Принципы оттаивания

Способы оттаивания замерзших грунтов применяются, как правило, при небольших объемах земляных работ и сравнительно небольшой глубине их промерзания. В зависимости от направления теплового потока оттаивание грунта введется сверху вниз, снизу вверх и в радиальном направлении.

Наиболее распространенным способом оттаивания грунта сверху вниз является древний огневой

способ. В качестве топлива используются дрова, уголь, кокс; в настоящее время все чаще применяется жидкое топливо (мазут, солярное масло). Достоинство способа – простота и малая трудоемкость, главный недостаток – непроизводительная трата тепла в окружающую среду.

Современным представителем данного способа оттаивания грунта является электроразогрев

при горизонтально уложенных электродах, обсыпанных теплоизолирующим токопроводящим материалом. Трехфазный переменный ток, проходя по слою опилок, пропитанных слабым раствором соли, выделяет тепло, за счет которого и разогревается теплоизолирующая прослойка, а следовательно лежащий под ним слой мерзлого грунта. Этот способ более экономичен и менее трудоемок по сравнению с огневым, однако нуждается в продолжительной работе автономного источника электропитания или трансформаторной подстанции и линии электропередачи. Расход электроэнергии на 1 м3 составляет 60 – 100 кВт*ч при глубине промерзания грунта 60 – 70 см.

При оттаивании снизу вверх разогрев грунта производится за границей его промерзания и распространяется в направлении теплового потока. Наиболее эффективным является электроразогрев при вертикальном размещении электродов. Удельное электрическое сопротивление талого грунта значительно ниже, чем у мерзлого, поэтому при погружении электродов в мерзлый грунт до границы с талым грунтом обеспечивается быстрый его разогрев и создается мощный тепловой поток, направленный в верхние слои, выполняющие к тому же роль утеплителя. При таких условиях существенно снижаются затраты электроэнергии (на 1 м3 – 30 – 50 кВт*ч). Этот способ более электробезопасен и поддается автоматическому регулированию параметров.

В последнее время широко применяется разновидность данного способа – электрохимический

способ. Сущность его заключается в том, что сначала на поверхности оттаиваемого грунта нарезаются неглубокие борозды во взаимно перпендикулярных направлениях. В местах пересечения борозд в грунт погружают стальные электроды, а сами борозды заполняют раствором соли. В результате таких мероприятий происходит разогрев грунта двумя встречными потоками: снизу вверх за счет разогрева талого грунта и сверху вниз за счет выделении тепла при прохождении электрическим током слоя раствора соли. Основной недостаток разогрева мерзлого грунта вертикальными электродами – трудоемкость операции по бурению скважин.

Оттаивание мерзлого грунта в радиальном направлении достигается при паропрогреве,

теплоноситель пропускает через специальные устройства, помещенные вертикально в толщу грунта. В качестве таких устройств могут использоваться паровые или водяные иглы (закрытые трубчатые конструкции диаметром 60 – 100 мм, внутри которых пропускается водяной пар или горячая вода), ТЭНы (трубчатые элементы, внутри которых встроены электронагревательные спирали, помещенные в трансформаторное масло).