регулированием теплоты фазовых превращений в массиве сооружения путем размещения в нем элементов с большим содержанием скрытых теплот, например грунтовых прослоек с большим влагосодержанием (тепловой амортизатор типа III, ТА-III).
Е.5 С помощью тепловых диодов осуществляется управление температурным режимом тремя видами физических процессов:
регулированием фазовой асимметрии коэффициентов кондуктивной теплопроводности грунта в слое сезонного промерзания-протаивания путем размещения влагоемких грунтов, например торфа (тепловой диод типа I, ТД-I);
регулированием межсезонной асимметрии коэффициентов эффективной теплопроводности путем изменения конвективной составляющей теплопереноса вследствие обратной плотностной стратификации незамерзающих теплоносителей, например в жидкостных охлаждающих установках, термоопорах, каменных набросках (тепловой диод типа II, ТД-II);
регулированием межсезонной асимметрии коэффициентов эффективной теплопроводности при фазовых превращениях теплоносителя, например в парожидкостных термосифонах (тепловой диод типа III, ТД-III).
Е.6 С помощью тепловых трансформаторов осуществляется управление температурным режимом тремя видами физических процессов:
регулированием интенсивности переноса тепла жидкостями или газообразными теплоносителями путем их циклического перекачивания через полости или поры грунтового массива без фазовых превращений, например прокачкой в холодный период холодного воздуха по трубам, расположенными в массиве грунта (тепловой трансформатор типа I, ТТ-I);
регулированием интенсивности переноса тепла жидкостями или газообразными теплоносителями путем их циклического перекачивания через полости или поры грунтового массива с предварительным формированием в замкнутых контурах охлажденного хладагента с учетом фазовых превращений, например с использованием рефрижераторов, тепловых массивов, турбохолодильных установок (тепловой трансформатор типа II, ТТ-II);
регулированием интенсивности переноса тепла за счет массообменных процессов и фазовых превращений внутри массива сооружения, например с помощью жидкого азота (тепловой трансформатор типа III, ТТ-III).
Е.7 В зависимости от конкретных условий рекомендуется для повышения эффективности формировать системы, т. е. использовать одновременно два и более мероприятия.
Приложение Ж Уширенные площадки
Ж.1 Для обеспечения поверхностного охлаждения грунтов оснований как устоев, так и промежуточных опор рекомендуется уширенная площадка.
Уширенная площадка является эффективным средством поверхностного охлаждения грунтов тела и основания насыпей. Применение уширенных площадок основано на особенностях снегопереноса в полярных регионах, при которых благодаря сильным ветрам снег сдувается с повышенных мест рельефа местности. Вследствие этого развитая поверхность основной площадки насыпи, оголенная от снежного покрова или при незначительной его толщине, обеспечивает за холодный период интенсивное охлаждение грунтов основания.
Ж.2 Принципиальная схема уширенной площадки представлена на рисунке Ж.1. Участку насыпи на подходе к искусственному сооружению придается уширение 2, центр которого примерно совмещен с центром фундамента искусственного сооружения 1. Земляное полотно в зоне уширения состоит из двух ярусов по высоте: нижнего 3, опирающегося на естественное основание 4, и верхнего 5, располагающегося на нижнем и являющегося непосредственной опорой для верхнего строения пути. Верхний ярус включает в себя главную часть насыпи 6, ограниченную сверху основной площадкой с шириной, обеспечивающей размещение верхнего строения пути и переходных зон 7. Высота нижнего яруса 3 в зависимости от местных условий может приниматься в пределах от 0,8 до 4,0 м. Радиус уширения R вычисляют по формуле
R = 2m h, (Ж.1)
где h – расстояние от низа ядра 8 из твердомерзлого грунта до поверхности уширинной площадки;
m ≤1 – коэффициент влияния местных условий, принимаемый менее единицы при наличии теплофизического обоснования, а без обоснования – равным единице.
Ж.3 При соблюдении указанного выше значения радиуса R в зоне ядра 8 обеспечивается поддержание многолетнемерзлых грунтов в твердомерзлом состоянии с температурой tуп, вычисляемой по формуле
(Ж.2)где tв – среднегодовая приведенная (т. е. с учетом солнечной радиации и испарения) температура воздуха, °С;
tг – температура грунта на глубине нулевых амплитуд на окружающей территории в естественных условиях, °С.
Ниже ядра 8 расположены грунты с температурой tг, а верхняя граница этого ядра расположена на 5 м ниже поверхности уширинной площадки.
Ж.4 Формулу (Ж.2) допускается применять для предварительной оценки температуры грунта при проектировании на стадии сравнения вариантов технических решений, при которых проверяется возможность обеспечения требуемого температурного режима. На стадии рабочего проектирования рекомендуется проводить компьютерное моделирование с учетом трехмерности процессов теплообмена в расчетной области.
Ж.5 Скорость формирования расчетного температурного режима грунтов зависит, главным образом, от их начального температурного состояния. Применение уширенных площадок при наличии в основании насыпи таликов или мерзлых грунтов с температурой выше минус 0,5 °С требует предварительного разового технологического промораживания основания другими средствами.
Понижение температуры грунтов основания уширенной площадки с начальной температурой ниже минус 0,5 °С происходит за один-два холодных сезона.
Ж.6 Применение уширенных площадок целесообразно также при устройстве промежуточных опор, особенно на суходолах, а также при строительстве поверхностных фундаментов вместо заглубленных на засоленных грунтах.
Ж.7 Основными неблагоприятными факторами, снижающими охлаждающий эффект уширенных площадок, являются: нарушение при строительстве геометрии, заложенной в проекте, загромождение территории, приводящее к образованию снежных отложений, плохо организованный водоотвод с прилегающей территории и ветровая тень, создаваемая рельефом и близко расположенной лесной растительностью.
 | |
| 443 × 502 пикс. Открыть в новом окне | |
1 – центр фундамента сооружения; 2 – уширение; 3 – нижний ярус; 4 – естественное основание; 5 – верхний ярус; 6 – насыпь; 7 – переходная зона; 8 – мерзлое ядро
Рисунок Ж.1 – Принципиальная схема уширенной площадки
Приложение И Термоопоры
И.1 В качестве несущих элементов фундаментов опор мостов рекомендуется применение термоопор.
Принципиальные схемы термоопор приведены на рисунке И.1. Термоопоры представляют собой охлаждающие системы глубинного действия. Принцип их работы основан на свободной конвекции воздуха внутри полости в холодный период года и отсутствии этой конвекции в теплый период. Термоопоры могут быть двух типов: сквозные (рисунок И.1,а), т. е. с единой полостью, и коаксиальные (рисунок И.1,б), т. е. с наличием в полости вставки для разделения потоков холодного и теплого воздуха.
 | |
| 553 × 543 пикс. Открыть в новом окне | |
а – сквозная термоопора; б – Коаксиальная термоопора
1 – замкнутая с обоих торцов труба с высотой подземной части hнс и hнк и высотой надземной части hвс и hвк соответственно для сквозного и коаксиального типов; 2 – коаксиальная вставка; 3 – закрывающиеся отверстия для датчиков измерения температур внутри полости
Рисунок И.1 – Принципиальные схемы термоопор
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.
 | |
| 588 × 453 пикс. Открыть в новом окне | |
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
tпс = tф + tпсв, (И.1)
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);
tпсв – температурная добавка за счет разности температур воздуха tв и tф, вычисляемая по формуле
tпсв = 0,4 (tв – tф), (И.2)
здесь tв – средняя температура наружного воздуха за декабрь, январь, февраль.
На глубине hнс, равной 20 диаметрам полости термоопоры, температура
воздуха в полости tнс равна
tнс = tф. (И.3)