и для посторонних людей;
  3. высокий КПД обеспечивает сравнительно малый расход электричества даже в очень сильные морозы;
  4. оборудование не требует предварительной подготовки и полностью готово к работе.

Генерирующие температуру панели легко монтируются. Они соединяются между собой при помощи люверсов и плотно покрывают поверхность любой формы, образуя цельное полотно. По требованию заказчика термоматы производятся под заказ с индивидуальными параметрами мощности и нужных размеров.

Прогрев грунта термоэлектроматами ФлексиХИТ

korzina

КУПИТЬ Термоэлектроматы ФлексиХИТ для прогрева грунта

Получайте новости о скидках и акциях от компании на ваш email:

отогрев грунта

Реком.: 1, энерг.: 22 , стаж 5271 день, отмечен 148 раз

Думаю,тут вариантов не много.Костер вам в помощь,нас в свое время, только так учили его отогревать. добавлено 12.02.2012 в 09:43 Если костер не устраивает,то воспользуйтесь чем нибудь подобным
//www.estateline.ru/articles/1171/

12.02.2012 в 13:55

Реком.: 8, энерг.: 39 , стаж 4923 дня, отмечен 62 раза

//forca.ru/knigi/arhivy/prokladka-s.
Разработка грунта, связанная с рытьем траншеи в зимних условиях, осложняется необходимостью предварительной подготовки и отогрева мороженого грунта. Глубина сезонного промерзания грунта определяется по данным метеорологических станций.
В городских условиях, при наличии большого количества действующих кабельных линий и других подземных коммуникаций применение ударных инструментов (отбойных молотков, ломов, клиньев и др.) невозможно из-за опасности механического повреждения действующих кабельных линий и других подземных коммуникаций.
Поэтому мерзлый грунт до начала работ по рытью траншеи в зоне действующих кабельных линий должен быть предварительно отогрет с тем, чтобы земляные работы вести лопатами без применения ударного инструмента.
Отогрев грунта может производиться электрическими рефлекторными печами, электрическими горизонтальными и вертикальными стальными электродами, электрическими трехфазными нагревателями, газовыми горелками, паровыми и водяными иглами, горячим песком, кострами и т. д. Способы отогрева грунта, при которых нагревательные иглы вводятся в мерзлый грунт путем бурения скважин либо их забивки, не получили применения, так как этот способ эффективен и применение его может быть оправдано экономически при глубине разрытия более 0,8 м, т. е. на глубине, которая для кабельных работ не используется. Отогрев грунта может также вестись токами высокой частоты, однако и этот способ пока не получил практического применения ввиду сложности оборудования и низкого коэффициента полезного действия установки. Независимо от принятого способа отогреваемая поверхность предварительно очищается от снега, льда и верхних покровов основания (асфальт, бетон).

Отогрев грунта электрическими токами промышленной частоты при помощи стальных электродов, уложенных горизонтально на мороженый грунт, заключается в создании цепи электрического тока, где отмораживаемый грунт используется как сопротивление.
Горизонтальные электроды из полосовой, угловой и любых других профилей стали длиной 2,5—3 м укладывают горизонтально на мерзлый грунт. Расстояние между рядами электродов, включаемых в разноименные фазы, должно быть 400 — 500 мм при напряжении 220 В и 700—800 мм при напряжении 380 В. Ввиду того что мерзлый грунт плохо проводит электрический ток, поверхность грунта засыпается слоем опилок, смоченных в водном растворе соли толщиной 150—200 мм. В начальный период включения электродов основное тепло передается в грунт от опилок, в которых под влиянием электрического тока возникает интенсивный разогрев. По мере разогрева грунта, повышения его проводимости и проходящего через грунт электрического тока интенсивность разогрева грунта повышается.
С целью уменьшения потерь тепла от рассеивания слой опилок уплотняют и накрывают деревянными щитами, матами, толем и пр.
Расход электрической энергии для отогрева грунта с помощью стальных электродов в большой степени определяется влажностью грунта и составляет от 42 до 60 кВт-ч на 1 м3 мороженого грунта при длительности отогрева от 24 до 30 ч.
Работы по размораживанию грунта электрическим током должны производиться под надзором квалифицированного персонала, ответственного за соблюдение режима отогрева, обеспечения безопасности работ и исправности оборудования. Указанные требования и сложности их выполнения, естественно, ограничивают возможности применения этого способа. Лучшим и более безопасным методом является применение напряжения до 12 В.

Рис. 15. Конструкция трехфазных нагревателей для отогрева грунта

а — нагреватель; б — схема включения; 1 — стержень стальной диаметром 19 мм, 2 —труба стальная диаметром 25 мм, 3 —втулка стальная диаметром 19—25 мм, 4 — контакты медные сечением 200 мм2, 5 — полоска стальная 30X6 мм2.

prokladka-kabelej-36.jpg

12.02.2012 в 13:57

Реком.: 8, энерг.: 39 , стаж 4923 дня, отмечен 62 раза

Электрические трехфазные нагреватели позволяют произвести отогрев грунта при напряжении 10 В. Элемент нагревателя состоит из трех стальных стержней, каждый стержень вставлен в две стальные трубы, общая длина которых на 30 мм меньше длины стержня; концы стержня сварены с концами этих труб.
Пространство между стержнем и внутренней поверхностью каждой трубы засыпано кварцевым песком и для герметизации залито жидким стеклом (рис. 15)- Концы трех труб, расположенных в плоскости А—Л, соединены между собой приваренной к ним полоской стали, образуя нейтральную точку звезды нагревателя. Три конца труб, расположенных в плоскости Б—Б, при помощи закрепленных на них медных зажимов присоединяются через специальный понизительный трансформатор мощностью 15 кВ-А к электрической сети. Нагреватель укладывается непосредственно на грунт и засыпается талым песком толщиной 200 мм. Для уменьшения потерь тепла отогреваемый участок дополнительно укрывают сверху матами из стекловолокна.
Расход электрической энергии для отогрева 1 м3 грунта при этом методе составляет 50—55 кВт-ч, а время отогрева 24 ч.

Электрическая рефлекторная печь. Как показал опыт ведения ремонтных работ в условиях городских сетей, наиболее удобным, транспортабельным и быстрым при одних и тех же условиях, определяемых степенью промерзания, характером отогреваемого грунта и качеством покрытия, является метод отогрева электрическими рефлекторными печами. В качестве нагревателя в печи применяется нихромовая или фехралевая проволока диаметром 3,5 мм, навитая спиралью на изолированную асбестом стальную трубу (рис. 16).
Рефлектор печи изготовляется из согнутого по оси в параболу с расстоянием от отражающего рефлектора до спирали (фокус) 60 мм алюминиевого, дюралюминиевого или стального хромированного листа толщиной 1 мм. Рефлектор отражает тепловую энергию печи, направляя ее на участок отогреваемого мороженого грунта. Для защиты рефлектора от механических повреждений печь закрывается стальным кожухом. Между кожухом и рефлектором имеется воздушный промежуток, что сокращает потери тепла от рассеивания.
Рефлекторная печь присоединяется к электрической сети напряжением 380/220/127 В.
При отогреве грунта собирается комплект из трех однофазных рефлекторных печей, которые соединяют в звезду или треугольник соответственно напряжению сети. Площадь отогрева одной печи составляет 0,4X1,5 м2; мощность комплекта печей 18 кВт.

Рис. 16. Рефлекторная печь для отогрева мороженого грунта.
1 — нагревательный элемент, 2 — рефлектор, 3 — кожух; 4 — контактные зажимы

Расход электроэнергии для отогрева 1 м3 мороженого грунта составляет
примерно 50 кВт-ч при продолжительности отогрева от 6 до 10 ч.
При пользовании печами необходимо также обеспечить безопасные условия производства работ. Место отогрева должно быть ограждено, контактные зажимы для присоединения проводом закрыты, а спирали течи не должны касаться грунта.

prokladka-kabelej-38.jpg

12.02.2012 в 13:58

Реком.: 8, энерг.: 39 , стаж 4923 дня, отмечен 62 раза

Отогрев мороженого грунта огнем. Для этой цели используется как жидкое, так и газообразное топливо. В качестве жидкого топлива применяется солярное масло. Расход его составляет 4—5 кг на 1 м3 отогретого грунта. Установка состоит из коробов и форсунок. При длине коробов 20—25 м установка за сутки дает возможность отогреть грунт на глубине 0,7—0,8 м.
Процесс подогрева длится 15—16 ч. В течение остального времени суток оттаивание грунта происходит за счет аккумулированного тепла его поверхностным слоем.
Более эффективным и экономическим топливом для отогрева грунта является газообразное.
Газовая горелка, применяемая для этой цели, представляет собой отрезок стальной трубки диаметром 18 мм со сплюснутым конусом. Полусферические короба изготовляют из листовой стали толщиной 1,5—2,5 мм. Для экономии (потерь тепла короба обсыпают теплоизоляционным слоем грунта толщиной до 100 мм. Стоимость отогрева грунта газовым топливом составляет в среднем 0,2—0,3 руб/м3.
Отогрев грунта кострами применяется при незначительном объеме работ (рытье котлованов и траншеи для вставки). Костер разводят после расчистки места от снега и льда. Для большей эффективности отогрева костер накрывают листами железа толщиной 1,5—2 мм. После того как грунт отогрет на глубину 200—250 мм, что устанавливается специальным стальным зондом, дают костру догореть, после чего выбирают лопатами оттаявший грунт. Затем на дне образовавшейся впадины вновь разводят костер, повторяя эту операцию до тех пор, пока мороженый грунт не будет выбран на всю глубину. В ходе работ по отогреву грунта необходимо следить за тем, чтобы вода от тающего снега и льда не заливала костер.
В процессе отогрева грунта действующие кабели могут быть повреждены в результате воздействия теплонагревателя. Как показал опыт, для надлежащей защиты действующих кабелей при отогреве грунта необходимо, чтобы между нагревателем и кабелем сохранялся слой земли толщиной не менее 200 мм в течение всего времени отогрева.

Оборудование и методы прогрева мерзлых грунтов при производстве земляных работ

Заголовок этого раздела описывает то общее, что объединяет все приведенные ниже технологии прогрева.

ТЭНы. Технология оттаивания грунта трубчатыми электронагревателями (ТЭН) основана на передаче теплоты мерзлому грунту контактным способом. В металлические полые иглы, представляющие собой стальные трубы длиной около 1 м и диаметром до 50–60 мм, устанавливаются нагревательные элементы – стальные бесшовные трубы диаметром 13–25 мм, внутри которых на изоляторах помещают спираль из нихромовой проволоки (которая, например, имеет диаметр 0,6 мм, длину 20 м и сопротивление 48,4 Ом). Пространство между стенками трубки и спиралью заполняют прессованным порошком плавленой окиси магния. Последний хорошо проводит тепло, обладает жаростойкостью и высоким электрическим сопротивлением. Пространство между нагревательным элементом и стенками иглы заполняют жидкими или твердыми материалами-диэлектриками, которые хорошо передают тепло. Нагревательный элемент имеет контактные выводы для подключения к электрической цепи. Нагреваясь, он передает тепловую энергию стальному корпусу, а тот радиально в горизонтальном направлении мерзлому грунту.

ТЭН

ООО «УралСпецГрупп» выпускает сертифицированную и произведенную с соблюдением всех стандартов и ГОСТа продукцию, в том числе ТЭНы различного назначения (для нагрева воздуха, воды, масла и т. д.) длиной от 320 до 6000 мм, диаметром от 6,5 до 18 мм и мощностью от 0,25 до 20 кВт. Специалисты предприятия могут оказать помощь в проведении необходимых расчетов и подборе промышленных ТЭНов.

Действие ТЭНов. ТЭНы опускают в заранее пробуренные скважины диаметром 40–100 мм и глубиной не менее 3/4 толщины слоя мерзлого грунта, расположенные в шахматном порядке на расстоянии 0,5–1 м друг от друга. В местах установки ТЭНов грунт утепляется шлаковатой, стекловатой, опилками и другими подобными термоизолирующими материалами. Электронагреватели рассчитаны на напряжение 220–380 В, силу тока 5 А и температуру нагрева 300-–600°С.

ТЭН

Интенсивность оттаивания грунта зависит от температуры поверхности электроигл, в связи с чем наиболее экономичной является температура 60–80 °С. Важное значение имеют также величина удельной мощности электронагревателя и диаметр скважины. Рекомендуется применять электронагреватели удельной мощностью от 1,5 до 2,8 Вт/cм 2 . Более мощные нагреватели могут перегреть и высушить контактный слой грунта у стенок шпура, что увеличивает продолжительность отогрева, теплопотери и удельную энергоемкость. Процесс оттаивания грунта занимает около 48 ч. При этом на 1 м 3 почвы расходуется до 42 кВт·ч электроэнергии.

Большое влияние на скорость оттаивания грунта оказывает режим работы нагревателя. Рекомендуется включать ТЭНы не непрерывно, а периодически, попеременно с периодами термосного выдерживания. Так, например, при оттаивании мерзлых суглинистых грунтов естественной влажности (21–25%) в радиусе 200–300 мм от центра вертикально установленных ТЭНов рекомендуется режим: 10 ч прогрева и 4 ч термосного выдерживания.

Предприятие «СибСпецТэн» (г. Новосибирск) выпускает трубчатые электронагреватели (ТЭН) для нагрева воды, масла и т. д. ТЭНы изготавливаются из углеродистой или нержавеющей стали с диаметром трубки от 6,5 до 16 мм. Также возможно изготовление на заказ по индивидуальным размерам.

Подключение электропитания. ТЭНы включают в цепь электрического тока последовательно. ТЭНы можно подключать через однофазные понижающие трансформаторы, в том числе и сварочные. Следует только учитывать, что некоторые сварочные трансформаторы рассчитаны на работу с перерывами, поэтому при длительной работе нагрузка на них должна быть на 30–40% ниже, чем при сварке. При отсутствии понижающих трансформаторов ТЭНы можно подключать к сети напряжением 220/ 380 В. В этом случае в каждую фазу последовательно включают до 50–70 ТЭНов, в зависимости от мощности источника.

Коаксиальные нагревательные трубы. Для прогрева грунта применяют также коаксиальные электронагреватели, которые представляют собой две трубы длиной 1,5 м, диаметром 25 и 13 мм, вставленные соосно одна в другую, свободное пространство между трубами заполняется кварцевым песком. В качестве проводников электрического тока можно использовать также обыкновенные водопроводные трубы диаметром 1″ и 1/2″. Внутреннюю трубу можно заменить стержнем такого же диаметра. Коаксильная конструкция нагревателей обеспечивает безопасность эксплуатации и позволяет устанавливать их в контакте с грунтом любой влажности. Между собой нагреватели соединяют медными или алюминиевыми шинами сечением 120–160 мм. Способ установки коаксиальных электронагревателей и их утепление аналогичны вышеприведенному при применении ТЭНов. Процесс отогрева длится 1,5–2 суток при расходе 10–42 кВт·ч на 1 м 3 мерзлого грунта. В качестве источников питания используют силовые трансформаторы или передвижные электростанции. При достаточной мощности рекомендуется использовать обыкновенные сварочные трансформаторы с вторичным напряжением 60 В.

Гидравлическая станция для прогрева бетона

Панель управления электрической станции для прогрева бетона

Нагреватели инфракрасного излучения. При температуре 500–700 °С поверхности нагревателей становятся источником инфракрасного излучения, и количество передаваемой от них энергии резко возрастает. Электронагреватели инфракрасного излучения, так же как и ТЭНы, устанавливают в предварительно пробуренные шпуры. Нагревательный прибор этого типа состоит из трех электрических трубчатых генераторов излучения, установленных на изоляторах в металлический кожух. Такие нагреватели, разогретые до 500–700 °С, при температуре наружного воздуха –25 °С позволяют отогреть зону грунта в диаметре 400–500 мм за 5–6 ч.

Преимущества данного способа прогрева. Относительно малые энергозатраты: в среднем на прогрев площади 1 м 2 на глубину 0,5 м они составляют 15 кВт·ч.

Недостатки. Необходимость подготовительных работ определенного объема (бурение скважин, установка ТЭНов). Необходимость тщательного обслуживания, постоянного контроля за работой для исключения возможности поражения электрическим током работников вследствие перегрева контактов. Необходимость организации электроснабжения (стационарными или передвижными источниками, исходя из средней потребности в 0,6–0,75 кВт·ч на 1 м 2 площади прогрева. Длительный по времени период оттаивания – от 36 до 48 ч. Незначительная площадь оттаивания. Расход тепла по сравнению с глубинными электродами выше в 1,6–1,8 раза.

В целом этот способ эффективный, но сложный и затратный. Способы отогрева грунта, при которых нагревательные иглы вводятся в мерзлый грунт путем бурения скважин, не получили применения в коммунальных работах, так как этот способ эффективен и применение его может быть оправдано экономически при глубине выемки грунта более 0,8 м, т. е. на глубине, которая для кабельных работ не используется.

Прогрев грунта гидравлическим способом

Паровые и водяные иглы. Паровое оттаивание – это подача водяного пара в грунт через т. н. «паровые иглы», представляющие собой металлические трубы длиной до 1,5–2 м и диаметром 25–50 мм. На нижнюю часть трубы насажен наконечник с множеством отверстий диаметром 2–3 мм. Иглы соединяют с паропроводом гибкими резиновыми шлангами с кранами. Иглы опускают в предварительно пробуренные в шахматном порядке с расстоянием между центрами 1–1,5 м скважины на глубину, равную 70% от запланированной глубины оттаивания. Каждую скважину закрывают защитным колпаком из дерева, обшитого кровельной сталью с отверстием, через которое проходит паровая игла. Игла в отверстии уплотняется сальником. Сверху прогреваемую поверхность покрывают слоем термоизолирующего материала (например, опилок). Пар подается по шлангам под давлением 0,06–0,07 МПа. Для экономии пара режим прогрева иглами рекомендуется сделать прерывистым (например, 1 ч – подача пара, 1 ч – перерыв) с поочередной подачей пара в параллельные группы игл. Расход пара на прогрев 1 м 3 грунта составляет 50–100 кг.

Водяные циркуляционные иглы. Существует также метод прогрева грунта водяными циркуляционными иглами. Этот метод, с одной стороны, родственный методу паровых игл, а с другой – технологии «гидравлического оттаивания».

Водяная игла состоит из двух коаксиальных труб, из которых внутренняя имеет внизу открытый, а наружная – заостренный концы. Горячая вода входит в иглу по внутренней трубе, а через нижнее ее отверстие поступает в наружную трубу, по которой поднимается к выходному патрубку, откуда по соединительной трубе идет к следующей игле. Иглы устанавливают в скважины, пробуренные в шахматном порядке на расстоянии 0,75–1,25 м одна от другой, и соединяют последовательно по нескольку штук в группы, которые включают параллельно между разводящими и обратными трубопроводами. В качестве теплоносителя используют воду, нагретую до 50–60 °С и циркулирующую по замкнутому контуру «котел–разводящие трубы–водяные иглы–обратные трубы–котел». Такая схема обеспечивает наиболее полное использование тепловой энергии. После непрерывной работы водяных игл в течение 1,5–2,5 суток их извлекают из грунта, поверхность его утепляют, после чего в течение 1–1,5 суток происходит расширение талых зон за счет аккумулированного тепла.

Сфера применения. Считается, что метод прогрева грунта паровыми и водяными иглами оправдан при глубине будущей траншеи или котлована более 0,8–1,5 м, поскольку при прогреве на глубину 0,7 м и меньше имеют место большие потери тепла и требуется большой расход энергии. Поэтому данные способы не получили применения в коммунальной сфере, где коммуникации обычно закладываются на меньшую глубину

Недостатки методов паровых и водяных игл. Необходимость сложных подготовительных работ (шурфы, расстановка паровых игл); необходимость в источнике пара, например, в передвижном парогенераторе; необходимость постоянного тщательного наблюдения за работой оборудования, особенно парового (температура пара выше 115 °С); над местом работ стоит пар; происходит излишнее увлажнение грунта – конденсат пара скапливается и замерзает на прилегающей территории при проведении работ, на 1 м 2 обработанной площади приходится до 25–50 л конденсата; расход энергии примерно в два раза больше, чем при методе глубинных электродов.

Прогрев грунта термоматами

У технологии оттаивания водяными иглами нет проблем с интенсивным парением и образованием конденсата, но зато оттаивание грунта в этом случае происходит намного медленнее, чем вокруг паровых игл.

Преимущества. Способом паровых игл грунт можно прогреть за несколько часов, но преимущества метода проявляются только при работах на больших площадях оттаивания на глубине 1,5–1,7 м.

Некоторые специалисты считают оттаивание грунта паровыми иглами одним из эффективных способов, другие же придерживаются мнения, что это неэкономичная, устаревшая, неудобная и опасная технология. В общем, можно констатировать, что эта технология используется очень редко.

Прогрев грунта гидравлической станцией

Электрический прогрев мерзлого грунта

Метод электрического прогрева мерзлого грунта основан на способности материалов нагреваться при прохождении через них электрического тока. С этой целью применяются вертикально и горизонтально расположенные электроды.

Горизонтальные электроды. При оттаивании грунта горизонтальными электродами сверху вниз необходимо систематически убирать с участка снег. По поверхности грунта укладывают электроды длиной 2,5–3 м из полосовой, уголковой, круглой (или любого иного профиля) стали, концы которых отгибают под прямым углом на 150–200 мм для удобства подключения к проводам. Электроды подключают к сети напряжением 380/ 220 В. Расстояние между рядами электродов, подключаемых к разноименным фазам, должно быть 400–500 мм при напряжении 220 В и 700–800 мм при напряжении 380 В.

Поверхность отогреваемого участка покрывают слоем опилок толщиной 150–200 мм, которые смачивают солевым раствором с концентрацией 0,2–0,5% с таким расчетом, чтобы масса раствора была не менее массы опилок. Вначале смоченные опилки являются токопроводящим элементом, так как замерзший грунт является плохим проводником. Опилочный слой может прогреваться до температуры 80–90 °С. Под воздействием теплоты, генерируемой в слое опилок, оттаивает верхний слой грунта, который превращается в проводник тока с определенным сопротивлением. После этого под воздействием теплоты начинает оттаивать следующий слой грунта, а затем нижележащие слои. В дальнейшем опилочный слой защищает отогреваемый участок от потерь теплоты в атмосферу, для чего слой опилок покрывают толем, рубероидом, полиэтиленовой пленкой, матами или щитами из досок.

Прогрев горизонтальными электродами рекомендуется применять при глубине промерзания грунта до 0,7 м при рытье неглубоких траншей и котлованов или при их ступенчатой разработке, когда оттаивание мерзлого грунта производится послойно.

Вертикальные электроды. При глубине промерзания грунта больше 0,7–0,8 м эффективен и экономически оправдан метод прогрева вертикальными электродами, в качестве которых применяют стержни из арматурной стали диаметром 12–20 мм или уголки с заостренными нижними концами. С отогреваемого участка необходимо систематически убирать снег.

При варианте прогрева «сверху вниз» стержни забивают в грунт на глубину 200–400 мм в шахматном порядке на расстоянии около 0,5–1 м друг от друга и подключают к электрической сети. Сверху засыпают слоем опилок, увлажненных солевым раствором. После 4–6 ч прогрева верхний слой грунта прогревается на глубину 300–400 мм, электроэнергию отключают, и электроды погружают на бóльшую глубину до 1,3–1,5 м. Оттаивание грунта продолжают от слоя к слою до необходимой глубины. После отключения электроэнергии электроды извлекают, но в течение 1–2 дней глубина оттаивания продолжает увеличиваться за счет аккумулированной в грунте теплоты под защитой опилочного слоя.

Расход электроэнергии на отогрев 1 м 3 грунта при использовании технологии «сверху вниз», горизонтальными и вертикальными электродами колеблется от 150 до 300 МДж или от 40 до 60 кВт·ч при длительности процесса от 24 до 30 ч.

Технология со шпурами. Многие специалисты считают, что более эффективен другой вариант прогрева, когда электроды сразу погружают в предварительно пробуренные шпуры диаметром на 2–3 мм меньше диаметра электрода на глубину, превышающую на 150–300 мм слой мерзлого грунта. В этом случае грунт отогревается встречными потоками тепла: сверху вниз и снизу вверх. Сверху нагревается слой опилок, смоченных солевым раствором, от которых тепло передается верхним слоям грунта, а снизу тепло от электронагревателей движется через слой талого грунта, нагревая вышележащие слои.

Электроды располагают в шахматном порядке группами по 3–4 шт. Расстояние между электродами принимают 200–250 мм, что обеспечивает отогрев грунта в зоне диаметром 400–500 мм за 16–20 ч. Поверх опилок укладывается утеплитель.

Мощность электроэнергии, потребляемая группой из четырех электродов, составляет 0,8–1 кВт. Весь отогреваемый участок с 30–40 группами электродов можно обеспечить электроэнергией при нормальном подключении двух однофазных понижающих трансформаторов.

Данный способ характеризуется меньшими по сравнению со способом прогрева «сверху вниз» затратами электроэнергии – около 50–150 МДж на 1 м 3 грунта. Однако ввиду дополнительных сложностей, связанных с бурением, данный метод оттаивания мерзлого грунта осуществляется редко и исключительно при необходимости срочно разморозить участок для выемки земли.

Прогрев грунта термоматами

ООО «ТЭНМАШ» (Московская область) – предприятие с многолетним опытом работы и отработанной технологией изготовления нагревателей. Завод предлагает трубчатые электронагреватели (ТЭН) для нагрева различных сред с рабочим напряжением от 12 до 660 В и с номинальной мощностью от десятков ватт до десятков киловатт, длиной от нескольких сантиметров до 6 м. В зависимости от нагреваемой среды удельная поверхностная нагрузка ТЭН может достигать 15 Вт/cм 2 . Принимаются заказы на изготовление ТЭН по рабочим чертежам клиента.

Общие недостатки описанных методов. Для электропрогрева требуется разрабатывать особый ППР (Проект Производства Работ) с указанием опасных зон, и вообще, самый главный недостаток самой технологии – возможность поражения работников электрическим током. По­этому работы по размораживанию грунта электродами должны производиться под надзором квалифицированного персонала, обеспечивающего безопасность работ и исправность оборудования. Необходима организация электроснабжения (стационарными или мобильными источниками) с предварительным расчетом потребности разогревающего оборудования в электроэнергии. Необходимы подготовительные работы (сборка установки, утепление, бурение шурфов). Время размораживания достаточно длительное.

Ряд специалистов придерживаются мнения, что это дорогой по сравнению с другими метод. Указанные требования и сложности их выполнения ограничивают возможности применения данного способа.

Общее преимущество – это простота в изготовлении электродов.

Следует учитывать, что в процессе отогрева грунта действующие кабели могут быть повреждены в результате воздействия теплонагревателя. Как показал опыт, необходимо, чтобы между нагревателем и кабелем сохранялся слой земли толщиной не менее 200 мм в течение всего времени отогрева.

Тепляк для прогрева грунта горячим воздухом

Прочие методы прогрева мерзлых грунтов

Токами высокой частоты. Этот способ пока не получил практического применения ввиду сложности оборудования, низкого коэффициента полезного действия установки, возможности негативного воздействия на металл (в частности, проходящих рядом сетей). Серийно выпускаемое оборудование отсутствует.

Методы, не относящиеся к теме статьи. Поджог – разогрев костром. Химический способ: в шпуры заливается нагретый раствор реагентов (хлористого натрия). Термохимический способ: емкость с карбидом кальция заливают водой и поджигают выделяющийся ацетилен. Оттаивание раскаленным песком и другими сыпучими теплоносителями (шлак, щебень, асфальтобетонная крошка и т. д.). Механическое рыхление гидромолотами, рыхлителями и другим оборудованием.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *