Способ возведения ледяного сооружения

Авторы патента:

Васильев Николай Константинович (RU)

Владельцы патента RU 2599522:

Акционерное общество "Всероссийский научно-исследовательский институт гидротехники имени Б.Е. Веденеева" (RU)

Изобретение относится к области строительства в северных районах и предназначено для возведения ледяных инженерных сооружений, аккумуляции холода и образования сводчатых ледяных сооружений для хранения на (не)плавучих ледяных или ледопородных платформах на шельфах морей. Технический результат - повышение надежности ледяного сооружения, который достигается тем, что в способе возведения ледяного сооружения, включающем разработку площадки, на которой устанавливают надувные конструкции с последующим их демонтажом и перемещением по мере необходимости, заполнение их воздухом, послойное намораживание пайкерита путем набрызга или послойного полива водяной пульпы. Она содержит древесные опилки или какого-либо другого вида древесную массу, дополнительно перед намораживанием пайкерита надувные конструкции покрывают геоматериалом в виде водопроницаемого геосинтетического материала: геосетки или георешетки. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

Известен способ создания ледяных сооружений с помощью надувных устройств для создания арочных или иных полостей необходимой конфигурации, на которые начинают намораживать лед, при этом создаваемые полости и сооружения соединены последовательно между собой надувными устройствами, которые по мере наращивания ледяного сооружения последовательно перемещают на определенный уровень как в вертикальном, так и горизонтальном направлении (патент РФ №2121037, МПК: E02D 3/115, опубл. 27.10.1998 г.).

Недостатками аналога являются низкая термостойкость ледяного сооружения, обусловленная высокой теплопроводностью льда (2,2 Вт/м·K), а также то, что низкая прочность и трещиностойкость льда существенно ограничивают размеры создаваемых арочных и иных полостей (куполов) как по высоте, так и по диаметру сооружений.

Наиболее близким к предлагаемому является способ возведения ледяного сооружения, включающий разработку площадки, на которой устанавливают надувные конструкции с последующим их демонтажом и перемещением по мере необходимости, заполняют воздухом, намораживают послойно пайкерит (смесь льда с древесными опилками) путем набрызга или послойного полива водяной пульпы, содержащей древесные опилки или какого-либо другого вида древесную массу, снижающую теплопроводность льда, тем самым увеличивая термостойкость ледяного сооружения, а армирующее действие древесных волокон позволяет существенно снизить ограничения по размерам создаваемых арочных и иных полостей как по высоте, так и по диаметру сооружения, с возможностью создания куполов диаметром до 100 м (электронный ресурс: www/structuralice.com).

Недостатком прототипа является низкая надежность ледяного сооружения, обусловленная технологической необходимостью использования при намораживании пайкерита только короткие древесные волокна. Пайкерит с короткими волокнами не обладает достаточной деформативной устойчивостью и разрушается при превышении некоторой деформации разрушения, которая в данном случае близка длине армирующих коротких волокон и составляет несколько миллиметров. По технологическим причинам пайкерит намораживают из пульпы, содержащей древесные короткие волокна длиной менее 3 мм, использование более длинных волокон невозможно при намораживании набрызгом: насосы не пропускают длинные волокна, или неэффективно при послойном поливе пульпы на наклонные поверхности купола или арки - длинные волокна скатываются с водой с поверхности намораживания и не успевают вмораживаться.

Технический результат, на достижение которого направлено изобретение, заключается в повышении надежности ледяного сооружения.

Для достижения названного технического результата в предлагаемом способе, включающем операции по разработке площадки, установке надувных конструкций с последующим их демонтажом и перемещением по мере необходимости, заполнению воздухом, послойному намораживанию пайкерита путем набрызга или послойного полива водяной пульпы, содержащей древесные опилки или другую древесную массу, перед намораживанием пайкерита дополнительно надувные конструкции покрывают водопроницаемым геосинтетическим материалом, например геосеткой или георешеткой.

Кроме этого, заявленное техническое решение имеет факультативный признак, характеризующий его частный случай, а именно:

- в водяную пульпу для намораживания первых слоев пайкерита добавляют поливиниловый спирт (ПВС) и соединения бора, например буру или борную кислоту, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

ПВС - 3,0-12,0

Соединения бора:

бура или борная кислота - 0,2-1,0

Водяная пульпа - остальное.

Отличительным признаком предложенного способа является покрытие перед намораживанием пайкерита надувных конструкций водопроницаемым геосинтетическим материалом, например геосеткой или георешеткой. Это позволяет повысить надежность ледяного сооружения за счет эффекта армирования льда геосинтетическим материалом (О.В. Якименко, В.В. Сиротюк. Лабораторные испытания ледяных балок, армированных геосинтетическими материалами. Вестник СибАДИ, вып. 3(9), 2008, с. 45-47) при сохранении скорости намораживания пайкерита как ускоренным методом - набрызгом, так и послойным, а также теплостойкость ледяного сооружения. Кроме того, в возведенном по предложенному способу ледяном сооружении полностью исключается хрупкое разрушение, которое негативно сказывается на безопасности сооружений. В частности, низкая надежность известного способа-прототипа проявилась в ледяном сооружении из пайкерита (www.pykrete dome.com), часть свода которого размером 3×5 м обрушилась (электронный ресурс: http://yle.fi/uutiset/maailman_suurimman_jaakupolin_katosta_romahti_pala_juuassa/7056718).

Покрытие надувных конструкций перед намораживанием пайкерита геоматериалом в виде водопроницаемых геосинтетических материалов (геосеток или георешеток) приводит к дополнительному эффекту упрочнения льда, превышающего сумму упрочнения льда от входящих армирующих лед компонентов: древесных, например, опилок и геосинтетических материалов. Это обусловлено тем, что наличие во льду древесных материалов приводит к более полной реализации высокой прочности геоматериалов за счет более высокой деформативной способности пайкерита по сравнению со льдом.

Предлагаемый способ поясняется чертежами, представленными на фиг. 1-3.

На фиг. 1 показана схема ледяного сооружения на первой стадии возведения. В качестве примера ледяного сооружения рассмотрено известное мобильное сооружение из льда «Sagrada Familia in Ice».

На фиг. 2 - схема сооружения на стадии намораживания пайкерита.

На фиг. 3 - схема слоистой конструкции стен ледяного сооружения.

На фиг. 1-3 позициями обозначены:

1 - разработанная площадка,

2 - надувная конструкция,

3 - геоматериал,

4 - стропы,

5 - пайкерит,

6 - оболочка надувного устройства.

Способ осуществляется следующим образом.

На разработанной площадке 1 с помощью надувной конструкции 2 создают арочные или иные полости необходимой конфигурации.

Надувную конструкцию 2, удерживаемую стропами 4, покрывают геоматериалами 3, например геосеткой «ГЕО СТ 100/100-25» шириной 4 м, с перекрытием полос 0,2 м, и затем намораживают пайкерит 5 - смесь льда с древесными материалами, например древесными опилками, путем послойного полива или набрызга водяной пульпы, содержащей древесные материалы от 8 до 30% по весу. Полученная слоистая конструкция иллюстрируется на фиг. 3. Намораживание пайкерита 5 продолжают до достижения необходимой рассчитанной толщины стен ледяного сооружения. По окончании работ по намораживанию пайкерита 5 надувные конструкции 2 сдувают, их оболочка 6 отделяется от замороженных слоев стен ледяного сооружения и надувные конструкции 2 убирают.

Водяную пульпу готовят заранее: древесный материал, например, в виде опилок, просеивают через сито с ячейками 3 мм, затем добавляют в воду и полученную водяную пульпу выдерживают не менее 1 часа для замачивания опилок.

Для намораживания первых слоев толщиной 1-2 см пайкерита 5 в водяную пульпу возможно добавление ПВС и соединения бора.

В этом случае повышается не только прочность льда, содержащего ПВС, но и стойкость первых слоев пайкерита 5 к знакопеременным температурам, так как свойства образованного криогеля ПВС улучшаются с количеством циклов замерзания-оттаивания (В.И. Лозинский. Криотропное гелеобразование растворов поливинилового спирта // Усп. химии, 1998, т. 67, N 7, С. 641-655). При концентрации ПВС ниже 3% эффект закрепления льда незначителен, при концентрации ПВС более 12% раствор становится вязким, что снижает технологичность процесса намораживания. Добавление соединений бора необходимо для перевода водорастворимого полимера ПВС в водонерастворимое состояние.

1. Способ возведения ледяного сооружения, включающий разработку площадки, на которой устанавливают надувные конструкции с последующим их демонтажом и перемещением по мере необходимости, их заполнение воздухом, послойное намораживание пайкерита путем набрызга или послойного полива водяной пульпы, содержащей древесные опилки или другую древесную массу, отличающийся тем, что дополнительно перед намораживанием пайкерита надувные конструкции покрывают геоматериалом в виде водопроницаемого геосинтетического материала: геосетки или георешетки.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в водяную пульпу для намораживания первых слоев пайкерита добавляют поливиниловый спирт (ПВС) и соединения бора, например буру или борную кислоту, при следующем соотношении компонентов, мас.%:
ПВС - 3,0-12,0
Соединения бора:
бура или борная кислота - 0,2-1,0
Водяная пульпа - остальное.

Изобретение относится к строительству, а именно к устройствам, используемым при термомелиорации грунтов основания фундаментов сооружений, возводимых в районах распространения вечной и сезонной мерзлоты.

Термостабилизатор грунта // 2597010

Изобретение относится к строительству в зонах вечной мерзлоты, а именно к термостабилизаторам грунта для замораживания фундаментов. Термостабилизатор грунта содержит герметичный вертикально расположенный корпус с теплоносителем, в верхней и нижних частях которого расположены зоны теплообмена.

Термосифон // 2593286

Изобретение относится к строительству промышленных и гражданских объектов в криолитозоне с целью обеспечения их надежности. Термосифон включает конденсатор, испаритель и транзитный участок между ними в виде круглой с обеих сторон заглушенной трубы, вертикально установленной и погруженной на глубину испарителя в грунт, из полости трубы откачан воздух, взамен полость заправлена аммиаком, часть полости заполнена жидким аммиаком, остальной объем - насыщенным паром аммиака.

Способ монтажа облегченных охлаждающих устройств для температурной стабилизации многолетнемерзлых грунтов // 2591272

Изобретение относится к области строительства в районах со сложными инженерно-геокриологическими условиями и может быть использовано для термостабилизации многолетнемерзлых и замораживания слабых пластичномерзлых грунтов.

Поверхностный фундамент сооружения, обеспечивающий сохранение грунтов основания в мерзлом состоянии с одновременным обогревом сооружения // 2583025

Изобретение относится к области строительства на многолетнемерзлых грунтах с искусственным охлаждением грунтов основания и одновременным обогревом сооружения с помощью теплового насоса.

Теплообменное устройство // 2569388

Изобретение относится к устройствам для теплообмена в дренажной системе, а также на строительной площадке. Устройство для теплообмена в дренажной системе содержит теплообменный компонент, имеющий наружный канал и внутренний канал, причем внутренний канал расположен внутри наружного канала.

Устройство для температурной термостабилизации многолетнемерзлых грунтов // 2556591

Изобретение относится к теплотехнике в области строительства, а именно к индивидуальным сезонно-действующим охлаждающим устройствам - термостабилизаторам грунтов.

Прямоточное естественно-конвективное охлаждающее устройство для термостабилизации мерзлого грунта // 2554955

Изобретение относится к области строительства в районах распространения многолетне-мерзлых грунтов и, конкретно, к устройствам, обеспечивающим мерзлое состояние грунтов оснований сооружений при проектном значении отрицательной температуры.

Способ заправки термостабилизатора // 2548633

Изобретение относится к способу термостабилизации многолетнемерзлых и слабых грунтов и может быть использовано в производстве термосифонов (термостабилизаторов).

Устройство для термостабилизации приустьевой зоны скважин // 2534879

Изобретение относится к нефтяной и газовой промышленности и может быть использовано при освоении и эксплуатации месторождений, расположенных в зоне многолетнемерзлых пород.

Способ термостабилизации грунтов оснований свайных фундаментов опор трубопровода // 2616029

Изобретение относится к теплотехнике в области строительства, а именно к термостабилизации грунтовых оснований свайных фундаментов опор трубопровода и трубопроводов подземной прокладки, расположенных на многолетнемерзлых грунтах. Способ термостабилизации грунтов оснований свайных фундаментов опор трубопровода и трубопроводов подземной прокладки заключается в том, что производят выемку льдистых грунтов в основаниях свайных фундаментов опор трубопровода, трубопроводов подземной прокладки и укладку в выемку композитного материала, установку по меньшей мере двух термостабилизаторов грунта по краям выемки, при этом композитный материал имеет состав при соотношении компонентов, мас. %: гравелистый песчаный грунт 60-70, вспененный модифицированный полимер 20-25, жидкий теплоноситель 5-20 или крупный песчаный грунт 70-80, вспененный модифицированный полимер 10-15, жидкий теплоноситель 5-20. Для пропитки полимера выбирают жидкий теплоноситель, характеризующийся высокой теплоемкостью и низкой температурой замерзания до -25°C. Технический результат состоит в повышении надежности конструкции при строительстве свайных фундаментов опор трубопровода и трубопроводов подземной прокладки, расположенных на многолетнемерзлых грунтах, обеспечении безопасной эксплуатации магистральных нефтепроводов на проектных режимах в течение заданного срока на территории распространения многолетнемерзлых грунтов. 5 з.п. ф-лы, 1 ил., 1 табл.

Способ термостабилизации многолетнемерзлых грунтов и устройство для его реализации // 2620664

Изобретение относится к области строительства трубопроводов подземной прокладки и может быть использовано для обеспечения термостабилизации грунтов при подземной прокладке трубопроводов на многолетнемерзлых и слабых грунтах. Устройство термостабилизации многолетнемерзлых грунтов содержит по меньшей мере два термостабилизатора грунта на основе двухфазных термосифонов, включающих надземную конденсаторную часть и подземные транспортную и испарительные части, и по меньшей мере один теплопроводящий элемент, выполненный в виде пластины из теплорассеивающего материала с коэффициентом теплопроводности не менее 5 Вт/м⋅К. По меньшей мере два термостабилизатора грунта установлены по обе стороны от трубопровода подземной прокладки, а по меньшей мере один теплопроводящий элемент установлен под теплоизоляционным материалом, отделяющим трубопровод подземной прокладки от кровли многолетнемерзлых грунтов, и имеет отверстия для соединения с испарительными частями по меньшей мере двух термостабилизаторов грунта. Технический результат состоит в повышении эффективности сохранения многолетнемерзлых грунтов или замораживания слабых грунтов оснований объектов трубопроводной системы для обеспечения безопасности в течение назначенного срока эксплуатации на проектных режимах. 2 н. и 6 з.п. ф-лы, 2 ил., 1 табл., 1 пр.

Способ установки термостабилизаторов в проветриваемом подполье эксплуатируемых зданий // 2627793

Изобретение относится к области строительства и эксплуатации зданий в районах со сложными инженерно-геокриологическими условиями, а именно к термостабилизации многолетнемерзлых и слабых грунтов. Способ установки термостабилизаторов в проветриваемом подполье эксплуатируемых зданий включает бурение, по крайней мере, одной вертикальной скважины в проветриваемом подполье без нарушения перекрытий здания. Установку в скважине термостабилизатора, содержащего заправленную хладагентом трубу испарителя и конденсатор, причем труба выполнена с возможностью изгиба, радиус которого не превышает высоту проветриваемого подполья. Глубина установки термостабилизатора при этом такова, что конденсатор расположен выше уровня грунта в проветриваемом подполье. Технический результат состоит в упрощении процедуры монтажа термостабилизаторов под эксплуатируемым зданием, улучшении ремонтопригодности системы охлаждения грунта и упрощении ее обслуживания, увеличении несущей способности грунтов основания за счет их охлаждения по всей площади проветриваемого подполья эксплуатируемого здания при одновременном уменьшении количества используемых термостабилизаторов и освобождении прилегающей территории за счет размещения охлаждающих элементов в проветриваемом подполье. 3 з.п. ф-лы, 3 ил.

Охлаждающий термосифон для глубинной термостабилизации грунтов (варианты) // 2629281

Изобретение относится к области строительства сооружений в сложных инженерно-геологических условиях криолитозоны. Изобретение направлено на создание глубинных термосифонов со сверхглубокими подземными испарителями, порядка 50-100 м и более, с равномерным распределением температуры по поверхности испарителя, расположенного в грунте, что позволяет более эффективно использовать его потенциальную мощность по выносу тепла из грунта и увеличить энергетическую эффективность применяемого устройства. По первому варианту термосифон вместе с гильзой погружают вертикально в грунт на глубину 50 м. Термосифон содержит герметичный трубчатый корпус с зонами испарения, конденсации и транспортной зоной между ними. Конденсатор в зоне конденсации выполнен в виде центральной трубы большого диаметра и восьми патрубков меньшего диаметра с внешним оребрением из алюминия, расположенных вокруг центральной трубы. Патрубки соединены с отверстиями в ней, а в нижней части центральной трубы размещен сепаратор со сквозными патрубками для прохода парокапельной смеси хладагента (аммиака в первом варианте или углекислого газа - во втором) из испарителя в конденсатор и стока конденсата аммиака из конденсатора. Сквозные патрубки смонтированы на трубной доске. К патрубку для стока конденсата, расположенного по центру доски, снизу подсоединена внутренняя полиэтиленовая труба, которая опущена до низа трубы корпуса испарителя. В нижней части полиэтиленовой трубы выполнены отверстия для перетока жидкого хладагента в межкольцевое пространство, образованное стенками труб корпуса испарителя и внутренней трубы. По первому варианту (хладагент - аммиак) термосифон погружен в гильзу, заполненную 25-30%-ной аммиачной водой. Степень заполнения термосифона жидким аммиаком ε=0,47-0,52 при 0°С. По второму варианту термосифон заполняют углекислым газом и погружают вертикально в грунт без гильзы, степень заполнения жидким углекислым газом ε=0,45-0,47. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 5 ил., 2 пр.

Способ монтажа охлаждающих устройств для температурной стабилизации многолетнемёрзлых грунтов, неустойчивых в стенках скважин // 2634315

Изобретение относится к области строительства в районах со сложными инженерно-геокриологическими условиями, где применяется термостабилизация многолетнемерзлых и пластично-мерзлых грунтов, и может быть использовано для поддержания их мерзлого состояния или замораживания, в том числе и в скважинах, неустойчивых в стенках и склонных к оползанию и обвалообразованию. Способ включает бурение вертикальной скважины полой шнековой колонной (ПШ) до проектной отметки с последующим извлечением съемного центрального долота, установку на верхнюю часть ПШ цементировочной головки со шлангом от цементонасоса, извлечение ПШ с одновременной подачей цементного раствора через ПШ до заполнения скважины и установку охлаждающего устройства с теплоизоляционным кожухом на конденсаторе (при отрицательных температурах атмосферного воздуха), который демонтируют после твердения цементного раствора. Предлагаемое техническое решение позволяет обеспечить технологичность монтажа охлаждающих устройств, эффективность процесса охлаждения грунтов и долговечность охлаждающих конструкций, заглубленных в грунтовый массив. 2 з.п. ф-лы, 6 ил.

Система для охлаждения и замораживания грунта // 2634765

Изобретение относится к системам для охлаждения и замораживания грунтов в горнотехническом строительстве в областях распространения вечной мерзлоты (криолитозоне), характеризующихся наличием природных рассолов с отрицательными температурами (криопэгами). Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение экономичности, надежности и стабильности работы. Технический результат достигается тем, что система для охлаждения и замораживания грунтов, включающая установку подземных теплообменников с жидким теплоносителем с температурой замерзания ниже нуля градусов по Цельсию (рассолом), характеризуется тем, что в качестве жидкого теплоносителя используют криопэги, причем криопэг подается в замораживающие колонки из криолитозоны в теплообменники. Отработанные криопэги могут принудительно отводиться в массив криолитозоны. Наружная часть циркуляционного контура может быть термоизолирована. Технический результат – повышение экономичности достигается отсутствием энергозатратных холодильных машин и за счет отсутствия необходимости в приготовлении специального охлаждающего раствора. Технический результат – повышение надежности достигается снижением количества компонентов системы, вероятность выхода из строя каждого из которых отличается от нулевой. Технический результат – повышение стабильности работы достигается стабильностью температуры криопэга, общее количество которого значительно превышает количество используемого за сезон криопэга. Изобретение может с успехом применяться при строительстве промышленно-гражданских сооружений. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

Поверхностный фундамент для одноэтажного здания на многолетнемерзлых грунтах // 2645035

Предлагаемое устройство относится к строительству одноэтажных зданий на многолетнемерзлых грунтах с искусственным охлаждением грунтов основания здания с помощью теплового насоса и одновременным обогревом здания с помощью теплового насоса и дополнительного источника тепла. Техническим результатом является создание конструкции фундамента, в полной мере обеспечивающей обогрев здания с одновременным сохранением грунтов основания в мёрзлом состоянии вне зависимости от изменения климата и при этом не вызывающей чрезмерного охлаждения многолетнемёрзлых грунтов, которое может привести к их растрескиванию, без устройства подсыпки. Технический результат достигается тем, что поверхностный фундамент для одноэтажного здания на многолетнемерзлых грунтах состоит из совокупности фундаментных модулей полной заводской готовности, которые подключаются к тепловому насосу параллельно с помощью теплоизолированных коллекторов греющего и охлаждающего контуров теплового насоса, при этом теплоизолированный коллектор греющего контура имеет дополнительный источник тепла, компенсирующий недостаток низкопотенциального тепла, перекачиваемого тепловым насосом из грунта для обогрева здания, интенсивность которого автоматически регулируется в зависимости от теплопотерь здания и количества низкопотенциального тепла, перекачиваемого тепловым насосом. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

Установка для охлаждения грунта и комплект изделий для сооружения такой установки // 2645193

Изобретения относятся к средствам для охлаждения грунта, работающим по принципу гравитационных тепловых труб и парожидкостных термосифонов, и предназначены для использования при строительстве сооружений в зоне вечной мерзлоты. Техническим результатом является упрощение конструкции установки в целом, позволяющим уменьшить количество выходящих на поверхность трубопроводов, соединяющих зону испарения с зоной конденсации, без снижения эффективности работы этих зон. Технический результат достигается тем, что установка имеет зону испарения с несколькими патрубками и зону конденсации с несколькими конденсаторами, соединенные через транспортную зону. Особенности установки заключаются в выполнении зоны конденсации в виде моноблочной конструкции, имеющей штуцер для стравливания воздуха, и связь ее с зоной испарения через единственный транспортный канал в виде верхнего и нижнего трубопроводов, соединенных через запорный вентиль, а также наличие в зоне испарения коллектора, к которому присоединены патрубки. Оба соединения трубопровода являются разъемными. Трубопровод и патрубки выполнены из легко деформируемого материала, а используемый жидкий теплоноситель имеет пары тяжелее воздуха. Комплект для сооружения установки включает первое изделие - моноблочный конденсатор, второе изделие - верхний транспортный трубопровод и третье изделие в виде последовательно соединенных вентиля, трубопровода и коллектора с патрубками. Третье изделие при изготовлении заполняют теплоносителем, его трубопровод и патрубки сгибают в бухты вокруг коллектора. Конструкция установки и ее комплектация обеспечивают технический результат, заключающийся в более удобной транспортировке и возможности разнесения во времени работ по размещению подземной и надземной частей на месте будущей эксплуатации. Связь этих частей через единственный указанный канал и возможность изгиба его нижней части облегчает размещение установки при наличии в непосредственной близости от нее других строящихся объектов. Установка после соединения ее частей не требует заправки теплоносителем в неблагоприятных условиях строительства и запускается в действие открыванием вентиля с последующим стравливанием воздуха через штуцер. 2 н. и 4 з.п. ф-лы, 5 ил.