Исследование возможностей использования воздушных охлаждающих систем для регулирования температурного режима грунтовых оснований в криолитозоне тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 25.00.08, кандидат технических наук Местников, Владимир Владимирович

• Местников, Владимир Владимирович
• кандидат технических наук
• 2013

Оглавление диссертации кандидат технических наук Местников, Владимир Владимирович

СОДЕРЖАНИЕ

Введение

1 .Анализ состояния вопроса и задачи исследований

1.1. Виды фундаментов зданий и сооружений в районах вечной мерзлоты

1.2. Термическая устойчивость грунтовых оснований зданий и сооружений

1.3. Охлаждающие системы и методы их расчетного обоснования

1.4. Выводы и задачи исследований

2. Аэро - термодинамические процессы в элементах воздушных охлаждающих систем

2.1. Аэродинамическая система вентилятор —> распределительный коллектор —> колонки

2.2. Тепловые процессы в вентиляторе и распределительном коллекторе

2.3. Тепловые процессы в одиночной колонке в виде рекуперативного теплообменника «труба в трубе» в режиме противотока

2.3.1. Вход воздуха в колонку через внутреннюю (центральную) трубу

2.3.2. Вход воздуха в колонку через кольцевое пространство

2.3.3. Особенности термодинамических расчетов колонок В ОС

2.3.4. Оценка условий образования инея внутри охлаждающих колонок

3. Термодинамические процессы в грунтовом массиве

3.1. Тепловые и фазовые процессы, обусловленные воздействием наружного воздуха через поверхность грунтового массива

3.2. Возможные виды кустов колонок

4. Математическое моделирование теплового взаимодействия охлаждающих колонок с грунтовыми основаниям зданий и сооружений

4.1. Математическая постановка задачи

Основные выводы.. Список литературы

122 126

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Исследование возможностей использования воздушных охлаждающих систем для регулирования температурного режима грунтовых оснований в криолитозоне»

Введение

Актуальность темы

Для зданий и сооружений, возведенных по принципу сохранения мерзлого состояния грунтов в процессе строительства и всего периода эксплуатации, вопрос о термической устойчивости грунтовых оснований имеет существенное практическое значение. Общеизвестно, что мерзлые грунты в качестве основания надежны только при обеспечении расчетных отрицательных температур. Деградация вечномерзлой толщи или снижение ее устойчивости при повышении температуры могут привести к катастрофическим последствиям: потере несущей способности грунтов основания, недопустимым деформациям фундаментов и, как следствие, к разрушению зданий и сооружений. Это обусловливает особую актуальность задачи повышения термической устойчивости вечномерзлых грунтов с помощью специальных охлаждающих систем.

На практике из существующих типов охлаждающих систем (воздушные с принудительной циркуляцией воздуха, жидкостные с принудительной циркуляцией и с плотностной конвекцией теплоносителя, парожидкостные и др.) наиболее экологичными и простыми с технологической точки зрения зарекомендовали себя воздушные охлаждающих системы (ВОС). Однако, несмотря на большой опыт применения воздушных охлаждающих систем, их проектирование сопряжено с трудностями, связанными в основном с отсутствием достаточно достоверных методов расчета температурного поля грунта, примыкающего к колонкам охлаждающих систем. Причиной такого положения являются или рассмотрение температурного поля грунта в отрыве от сложной термодинамики охлаждающих колонок (область промышленно-гражданского строительства), или рассмотрение термодинамики при неоправданно упрощенном толковании термического режима примыкающего грунта (эксплуатация плотин мерзлого типа в системе гидроузлов).

Исходя из вышеизложенного, в диссертации предлагается метод расчета сложных аэро- и термодинамических систем с учетом всех тепловых связей меж-

ду внешней воздушной средой, колонками охлаждающих систем и грунта, примыкающего к колонкам.

Цель диссертационной работы - комплексное изучение всех аэродинамических и термодинамических элементов системы воздушного охлаждения грунтовых оснований фундаментов, то есть, системы подачи воздуха в охлаждающие колонки и самого грунтового основания.

Для достижения этой цели необходимо решить следующие задачи:

1. Для создания однородного мерзлого массива необходимо модифицировать метод расчета аэродинамической системы В ОС с возможным подбором типа нагнетателя и определением параметров дроссельных устройств на входе в колонки из условия равенства в них расходов воздуха.

2. Модифицировать математическую модель теплового взаимодействия ВОС с неоднородным грунтовым массивом основания, сложенным несвязными или связными грунтами с учетом фазовых переходов вода лед.

3. Обосновать технические возможности использования ВОС в промышленном и гражданском строительстве в районах Крайнего Севера, определить возможные регионы их применимости и оценить возможности повышения эффективности их применения.

Научная новизна:

1. Разработан метод расчета аэротермодинамических процессов в системе принудительной подачи наружного воздуха в колонки ВОС, позволяющий: определить рабочую точку аэродинамической системы: нагнетатель —> распределительный коллектор —=>- сеть колонок; подобрать местные сопротивления на входе в колонки из условия обеспечения равенства в них расходов воздуха;

2. Создана методика определения условий возможного образования инея в охлаждающих колонках, основанная на использовании эмпирического соотношения между температурой конденсации влаги (точкой росы) и температурой и влажностью атмосферного воздуха, а также - алгоритма вычисления интенсивности теплообмена в системе охлаждения. При этом состояние атмосферы оценивается по климатическим данным.

3. Предложена математическая модель сопряженного теплообмена при взаимодействии системы охлаждающих колонок с грунтовым массивом, в которой учтены неравномерность теплофизического состояния охлаждаемого грунта и его теплообмен с атмосферным воздухом. Для решения данной задачи выбран наиболее современный вычислительный алгоритм, в котором использован метод сквозного счета для решения задач теплопроводности с фазовыми переходами, метод дробных шагов для решения многомерных уравнений и алгоритм прогонки.

4. Выявлены основные особенности динамики температурного поля охлаждаемого массива, в том числе и его фазового состояния, что позволяет регулировать этот процесс в зависимости от начального состояния объекта, от метеорологических факторов во время проведения работ, а также предложить технически несложные способы повышения эффективности работы систем охлаждения.

Основные защищаемые положения:

1. Аэротермодинамические методы регулирования режимов и выбора параметров воздушных охлаждающих систем грунтовых оснований зданий и сооружений, позволяющие определить рабочую точку аэродинамической системы, подобрать местные сопротивления на входе в колонки из условия обеспечения равенства в них расходов воздуха.

2. Особенности динамики температурного поля охлаждаемого массива, заключающиеся в следующем: а) скорость изменения температуры мерзлой зоны больше, чем талой; б) распределение температуры по глубине грунта немонотонно, что объясняется тепловой инерционностью охлаждаемого грунта, характером изменения температуры атмосферного воздуха и состоянием поверхности строительной площадки; в) из-за циклического изменения температуры наружного воздуха во второй половине периода охлаждения возможна такая ситуация, при которой со временем температура охлажденного грунта будет ниже температуры воздуха.

Практическая значимость работы состоит в разработке:

• методики выбора нагнетателя ВОС, соответствующего определенным параметрам разветвленной аэродинамической сети, включая дроссельные устрой-

ства на входе в колонки, обеспечивающие равенство в них расхода воздуха;

• пакета компьютерных программ по расчету параметров аэродинамической сети ВОС и термодинамических процессов в связных и несвязных грунтах основания;

• рекомендаций по управлению работой охлаждающей системы в зависимости от температурного режима атмосферного воздуха и термодинамических условий охлаждаемого грунта, что позволяет выбрать оптимальные сроки работы нагнетателей.

Достоверность полученных результатов подтверждается:

• соответствием математических моделей исследуемых процессов основным закономерностям теории теплопереноса и использованием современных достижений прикладной математики при создании вычислительных алгоритмов и реализующих их программ;

• отсутствием принципиально важных допущений, снижающих точность расчетов;

• качественному соответствию полученных результатов имеющемуся опыту эксплуатации отдельных элементов системы воздушного охлаждения грунтовых оснований.

Апробация работы. Основные результаты работы доложены на XXVII теп-лофизическом семинаре СО РАН (2004 г.), на научной конференции молодых ученых Республики Саха (Якутия) (2004 г.), на Республиканской научно-практической конференции Республики Саха (Якутия) (2004 г.), на научно-технической конференции НГАСУ (Сибстрин) (2003, 2004 и 2005 г.), а также экспонировались на Республиканских (Республика Саха (Якутия)) ярмарках молодежных инновационных проектов «Молодежь. Наука. Бизнес» в 2003 г. (третье место и Диплом Правительства Республики Саха (Якутия) III степени за проект «Повышение термической устойчивости грунтовых оснований зданий и сооружений с помощью воздушных замораживающих систем») и в 2004 г. (первое место и Диплом I степени за проект под тем же названием).

Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, основных вы-

водов, списка литературы (132 наименования), 88 рисунков и 4 таблиц. Общий объем диссертации 137 страниц.

Работа выполнялась в Северо-Восточном федеральном университете им. М.К. Аммосова по ведомственной научной программе «Развитие научного потенциала высшей школы», подпрограмма «Развитие инфраструктуры научно-технической и инновационной деятельности высшей школы и ее кадрового потенциала», раздел «Развитие системы научно-исследовательской работы молодых преподавателей и научных сотрудников», проект 8422-ВНП «Повышение термической устойчивости грунтовых оснований зданий и сооружений с помощью воздушных замораживающих систем».

Автор считает необходимым выразить глубокую признательность и искреннюю благодарность научным руководителям: д.т.н, проф. Бондареву Э.А., д.т.н.,

проф. [Попову Ю.А.|, а также д.т.н., проф. Местникову А.Е. за ценные замечания и рекомендации, к.ф-м.н. Рожину И.И. за оказанную помощь и консультации при решении задач математического моделирования, директору инженерно технического института, д.т.н. Корнилову Т.А. и коллективу кафедры Строительного производства Северо-Восточного федерального университета за постоянное внимание и поддержку.

В первой главе диссертации рассмотрены виды фундаментов зданий и сооружений в районах распространения вечномерзлых грунтов и факторы, влияющие на термическую устойчивость грунтовых оснований, дан анализ охлаждающих систем и методов их расчета. На основании этого анализа сделаны выводы о необходимости разработки методов аэро- и термодинамического расчетов воздушных охлаждающих систем, сформулированы основные задачи исследования.

Во второй главе определены основные принципы аэродинамических расчетов системы «вентилятор —> распределительный коллектор —> колонки», обоснованы тепловые процессы в вентиляторе и распределительном коллекторе, одиночной колонке в виде рекуперативного теплообменника «труба в трубе» с входом холодного воздуха через внутреннюю трубу и кольцевое пространство, рассмотрены особенности термодинамических расчетов колонок воздушных охлаж-

дающих систем. Разработан алгоритм расчета воздушной охлаждающей системы с определением координат рабочей точки вентилятора, а также с подбором диаметра дроссельных устройств в охлаждающих колонках из условия равенства расходов воздуха в них. Предложен метод оценки условий образования инея в охлаждающих колонках, основанный на использовании эмпирической зависимости, связывающей температуру точки росы с температурой и влажностью атмосферного воздуха, и на предложенном алгоритме расчет условий теплообмена между нагнетаемым воздухом и охлаждаемым грунтом.

В третьей главе проанализированы существующие классификации мерзлых грунтов, особенности фазовых процессов в промерзающих (протаивающих) несвязных и связных грунтах, рассмотрены термодинамические и фазовые процессы в грунтовом массиве, примыкающем к охлаждающим колонкам, обусловленные воздействием наружного воздуха через поверхность грунтового массива и одиночной колонки воздушной охлаждающей системы. Предложена математическая модель тепловых процессов в промерзающем (протаивающем) несвязном и связном грунтах и вычислительный алгоритм, основанный на методе сквозного счета со сглаживанием теплофизических характеристик грунта в диапазоне температур, который определялся в ходе вычислительного эксперимента.

В четвертой главе подробно проанализированы предложенные вычислительные алгоритмы и реализующие их программы. Описан вычислительный эксперимент, в котором выявлены особенности динамики температурного поля охлаждаемого грунта с учетом неоднородности его начального температурного поля и теплофизических характеристик. Использованы современные вычислительные технологии, включающие алгоритмы прогонки и метод дробных шагов при решении двумерной задачи переноса тепла в охлаждаемом грунте.

В основных выводах приведены полученные результаты.

1.Анализ состояния вопроса и задачи исследований

В настоящей главе описываются наиболее распространенные фундаменты сооружений, возводимых в криолитозоне, анализируются основные публикации, посвященные разработке инженерных требований к этим объектам. Особое внимание уделяется методам поддержания грунтовых оснований в мерзлом состоянии, в том числе и инженерной подготовки строительных площадок. Из большого набора инженерных сооружений выбраны те, которые традиционно относятся к промышленному и гражданскому строительству, хотя автор понимает, что при этом в списке публикаций могло не оказаться авторов, внесших существенный вклад в те или иные аспекты теории искусственного замораживания грунтов.

Возведение различного рода инженерных сооружений, осушение или заводнение территории строительства являются причиной нарушения естественных условий, приводящих к изменению термовлажностного режима грунтов основания. Для предотвращения их оттаивания под отапливаемыми зданиями и сооружениями применяют естественное или искусственное охлаждение. Способу искусственного охлаждения грунтов основания посвящены работы Х.Р. Хакимова [113, 114], С.И. Гапеева [27, 28], Б.В. Бахолдина [9], H.A. Бучко [18], В.И. Макарова [57-63], Н.Г. Трупака [103-106], С.С. Вялова [23, 24], Г.Ф. Биянова [10, 11], Филипповско-го С.М. [112], Чжана Р.В. [48, 122-124], Кузьмина Г.П [48-50] и других авторов.

Задачи управления температурным режимом грунтов путем использования сезонно действующих охлаждающих устройств (СОУ) различного типа, а также с помощью холодильных машин, рассмотрены в работах H.A. Бучко, В.И. Макарова, Н.Г. Трупака, Г.Ф. Биянова, В.А. Турчиной, Х.Р. Хакимова и других авторов. В них указывается, что наибольшее практическое применение получили воздушные и жидкостные СОУ с вынужденной конвекцией теплоносителя и жидкостные и парожидкостные СОУ с естественной конвекцией теплоносителя.

В тридцатых годах прошлого столетия при проходке первых тоннелей метро в Москве перед строителями возникла серьезная проблема в виде плывунов, которые заливали стволы и забои шахт. Я.А. Дорман [30, 31] и Н.Г. Трупак [103-

106] разработали метод искусственного замораживания грунтов. В специально пробуренные скважины монтировалась рассольная сеть из труб диаметром 100 мм, к которой подводился от замораживающей станции рассолопровод. В качестве теплоносителя в замораживающих системах авторы применили раствор хлористого кальция, который циркулировал в замораживающих трубах. Вокруг этих труб образовывались ледяные цилиндры, которые постепенно увеличивались и соединялись между собой в сплошную стену толщиной до трех-четырех метров. При строительстве Киевского метрополитена Я.А. Дорманом [31] впервые был применен последовательный способ замораживания грунтов, заключающийся в том, что замораживающие колонки включались в работу не все сразу одновременно, а последовательно: сначала в верхней половине тоннеля (в своде), а затем остальные в нижней половине. Замораживающие скважины, расположенные в своде тоннеля, были включены в работу до окончания бурения скважин, расположенных в нижней половине. Это позволило увеличить время замораживания свода тоннеля до 2,5 месяцев и тем самым создать надежный замкнутый контур, несмотря на большие отклонения скважин, а также создать большую толщину свода из мерзлых грунтов.

Одной из признанных в стране научных школ по специальным методам проходки горных выработок в сложных гидрогеологических условиях методом замораживания является школа Н.Г. Трупака. В работах [103-106].Н.Г. Трупаком приведены примеры применения способа замораживания грунтов при проведении горных выработок в различных областях строительства. Обобщен опыт замораживания грунтов при строительстве подземных сооружений на малых и средних глубинах при проведении вертикальных, наклонных и горизонтальных горных выработок. Изложены теоретические основы процесса замораживания грунтов, методы определения оптимальных расстояний между замораживающими скважинами, расчеты скорости замораживания грунтов при образовании ледогрунтовых водонепроницаемых перемычек и подпорных стен, методы расчета прочности цилиндрических ограждений. Также рассмотрены способы применения жидкого азота для скоростного замораживания грунтов. Низкая температура испарения

жидкого азота способствует интенсивному промерзанию грунта вокруг охлаждающих колонок, тем самым обеспечивается минимальный промежуток времени для образования ледогрунтовых ограждений. Н.Г. Трупак отмечает, что замораживание грунтов жидким азотом по сравнению с рассольным способом имеет ряд преимуществ: резко сокращаются сроки образования ледогрунтовых ограждений, получение холода осуществляется без применения на объекте замораживающих станций, значительно сокращаются подготовительные работы к замораживанию, замораживание грунтов осуществляется без применения рассольных насосов, а также без потерь холода в них. Однако несмотря на очевидные преимущества из-за дефицитности, высокой стоимости и большого расхода способ не получил широкого применения в практике.

Осесимметричная задача искусственного замораживания грунтов для строительных целей рассмотрена в работах Х.Р. Хакимова [113, 114]. Им было получено приближенное решение задачи о промерзании грунта вокруг вертикальной трубы с учетом теплоемкостей мерзлой и талой зон грунта. Метод Х.Р. Хакимова является обобщением метода последовательных смен стационарных состояний Л.С. Лейбензона [51], но для получения решения в замкнутом виде ему пришлось предположить, что радиус теплового влияния пропорционален радиусу промерзания.

Расчету и разработке термосифонов (устройств для охлаждения и замораживания грунта с помощью теплоносителя, циркулирующего под действием силы тяжести) посвящены работы С.И. Гапеева [27, 28], Э.Лонга [130], В.И. Макарова [57-63] и др. Следует отметить, что термосифоны наиболее эффективно были использованы при сооружении Трансаляскинского нефтепровода при охлаждении грунта под металлическими опорами. Главным достоинством термосифонов является то, что они не требуют энергетических затрат в процессе эксплуатации, т.к. работают за счет низких температур атмосферного воздуха зимой. Различают жидкостные и парожидкостные термосифоны, представляющие собой герметичные трубы, заполненные хладагентом. В качестве хладагента для жидкостных термосифонов могут применяться керосин, хладон 30, этиленгликоль, для паро-

жидкостных аммиак, пропан, фреон и другие незамерзающие или легкокипящие жидкости.

Жидкостные сезонные охлаждающие устройства (СОУ) конвективного действия впервые были применены для замораживания грунтов в 1969 году С.И. Га-пеевым [27, 28]. В качестве теплоносителя в данных СОУ использовался керосин, который мало меняет вязкость в диапазоне рабочих температур.

На основе многолетних экспериментальных исследований В.И.Макаровым [57-63] предложена классификация способов и технических средств управления температурным режимом грунтовых массивов в северном строительстве, установлены особенности и закономерности теплообмена термосифонов с окружающей средой, предложены эффективные конструктивные модификации жидкостных термосифонов, разработан инженерный метод их расчета. Им же впервые предложен и экспериментально опробован способ аккумуляции холода в грунтовых основаниях для повышения несущей способности свайных фундаментов, включающий применение термосифонов, встроенных в железобетонную сваю, в комплексе с поверхностным теплоизоляционным покрытием.

Управлению температурным режимом грунтов с помощью воздушных охлаждающих устройств посвящены работы С.М.Филипповского [112], Р.М.Каменского [41], Р.В. Чжана [48, 123], Г.П Кузьмина [48-50], Г.А. Распопина [86, 87] и др.

С.М.Филипповский [112] предложил для воздушных охлаждающих колонок приближенное решение, учитывающее изменение температуры теплоносителя по длине колонки, которое широко используется в инженерной практике при назначении параметров охлаждающих колонок.

В работе Г.П. Кузьмина и Р.В. Чжана [48] изложены основные факторы, влияющие на обледенение воздушных охлаждающих устройств конвективного действия. Авторы указывают, что в зависимости от климатических условий, конструкции и поперечных размеров охлаждающих колонок возможны три случая образования в них льда: периодическое намерзание слоя льда летом и его полное испарение зимой, образование ледяной пробки через определенное количество

лет, образование ледяной пробки в первое же лето. Авторами описываются конструктивные методы снижения интенсивности обледенения охлаждающих колонок. Приводится метод расчета поперечных размеров каналов охлаждающих колонок, основанный на учете параметров процессов намерзания и испарения льда, что позволяет обоснованно выбирать и проектировать данное СОУ.

Г.П. Кузьмин [49] разработал новую надежную конструкцию воздушного термосифона, охлаждающая способность которого не уступает жидкостным. Конструкция представляет собой две коаксиально расположенные металлические трубы диаметром 159 мм и 108 мм и вытяжной трубы диаметром 108 мм. Длина подземной части установки 16 м, высота вытяжной трубы 3 м. Эксперименты по определению количества и характера образования льда в данном термосифоне проводились на опытном полигоне Института мерзлотоведения СО РАН. С целью снижения летней циркуляции воздуха на верхнем конце внутренней трубы были вырезаны два окна с общей площадью, равной площади поперечного сечения вытяжной трубы. В результате образование льда в колонке уменьшилось в 4 раза, а после приварки колена для предотвращения попадания летних осадков - в 12 раз. Создание дополнительного контура летней конвекции для циркуляции воздуха по элементам термосифона, расположенным выше подошвы сезонного оттаивания, позволило значительно уменьшить льдообразование и прогрев массива мерзлых грунтов.

Во всех указанных работах задачи теплового взаимодействия охлаждающих устройств с грунтовым массивом рассмотрены в приближенной постановке, а для их решения использовались различные приближенные методы, например, метод интеграла теплового баланса, который вообще очень популярен в мерзлотоведении. Из-за принятых допущений и предположений результаты, полученные указанными авторами, неприменимы даже в такой часто встречающейся ситуации, как слоистая неоднородность охлаждаемого грунта. Эти решения нельзя также использовать для учета сезонной изменчивости температуры атмосферного воздуха, альбедо поверхности, толщины снежного покрова.

1.1. Виды фундаментов зданий и сооружений в районах вечной мерзлоты

Обзор выполнен на примере Республики Саха (Якутия), которая занимает обширную территорию (примерно 3100000 квадратных километров) и расположена в зоне сплошного распространения вечномерзлых грунтов, мощность которых достигает 600 м (рис.1.1) [94]. Температура грунта на глубине нулевых годовых амплитуд (на глубине 10 м) колеблется от -2,0 °С до - 6 °С. Нормативная глубина сезонного оттаивания грунтов в зависимости от рельефа и литологии изменяется от 1,5 до 3,0 м в южной части и от 0,5 до 1,5 м в северной. Грунты представлены в основном супесями и суглинками, а в надпойменных террасах рек Лена, Вилюй, Ам-га, Алдан и др. - песками.

Рис. 1.1. Схематическая карта распространения, мощности и строения толщи пород с отрицательной температурой (криогенной толщи) на территории бывшего СССР

Город Якутск находится в пределах южного склона Лено-Вилюйской впадины и расположен на первой и второй надпойменных террасах левого берега реки Лены, имеющей здесь широкую и довольно плоскую долину с озерами, расположенными в различных местах этой территории. Геологические строения в районе г. Якутска и его окрестностях довольно хорошо выясняются многочисленны-

ми буровыми скважинами и разведочными шурфами, которые проходились Якутской мерзлотной станцией и другими организациями при инженерно-геологических изысканиях строительных площадок. На основании этих исследований толщу аллювиальных отложений П.И. Мельников [22] разделил на два основных комплекса:

1. Нижний комплекс аллювиальных отложений реки Лены залегает на размытой поверхности юрских пород. Этот более древний комплекс аллювиальных отложений включает галечник и толщу вышележащих песков, чередующихся с тонкими и часто выклинивающимся пластами суглинка и супеси темнокоричне-вого и темносерого цвета, с включениями слаборазложившихся растительных остатков. Для этой толщи характерна последовательная (снизу вверх) смена более крупного материала мелкими. Наблюдается косая слоистость. Мощность этого комплекса отложений неодинакова и возрастает по направлению от поймы к коренному берегу долины Лены. На первой надпойменной террасе она равна 15-22 м, на второй - увеличивается до 20-40 м.

2. Верхний комплекс аллювиальных отложений Лены представляет преимущественно пылеватыми супесями и суглинками бурого цвета, лежащими на более древнем аллювии. Мощность отложений второго комплекса редко превышает 2,5-5 м. Местами эти отложения нацело отсутствуют и на дневную поверхность выступают отложения нижнего комплекса.

На значительной площади верхний комплекс аллювиальных отложений покрывается так называемым культурным слоем, состоящим из перегноя, строительного мусора и отбросов, перемешавшихся с пылевато-суглинистыми отложениями. На отдельных участках города мощность культурного слоя достигает 0,5 -1,75 м.

Исследования мерзлотной станции по установлению влияния снегового покрова на распределение температур в грунте показывают, что при обнажении поверхности почвы от снега в течение всей зимы минимальные температуры грунта на глубине 1 м на 8,5 °С ниже, чем на площадке, где снеговой покров не нарушается. С глубиной эта разница минимальных температур уменьшается, доходя до 5

°С на глубине 2 м, и равняется только 1 °С на глубине 5 м.

Согласно данным группы авторов [2] мощность криолитозоны в районе г. Якутска в среднем составляет 250-350 м. Вне городской застройки среднегодовая температура грунтов изменяется от -0,5 до -2,7 °С для супесей и от -1 до -4 °С для суглинков. Мощность слоя годовых теплооборотов 15-17 м. На участках, примыкающих к современным водоемам или древним русловым и озерным понижениям, температура грунтов составляет 0...-1 °С. Низкая температура грунтов характерна для возвышенных древних останцовых поверхностей (-3.. .-4 °С), для береговых валов и гряд (-1,5...-2,0 °С). В естественных условиях глубина сезон-ноталого слоя (СТС) составляет в среднем 1,5 - 1,7 м для суглинков, 1,6 - 2,0 м для супесей и 2,0 - 2,5 м для песков. Многолетняя изменчивость глубины СТС, обусловленная климатическими колебаниями, оценивается в 0,4 - 0,5 м. Повтор-ножильные льды редки и маломощны. Сильнольдистые грунты залегают в понижениях рельефа и представлены суглинками и супесями со слоистой криогенной текстурой. В малольдистых песчаных отложениях, приуроченных к возвышенным грядам, криогенная текстура массивная. Сильнольдистые горизонты чаще встречаются на глубине 3 - 4 м на нижней границе экстремального СТС и приурочены к контактам дисперсных грунтов с песками, таликовым зонам и погребенным почвенным горизонтам.

Протаивание начинается после схода снега в начале мая и продолжается до конца сентября. В сентябре величина деятельного слоя достигает своего максимального значения, а в октябре начинается охлаждение его снизу и промерзание в местах отсутствия минерализованных вод. Промерзание деятельного слоя снизу, обусловленное запасом холода в толще вечной мерзлоты, начинается почти одновременно с промерзанием деятельного слоя с поверхности и достигает 0,2 - 0,5 м. Промерзание грунтов с октября происходит примерно с одинаковой скоростью (около 0,6 м в месяц) до середины декабря, когда промерзание деятельного слоя сверху смыкается с промерзанием снизу.

В зависимости от конструктивных и технологических особенностей зданий и сооружений (ЗиС), инженерно-геокриологических условий и возможности це-

ленаправленного изменения свойств грунтов основания возможно применение одного из следующих принципов использования вечномерзлых грунтов в качестве оснований [Ошибка! Источник ссылки не найден.]:

• принцип I - использование вечномерзлых грунтов основания в мерзлом состоянии, сохраняемом в процессе строительства и в течение всего периода эксплуатации ЗиС;

• принцип II - использование вечномерзлых грунтов основания в талом или оттаивающем состоянии (с их предварительным оттаиванием на расчетную глубину до начала возведения ЗиС или с допущением их оттаивания в период эксплуатации ЗиС).

При строительстве ЗиС на вечномерзлых грунтах в основном применяется принцип I. При этом для сохранения мерзлого состояния грунтов основания и обеспечения их расчетного теплового режима в период строительства и эксплуатации предусматривают мероприятия по устранению или уменьшению теплового воздействия ЗиС на основания: устройство холодных (вентилируемых) подполий (рис. 1.2); устройство холодных первых этажей; укладка в основании сооружения охлаждающих труб, каналов (рис. 1.3); применение вентилируемых фундаментов (рис. 1.4); устройство сезонно действующих охлаждающих устройств и др.

Принцип II применяется при наличии в основании скальных или других мало сжимаемых грунтов, деформации которых при оттаивании не превышают предельно допустимых значений.

Рис. 1.2. Свайный фундамент с вентилируемым подпольем

Рис. 1.3. Укладка в основании сооружения охлаждающих труб и каналов

Рис. 1.4. Общий вид вентилируемых фундаментов Наиболее распространенными видами фундаментов при возведении ЗиС на вечномерзлых грунтах являются: ленточные, столбчатые и свайные (рис. 1.5).

Рис. 1.5. Наиболее распространенные виды фундаментов зданий и сооружений на вечномерзлых грунтах

Первые каменные дома в г. Якутске имели ленточные фундаменты. Древнейшим каменным зданием является Троицкий собор, фундаменты ленточные из бутового камня на известковом растворе, глубина заложения колеблется от 1,5 до 2,3 м от дневной поверхности земли. Ширина фундаментных лент 140 - 170 см при толщине кирпичных стен 130 -140 см (рис. 1.6).

Рис 1.6. Ленточный фундамент из бутового камня

Появление на многих зданиях сквозных трещин и катастрофическое разрушение некоторых старинных сооружений заставили задуматься над причинами массовых деформаций зданий, построенных на ленточных фундаментах мелкого заложения. Строители делали попытки поисков рационального типа фундаментов в сложных условиях г. Якутска. Такая попытка была сделана в 1911 г. при строительстве двухэтажного дома архиерея. Под этим зданием применен армированный бутовый ленточный фундамент (рис. 1.7). Арматурой служили лиственничные брусья сечением 25 х 25 см, заложенные в теле бутовой кладки в три слоя: на глубине 1,5 м, 2,0 м и 2,5 м. Глубина заложения подошвы фундамента под на-

ружными стенами - 2,25 м, под внутренними - до 2,85 м. Такое заглубление под внутренними стенами предусматривало возможность протаивания грунтов под зданием. Второе новшество заключалось в том, что под этим зданием, впервые в истории дореволюционного строительства Якутии, были предусмотрены подпольное пространство высотой 25-30 см с продухами в цоколе и двойной утепленный пол. Это была первая попытка строителей сохранить грунты основания в мерзлом состоянии под отапливаемыми каменными зданиями.

Рис. 1.7. Армированный лиственничными бревнами бутовый ленточный фундамент

В настоящее время ленточные фундаменты применяются редко, в основном при строительстве малоэтажных зданий и сооружений (рис. 1.8).

Рис. 1.8. Ленточный фундамент с вентилируемыми трубами

Широкое распространение в послевоенные годы получили столбчатые фундаменты (рис. 1.9), которые представляли собой отдельно стоящие железобетонные стойки сечением 30 х 30 см или 50 х 50 см с башмаками, обвязанные сверху неразрезной железобетонной рандбалкой. В некоторых случаях под башмаками устраивали ростверк из двух рядов лиственничных брусьев сечением 20 х 20 см. Глубина заложения подошвы башмаков принималась по расчету, в пределах 4,5 м от дневной поверхности земли. Все работы, связанные с установкой фундамента на вечномерзлые грунты, производились в период отрицательных температур. Засыпку котлованов после установки фундаментных колонн производили до глубины 2 м мерзлым грунтом с заполнением пустот сухим песком с поливкой водой и тщательной утрамбовкой, а в зоне сезонного оттаивания вокруг стоек предусматривали засыпку непучинистого грунта.

шшт

т т т- т

л

а

л

1

£ §

Рис. 1.9. Железобетонный столбчатый фундамент: 1 - подсьшка из ПГС, 2 - ростверк из лиственничных брусьев

Несколько измененный тип столбчатых фундаментов был принят при строительстве двухэтажного каменного здания кинотеатра «Центральный» (рис. 1.10).

Фундамент кинотеатра запроектирован в виде отдельно стоящих железобетонных колонн в форме усеченной пирамиды с башмаками, которые опираются на ростверк из двух рядов лиственничных брусьев сечением 25 х 25 см, заложенных в грунт на глубине 4,4 м. Под зданием предусмотрено проветриваемое подпольное пространство высотой 60-80 см с просветом между низом неразрезной железобетонной рандбалки и поверхностью грунта в 20-30 см.

Следующий вид фундаментов - фундамент из бутовой ленты на ростверке из лиственничных бревен, уложенных вдоль фундамента на насадки, связывающие головки парных деревянных свай (рис. 1.11).

Рис. 1.10.Железобетонный столбчатый фундамент в виде усеченной пирамиды

Рис. 1.11. Фундамент из бутовой ленты на ростверке из лиственничных бревен

Большой объем земляных работ и трудоемкость устройства столбчатых фундаментов вынудило искать новые типы фундаментов и иную технологию производства фундаментных работ. Применение свайных фундаментов позволило значительно уменьшить объем земляных работ, снизить расход материалов, устранить необходимость подготовки оснований, снизить трудоемкость и ускорить производство работ.

Свайный фундамент состоит из свай и ростверка, которая объединяет головы свай и служит опорной балкой для возводимых зданий и сооружений. Железобетонные ростверки выполняются сборными или монолитными (рис. 1.12 и 1.13). В твердомерзлых грунтах Якутии в основном применяется буроопускной способ устройства свайных фундаментов. В предварительно пробуренные скважины диаметром, превышающим максимальное поперечное сечение сваи на 5 см, заливают грунтовый раствор (шлам). При этом раствор должен заполнить не менее 1/3 объема скважины. Сваи погружают в скважины непосредственно после заливки раствора. Для надежного заполнения пазух скважины раствором предусматривают 3-4 кратное поднятие и опускание сваи.

Рис. 1.12. Свайный фундамент со сборным ростверком с вентилируемым подпольем

71 "

рр**»

.___

Рис. 1.13. Свайный фундамент с монолитным ростверком с вентилируемым подпольем

При установке тяжелого оборудования и машин с динамическими нагрузками применяют фундаменты из кустов свай (рис. 1.14).

Рис. 1.14. Фундаменты из кустов свай с вентилируемым подпольем

1.2. Термическая устойчивость грунтовых оснований зданий и сооружений

Вопрос о термической устойчивости грунтовых оснований зданий и сооружений имеет существенное практическое значение. Мерзлые грунты в качестве основания надежны только при соблюдении расчетных отрицательных температур. Деградация вечномерзлой толщи может привести к катастрофическим последствиям: потере несущей способности грунтов основания, недопустимым деформациям фундаментов и, как следствие, - к разрушению зданий и сооружений (рис. 1.15 - 1.17).

Рис. 1.15. Потеря несущей способности фундаментов цеха №17 Якутской птицефабрики

Рис. 1.16. Сквозные трещины на стенах жилого дома по Проспекту Ленина

Рис. 1.17. Трещины на стенах здания Универсама №4 по ул. Дзержинского В соответствии с СП 25.13330.2012 [Ошибка! Источник ссылки не найден.] термическая устойчивость грунтов оснований количественно характеризуется несущей способностью в зависимости от температуры грунтового массива (рис. 1.18-1.20).

Рис. 1.18. Несущая способность мерзлых грунтов в зависимости от их температуры

-0,3 -0,5 -1,0 -1,5 -2,0 -2,5 -3,0 -3,5 -4,0 -6,0 -8,0 -10,0

Температура грунта, °С

Рис. 1.19. Несущая способность мерзлых биогенных грунтов в зависимости от их температуры

- Пески средние и мелкие —■— Супеси —А- Суглинки

-1,00 -2,00 -3,00 -4,00

Температура грунта, °С

Рис. 1.20. Несущая способность мерзлых засоленных грунтов в зависимости от их температуры

В естественных условиях величина температуры грунта деятельного слоя непрерывно меняется. Ее период и амплитуда зависят от географического расположения площадки строительства, метеорологических факторов, снегоотложений,

времени года и других условий тепло- и массообмена.

Прогнозу термической устойчивости вечномерзлых грунтов посвящены работы H.A. Цытовича [116 - 121], Н.И. Салтыкова [120], Г.В. Порхаева [22, 83-85], Г.М. Фельдмана [84], В.К. Щелокова [84-85], Л.Н. Хрусталева [23, 115], Х.Р. Ха-кимова [113,114], С.С. Вялова [23, 24], Ю.Я. Велли [20] и др. При этом H.A. Цы-тович определил понятие температурной устойчивости вечномерзлой толщи грунтов следующим образом: «Под температурной устойчивостью вечномерзлых грунтов, или точнее, устойчивостью отрицательного температурного поля вечномерзлых грунтов мы будем понимать такое температурное состояние вечномерзлых грунтов, когда в течение длительного времени (соизмеримого со сроком эксплуатации основных сооружений) не будет происходить общего повышения температуры толщи вечномерзлых грунтов, не будет иметь места деградация вечномерзлых грунтов. Устойчивость температурного режима вечномерзлой толщи грунтов на застраиваемой территории будет обеспечена, если глубина промерзания грунта в основании сооружений, вычисленная на основе баланса тепла по фактической средней месячной температуре грунта на различных глубинах, его влажности-льдистости, теплопроводности и теплоемкости и учета теплопотери полом здания, будет больше глубины его летнего оттаивания, определенной тем же методом» [120, стр. 284].

В соответствии с [119] на температурный режим вечномерзлых грунтов влияют не только первоначальные геокриологические условия, но и многочисленные факторы, которые можно разделить на три группы: общие, локальные и специфические (рис. 1.21). К общим факторам относятся составляющие внешнего теплового и влажностного обмена, к локальным - воздействие открытых водоемов, водотоков, различного рода зданий и сооружений (особенно с положительной температурой внутри помещений), а также подземных коммуникаций; к специфическим - гидрогеологические особенности (наличие межпластовых вод и т.п.), особый режим снежных отложений, минерализация грунтовых вод и др.

В зависимости от геолого-географических и геокриологических особенно-

стей района результаты внешних воздействий могут быть весьма различны: в районах с высокотемпературной толщей вечномерзлых грунтов может наблюдаться деградация вечномерзлых толщ и понижение ее верхней границы, в других районах усиление отрицательной температуры и повышение границы вечномерзлых толщ.

Рис. 1.21. Факторы, влияющие на термическую устойчивость грунтовых оснований зданий и сооружений

Исследования общей термической устойчивости толщи вечномерзлых грунтов, выполненные JI.H. Хрусталевым [115], показали следующее:

1) влияние отапливаемых зданий и сооружений на температуру вечномерз-лой толщи распространяется на расстояниях порядка нескольких десятков метров от зданий и сооружений;

2) существенное значение для установления направления изменений температуры вечномерзлой толщи имеет температура грунта на глубине нулевых годовых амплитуд, а также величина среднеинтегральной температуры поверхности грунта;

3) при величине среднеинтегральной температуры поверхности выше нуля не устанавливается стационарного положения чаши протаивания вечномерзлых грунтов под сооружениями (даже без учета подземных тепловых и водных коммуникаций), а имеет место сквозное протаивание вечномерзлой толщи;

4) если среднеинтегральная температура поверхности грунта на застраиваемой территории выше температуры вечномерзлой толщи грунтов на уровне нулевых годовых теплооборотов, то наблюдается деградация вечномерзлых толщ, а если ниже, то развитие вечномерзлых толщ и понижение температуры.

Мерзлый грунт представляет собой сложное природное многофазное образование, все составляющие которого находятся в физическом и физико-химическом взаимодействии, включающее в себя следующие компоненты:

• твердые частицы, состоящие из различных минералов, обломков горных пород или органических веществ;

• вязко - пластичные включения льда;

• вода в связанном и жидком состояниях;

• газообразные включения (пары и газы).

Промерзание грунтов сопровождается охлаждением их до температуры кристаллизации свободной воды, началом кристаллизации последней при температуре около О °С, превращением в лед некоторого количества связанной воды при температуре ниже О °С, а также скачкообразным изменением теплофизиче-ских свойств грунтов и их влажности [114]. Многие явления, наблюдаемые при промерзании или оттаивании грунтов, связаны с тем или иным состоянием воды в грунте. Различные категории воды в грунте замерзают при различных значениях отрицательной температуры, а такая категория, как прочносвязанная вода, в фазовых переходах вообще не участвует.

При рассмотрении фазовых процессов в промерзающих (протаивающих) грунтах можно выделить следующие виды влаги:

1) свободная, капиллярно - гравитационная и парообразная влага;

2) связанная влага.

При температурах, близких к 0°С, в фазовых процессах участвует только

свободная влага. Связанная влага начинает переходить в лед (воду) при температурах ниже ( выше) 0°С. По данной причине грунт в общем случае промерзает (протаивает) в некотором спектре температур. Например, Б.А. Красовицкий и А.П. Шадрина [47] предлагают температурный интервал, в котором происходят фазовые процессы за счет связанной влаги, принять равным от 0 до - 5 °С. В этом интервале все теплофизические характеристики грунтов зависят от температуры по линейному закону.

Таким образом, промерзающую (протаивающую) грунтовую систему можно рассматривать состоящей из двух зон: зоны талого и зоны мерзлого грунта. В общем случае в талой зоне происходят изменения температуры и фазовые превращения вода - пар и пар - вода; в мерзлой зоне кроме этих процессов происходят фазовые превращения связанная вода - лед (при понижении температуры) и лед -связанная вода (при повышении температуры), а также фазовые превращения лед - пар и пар - лед. На контакте этих зон происходят фазовые превращения свободной поровой воды и льда в пределах широкого диапазона температур замерзания (оттаивания), характерного для данной грунтовой системы.

1.3. Охлаждающие системы и методы их расчетного обоснования

С целью сохранения расчетной отрицательной температуры мерзлых оснований под зданиями и сооружениями в течение всего периода эксплуатации применяют естественное или искусственное их охлаждение. Для искусственного охлаждения используются охлаждающие системы, которые подразделяются по своему типу на установки с принудительной и естественной циркуляцией теплоносителя, а по его фазовому состоянию - на воздушные, жидкостные и парожидкост-ные (рис. 1.22) [23].

а)

б)

17/

Я

Vi

WW

А

В)

S

ш

1ГПТП7Т

г) ЯлЬ 4

иг

и

VJ Ж7ГГ

Заключение диссертации по теме «Инженерная геология, мерзлотоведение и грунтоведение», Местников, Владимир Владимирович

Основные выводы

1. Разработан метод расчета технологических параметров системы подачи холодного воздуха в охлаждающие колонки (расход и давление на выходе из вентилятора, проходные диаметры диафрагм на входе в колонки), обеспечивающий однородность состояния охлаждаемого массива. Метод основан на учете термодинамических процессов при движении воздуха в системе труб с учетом его сжимаемости и теплообмена с окружающей средой.

2. Создана инженерная методика определения условий возможного образования инея в охлаждающих колонках, основанная на использовании эмпирического соотношения между температурой конденсации влаги (точкой росы) и температурой и влажностью атмосферного воздуха, а также - алгоритма вычисления интенсивности теплообмена в системе охлаждения. При этом состояние атмосферы оценивается по климатическим данным.

3. Предложена математическая модель сопряженного теплообмена при взаимодействии системы охлаждающих колонок с грунтовым массивом, в которой учтены неравномерность теплофизического состояния охлаждаемого грунта и его теплообмен с атмосферным воздухом. Для решения данной задачи выбран наиболее современный вычислительный алгоритм, в котором использован метод сквозного счета для решения задач теплопроводности с фазовыми переходами, метод дробных шагов для решения многомерных уравнений и алгоритм прогонки.

4. Выявлены основные особенности динамики температурного поля охлаждаемого массива, в том числе и его фазового состояния, что позволяет регулировать этот процесс в зависимости от начального состояния объекта, от метеорологических факторов во время проведения работ, а также предложить технически несложные способы повышения эффективности работы систем охлаждения.

5. Показано, что эффективность применения систем воздушного охлаждения грунтовых оснований существенно повышается при очистке строительной площадки от снега зимой и теплоизоляции ее поверхности в летний период.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Местников, Владимир Владимирович, 2013 год

Список литературы

1. Алексеева, О.И. Создание и совершенствование противофильтрацион-ных мерзлотных завес: Автореферат дисс. канд. техн. наук./ О.И. Алексеева -Якутск: Институт мерзлотоведения СО АН СССР, 1988. 22 с.

2. Алексеева, О.И. О проблемах градостроительства в криолитозоне (на примере Якутска) / О.И. Алексеева, В.Т. Балобаев, М.Н. Григорьев, В.Н. Макаров, Р.В. Чжан, М.М. Шац, В.В. Шепелев // Криосфера земли, 2007. т. XI, №2, С. 76-83.

3. Альтшуль, А.Д. Гидравлика и аэродинамика: Учебное пособие для вузов / А.Д. Альтшуль, П.Г. Киселев. -М.: Стройиздат, 1975. - 323 с.

4. Ананян, A.A. О жидкой фазе воды в мерзлых горных породах / A.A. Ананян // Мерзлотные исследования. - М.: Изд-во МГУ, 1961.- Вып. 1. - С. 173177.

5. Ананян, A.A. О структурных особенностях воды при замерзании тонкодисперсных горных пород / A.A. Ананян / Мерзлотные исследования. - М.: Изд-во МГУ, 1977. - Вып. 16. - С. 184-189.

6. Ананян, A.A. Оценка толщины слоев незамерзшей воды в мерзлых породах / A.A. Ананян // Мерзлотные исследования. - М.: Изд-во МГУ, 1966. -Вып.6. - С.221-228.

7. Анисимов, В.А. Экспериментальное исследование жидкостной замораживающей системы. / В.А. Анисимов // Известия вузов. Строительство и архитектура, №9, 1983. С. 86-92.

8. Анисимов, В.А. Методика расчета системы жидкостных замораживающих колонок с принудительной циркуляцией хладоносителя / В.А. Анисимов, Э.А. Бондарев, Ф.С. Попов. - Якутск: Изд-во ЯФ СО АН СССР, 1987. - 48 с.

9. Бахолдин, Б.В. Выбор оптимального режима замораживания грунтов в строительных целях / Б.В. Бахолдин. -М.: Госстройиздат, 1963. - 70 с.

10. Биянов, Г.Ф. Плотины на вечной мерзлоте / Г.Ф. Биянов. - М.: Энергия, 1975.- 184 с.

11. Биянов, Г.Ф. Жидкостные охлаждающие устройства для замораживания талых и охлаждения пластично-мерзлых грунтов при строительстве в районах с суровым климатом / Г.Ф. Биянов, В.И. Макаров, А.Д. Молочников // II международная конференция по мерзлотоведению - Якутск, 1973. - вып. 7. -195-199 с.

12. Бондарев, Э.А. Теплообмен замораживающей колонки с грунтом / Э.А. Бондарев, Т.А. Капитонова, Ф.С. Попов // Тепловые расчеты процессов и устройств в горном деле Севера. - Якутск: Изд-во ЯФ СО АН СССР, 1987. С. 34-37.

13. Бондарев, Э.А. Оценка эффективности систем замораживания земляных плотин с принудительной циркуляцией хладоносителя / Э.А. Бондарев, С.М. Ларионов, Ф.С. Попов // ИФЖ, т. 60, №6, 1991. С. 1041-1042.

14. Бондарев, Э.А. Оценка условий образования инея внутри охлаждающих колонок системы замораживания грунтовых оснований / Э.А. Бондарев, В.В. Местников // ПГС. - 2012. - №1. С. 37-38.

15. Будак, Б.М. Разностные методы решения некоторых краевых задач типа Стефана / Б.М. Будак, Ф.П. Васильев, А.Б. Успенский // Численные методы в газовой динамике. - М.: ВЦ МГУ, 1965. - Вып. 4. - С. 139-183.

16. Будак, Б.М. Разностный метод со сглаживанием коэффициентов для решения задачи Стефана / Б.М. Будак, E.H. Соловьева, А.Б. Успенский //Журнал вычисл. математики и матем. физики, т. 5, № 5, 1965. С. 828-840.

17. Бучко, H.A. Алгоритм численного решения двухмерной задачи Стефана энтальпийным методом по трехслойной явной схеме / H.A. Бучко // Холодильная и криогенная техника и технология. - М.: 1975. - 142-154 с.

18. Бучко, H.A. Искусственное замораживание грунтов (обзор) / H.A. Бучко, В.А. Турчина. -М.: Информэнерго, 1978. - 68 с.

19. Васильев, В.И. Численное интегрирование дифференциальных уравнений с нелокальными граничными условиями / В.И. Васильев. - Якутск: ЯФ СО АН СССР, 1985.- 160 с.

20. Велли, Ю.Я. Устойчивость зданий и сооружений в Арктике / Ю.Я. Велли. - Л.: Стройиздат, 1973. - 152 с.

21. Внутренние санитарно-технические устройства. Ч.З. Вентиляция и кондиционирование воздуха. Кн. 2/Б. / Справочник проектировщика. -М.:Стройиздат, 1992.-416 с.

22. Войтковский, К.Ф. Фундаменты сооружений на мерзлых грунтах в Якутии / К.Ф. Войтковский, П.И. Мельников, Г.В. Порхаев, И.Н. Вотяков, Ю.М. Гончаров и др. - М.: Изд-во «Наука», 1968. - 198 с.

23. Вялов, С.С. Термосваи в строительстве на Севере / С.С. Вялов, Ю.А. Александров, С.Э. Городецкий, Ю.С. Миренбург, Л.Н. Хрусталев. -Л.:Стройиздат, Ленингр. отд-ние, 1984. - 148 с.

24. Вялов, С.С. Расчеты на прочность и ползучесть при искусственном замораживании грунтов / С.С. Вялов, Ю.К. Зарецкий, С.Э. Городецкий -Л.:Стройиздат, 1981.-200 с.

25. Гаврилова, М.К. Климат Центральной Якутии / М.К. Гаврилова. -Якутск, 1973.- 118 с.

26. Гавриш, Ю.Е. Теплофизика строительных процессов в условиях веч-номерзлых грунтов / Ю.Е. Гавриш. - Л.: Стройиздат, Ленингр. отд-ние, 1983. -96 с.

27. Гапеев, С.И. Опыт использования охлаждающих установок в районах распространения вечной мерзлоты / С.И. Гапеев // Регулирование температуры грунтов основания с помощью сезоннодействующих охлаждающих устройств. -Якутск: Инст-т мерзлотоведения СО АН СССР, 1983. С. 41-58.

28. Гапеев, С.И. Укрепление мерзлых оснований охлаждением / С.И. Гапеев - М.: Стройиздат, 1969. - 104 с.

29. ГОСТ 25100-95. Грунты. Классификация. - М.: Минстрой России,

1996.

30. Дорман, Я.А. Искусственное замораживание грунтов при строительстве метрополитенов / Я.А. Дорман. - М.: Транспорт, 1971. - 272 с.

31. Дорман, Я. А. Специальные способы работ при строительстве метрополитенов / Я.А. Дорман. - М.: Транспорт, 1981. - 302 с.

32. Ентов, В.М. Образование двухфазной зоны при промерзании пористой среды / В.М. Ентов, A.M. Максимов, Г.Г. Цыпкин. - М.,1986. - 56 с. -(Препр. / АН СССР. ИПМ; №269).

33. Ершов, Э.Д. Влагоперенос и криогенные текстуры в промерзающих породах / Э.Д. Ершов // Мерзлотные исследования. - М.:Изд-во МГУ, 1977. -Вып.16. - С. 191-194.

34. Жидких, В.М. Ледовый режим трубопроводов / В.М. Жидких, Ю.А. Попов. - Л.: Энергия, 1979. - 132 с.

35. Завалишина, Т.В. Энергосберегающая технология зимнего бетонирования строительных конструкций: Монография / Т.В. Завалишина - Новосибирск: НГАСУ, 2003. - 132 с.

36. Завалишина, Т.В. Учет взаимного теплового влияния колонок в составе воздушных замораживающих систем / Т.В. Завалишина, В.В. Мест-ников // Труды НГАСУ. - Новосибирск: НГАСУ, 2002. — Т.5, вып. 3(18). - С. 12-21.

37. Зарецкий, Ю.К. Вязкопластичность льда и мерзлых грунтов / Ю.К. Зарецкий, Б.Д. Чумичев, А.Г. Щеболев. - Новосибирск: Наука. Сиб. Отд-ние, 1986.-254 с.

38. Идельчик, И.Е. Справочник по гидравлическим сопротивлениям / И.Е. Идельчик. -М.: Машиностроение, 1992. - 672 с.

39. Исаченко, В.П. Теплопередача / В.П. Исаченко, В.А. Осипова, A.C. Сукомел. -М.: Энергоиздат, 1981. - 416 с.

40. Калиткин, H.H. Численные методы / H.H. Калиткин.- М.: Наука, 1978.- 512 с.

41. Каменский, P.M. Теплотехнический расчет ледогрунтовой проти-вофильтрационной завесы с учетом взаимного влияния колонок / P.M. Каменский //Гидротехническое строительство, 1971. - №4. - С.38-42.

42. Киселев, П.Г. Гидравлика / П.Г. Киселев. - М.: Госэнергоиздат, 1963 - 424 с.

43. Киселев, П.Г. Справочник по гидравлическим расчетам / П.Г. Киселев - М.: Энергия, 1972 - 312 с.

44. Киселев, П.Г.. Справочник по гидравлическим расчетам / П.Г. Киселев. -M.-JL: Госэнергоиздат, 1961. -352 с.

45. Климатический справочник СССР, вып.24. - Гидрометеоиздат, 1950.

46. Коновалов, A.A. Охлаждение мерзлых оснований для повышения их прочности / A.A. Коновалов - Красноярск: изд. Краснояр. ун-та, 1989. - 204 с.

47. Красовицкий, Б.А. Осесимметричная задача о протаивании тонкодисперсного мерзлого грунта вокруг скважины / Б.А. Красовицкий, А.П. Шадрина // Теплофизика и механика материалов, природных сред и инженерных сооружений при низких температурах. 4.1. Теплофизика и механика природных сред и материалов. - Якутск: Ин-т физико-техн. Проблем Севера; Восточно-Сибирское отд-ние РАН, 1974. - С.99-108.

48. Кузьмин, Г. П. К вопросу обеспечения надёжности и оценки охлаждающей способности воздушных термосифонов / Г.П. Кузьмин, Р.В. Чжан // Криосфера земли. - 2004. - Т. VIII. - С. 74-77.

49. Кузьмин, Г.П. Подземные резервуары в мерзлых грунтах / Г.П. Кузьмин, A.B. Яковлев. - Якутск: Ин-т мерзлотоведения СО РАН, 1992 - 152 с.

50. Кузьмин, Г.П. Рекомендации по устройству воздушного термосифона / Г.П. Кузьмин, A.B. Яковлев. - Якутск: ИМЗ СО АН СССР, 1991. - 12 с.

51. Лейбензон, Л.С. Руководство по нефтепромысловой механике / Л.С. Лейбензон. - ОНТИ: М., 1931. - С.144-149.

52. Лунев, Ю.В. Математическое моделирование процесса замерзания (оттаивания) связных грунтов / Ю.В. Лунев, O.A. Шалгунова // Труды ИТ АСУ. -Новосибирск: НГАСУ, 2005. — Т.6, вып. 8 (29). - С. 12-21.

53. Лыков, A.B. Теоретические основы строительной теплофизики / A.B. Лыков. - Минск: АН БССР, 1961. - 519 с.

54. Лыков, A.B. Тепломассообмен: Справочник / A.B. Лыков. - М.: Энергия, 1971.-560 с.

55. Лыков, A.B. Теория тепло- и массопереноса / A.B. Лыков, Ю.А. Михайлов. - М.; Л.: Госэнергоиздат, 1963. - 535 с.

56. Мазуров, Г.П. Физико-механические свойства мерзлых грунтов / Г.П. Мазуров. - Л.: Стройиздат, Ленингр. отд-ние, 1975. - 216 с.

57. Макаров, В.И. Замораживающие устройства с естественной циркуляцией жидкого теплоносителя / В.И. Макаров // Проектирование плотин для оросительных мелиорации в Центральной Якутии. - Якутск: Изд-во Института мерзлотоведения СО АН СССР, 1976. С. 204-219.

58. Макаров, В.И. Сваи с вмонтированными индивидуальными охлаждающими устройствами / В.И. Макаров // Материалы совещания-семинара по обмену опытом строительства в суровых климатических условиях. - Красноярск, 1970. -Т.5, вып. 3. - 116-124 с.

59. Макаров, В.И. Создание противофильтрационных элементов в земляных плотинах мерзлого типа посредством жидкостных замораживающих устройств (термосифонов): Автореферат дисс. канд. техн. Наук / В.И. Макаров. - М.: Московский гидромелиоративный институт, 1978. - 21 с.

60. Макаров, В.И. Термосифоны в северном строительстве / В.И. Макаров. -Новосибирск: Наука. Сиб. отд-ние, 1985. - 150 с.

61. Макаров, В.И. Управление температурным режимом оснований в северном строительстве: возможности и задачи / В.И. Макаров // Исследование состава, строения и свойств мерзлых, промерзающих и оттаивающих пород с целью наиболее рационального проектирования и строительства. - М.: 1981. -197-199 с.

62. Макаров, В.И. К вопросу о применении жидкостных термосифонов в северном фундаментостроении / В.И. Макаров, Л.А. Плотников // Геокриологические исследования в Западной Якутии. - Новосибирск, 1980. - 26-40 с.

63. Макаров, В.И. Строительство многоэтажных зданий на холодных сваях в г. Мирном / В.И. Макаров, JI.A. Плотников, Б.Ф. Чумаевский // Труды третьей международной конференции по мерзлотоведению. - Оттава, 1978. -т.1 -821-825 с.

64. Максимов, A.M. Образование двухфазной зоны при взаимодействии талых и мерзлых пород с раствором соли / A.M. Максимов, Г.Г. Цыпкин. -М.,1987. - 56 с. -(Препр. / АН СССР. ИПМ; № 305).

65. Местников, В.В. Повышение термической устойчивости грунтовых оснований зданий и сооружений в районах вечной мерзлоты с помощью воздушных замораживающих систем / В.В. Местников // Известия вузов. Строительство. - 2003. - №10. - С. 60 - 66.

66. Местников, В.В. Тепловые и термодинамические процессы в кустах замораживающих колонок и в примыкающем грунтовом массив/В.В.Местников // Промышленное и гражданское строительство. - 2010. - №4. - С. 33 -36.

67. Михеев, М.А. Основы теплопередачи / М.А. Михеев, И.М. Михеева -М.: Энергия, 1973.-320 с.

68. Мордовской, С.Д. Взаимовлияние механических и температурных полей в рамках модели образования двухфазной зоны / С.Д. Мордовской, Е.Е. Петров // Матем. Заметки ЯГУ. - 1994. - Вып.1. - С. 107-112.

69. Мордовской, С.Д. Механические свойства мерзлых пород в рамках модели образования двухфазной зоны / С.Д. Мордовской, Е.Е. Петров // ФТПРПИ. - 1994. - № 1. - С. 87-91.

70. Мухачев, Г.А. Термодинамика и теплопередача / Г.А. Мухачев, В.К. Щукин. - М.: Высшая школа, 1991. - 480 с.

71. Нерсесова, З.А. Изменение льдистости грунтов в зависимости от температуры / З.А. Нерсесова // Докл. АН СССР. - 1950. - Т.75, №6. - С.845-846.

72. Нерсесова, З.А. Незамерзшая вода в мерзлых грунтах / З.А. Нерсесова, H.A. Цытович // Докл. на межд. конф. По мерзлотоведению. Секция 4. Фазовые равновесия и превращения. - М.: Изд-во АН СССР, 1963. - С.62-70.

73. Павлов, A.B. Расчет и регулирование мерзлотного режима почвы. -Новосибирск: Наука. Сиб. отд-ние, 1980. - 240 с.

74. Павлов, A.B. Теплообмен почвы с атмосферой в северных и умеренных широтах территории СССР / A.B. Павлов. - Якутск: Якутское книжное изд-во, 1975. - 304 с.

75. Попов, Ф.С. Вычислительные методы инженерной геокриологии / Ф.С. Попов. - Новосибирск: Наука. Сибирская издательская фирма РАН. 1995. - 136 с.

76. Попов, Ф.С., Шкулев С.П. Расчет и разработка систем воздушного замораживания грунта: Учебное пособие / Ф.С. Попов, С.П. Шкулев. - Якутск: Изд. ЯГУ, 2000. - 44 с.

77. Попов, Ю.А. Методы решения актуальных научно-технических задач (С элементами гидравлики, строительной теплофизики и многокритериальной оптимизации управляемых процессов). Монография / Ю.А. Попов, Т.В. Зава-лишина, B.C. Лаптев, Г.Г. Турантаев, В.В. Местников. - Новосибирск: Изд-во НГАСУ (Сибстрин), 2005. - 196 с.

78. Попов, Ю.А. Постановка классической задачи Стефана для промерзающих (протаивающих) связных грунтов / Ю.А. Попов, Т.В. Завалишина, Г.Г. Турантаев, В.В. Местников, В.А. Нечипорук // Известия вузов. Строительство. -2004.-№10.-С. 107-112.

79. Попов, Ю.А. Глубокая подводная разработка грунтов способом гидромеханизации / Ю.А. Попов, B.C. Лаптев // Известия вузов. Строительство. -2003.-№12.-С. 48-53

80. Попов, Ю.А. Гидромеханизация земляных работ в зимнее время / Ю.А. Попов, Д.В. Рощупкин. - Л.: Стройиздат, Ленингр. отд-ние, 1979. - 184 с.

81. Попов, Ю.А. Гидромеханизация в Северной Строительно-климатической зоне / Ю.А. Попов, Д.В. Рощупкин, Т.И. Пеняскин. - Л.: Стройиздат, Ленингр., отд-ние, 1982. - 224 с.

82. Попов, Ю.А. Гидромеханизация земляных работ. 4.1. Теория процессов гидромеханизации: учеб. Пособие / Ю.А. Попов, Д.В. Рощупкин, Т.Н. Пеняскин. - Новосибирск: НИСИ, 1976. - 67 с.

83. Порхаев, Г.В. Тепловое взаимодействие зданий и сооружений с веч-номерзлыми грунтами / Порхаев Г.В. - М.: Изд-во Наука, 1970. - 280 с.

84. Порхаев, Г.В. и др. Теплофизика промерзающих и протаивающих грунтов / Г.В. Порхаев, Г.М. Фельдман, В.К. Щелоков. - М.: Наука, 1964. - 198 с.

85. Порхаев, Г.В. Прогнозирование температурного режима вечномерз-лых грунтов на застраиваемых территориях / Г.В. Порхаев, В.К. Щелоков. - Л.: Стройиздат, Ленингр. отд-ние, 1980. - 112 с.

86. Распопин, Г.А. Гидротехнические сооружения. Мерзлотные завесы: Учебное пособие / Г.А. Распопин. - Новосибирск: Изд. НГАСУ, 1999. - 108 с.

87. Распопин, Г.А. Повышение эффективности воздушных замораживающих систем / Г.А. Распопин // Известия вузов. Строительство. - 1999 - №10. - с. 57-62.

88. Рожин, И.И. Математическое моделирование теплового взаимодействия замораживающих колонок с грунтовыми основаниями / И.И. Рожин, В.В. Местников // Промышленное и гражданское строительство. - 2012. - №1. - С. 33-36.

89. Руководство по проектированию плотин из грунтовых материалов, возведенных в Северной строительно-климатической зоне / П 48-76. - JL: Энергия, Ленингр. отд-ние, 1976. - 65 с.

90. Самарский, A.A. Введение в теорию разностных схем / A.A. Самарский. -М: Наука, 1971. -550 с.

91. Самарский, A.A. Экономичная схема сквозного счета для многомерных задач Стефана / A.A. Самарский, Б.Д. Моисеенко // Журнал вычислит, математики и матем. физики, т. 5, № 5, 1965. С. 816-827.

92. Самарский, A.A. Методы решения сеточных уравнений / A.A. Самарский, Е.С. Николаев. -М.: Наука, 1978. - 592 с.

93. Самарский, A.A. О сходимости локально-одномерной схемы решения многомерного уравнения теплопроводности на неравномерных сетках / A.A. Самарский, И.В. Фрязинов // Журнал вычислит, математики и матем. физики, т. 11, №3, 1971. С. 642-657.

94. СНиП 2.01.01-82. Строительная климатология и геофизика. - М.: Госстрой, 1982.- 136 с.

95. СП 25.13330.2012. Основания и фундаменты на вечномерзлых грунтах. Актуализированная редакция СНиП 2.02.04-88. - М.: ФАУ «ФЦС», 2012 — 119 с.

96. СНиП 23-01-99. Строительная климатология. Госстрой России. - М.: ГУПЦПП, 2000.-59 с.

97. СНиП II-3-79*. Строительная теплотехника. Госстрой России. - М.: ГУПЦПП, 1998.-29 с.

98. Справочник по строительству на вечномерзлых грунтах. Под ред. Велли Ю.Я., Докучаева В.И., Федорова Н.Ф. - Л.: Стройиздат, 1977. - 552 с.

99. СТО 36554501-012-2008: Применение теплоизоляции из плит поли-стирольных вспененных экструзионных пеноплекс при проектировании и уст-

ройстве малозаглубленных фундаментов на пучинистых грунтах. ФГУГТ «НИЦ «Строительство»». - М.:ОАО ЦПП, 2008. - 17 с.

100.Теоретические основы теплотехники. Теплотехнический эксперимент: Справочник // Под общ. ред. В.А. Григорьева, В.М. Зорина. - М. Энерго-атомиздат, 1988. - 560 с.

101.Теплофизические свойства горных пород. - М.: Изд-во МГУ, 1984. -

204 с.

102.Тихонов, А.Н. Уравнения математической физики. Изд. 5-е. / А.Н. Тихонов, A.A. Самарский. - М.: Наука, 1977. - 736 с.

103. Трупак, Н.Г. Замораживание грунтов в подземном строительстве / Н.Г. Трупак. - М.: Недра, 1974. - 280 с.

104.Трупак, Н.Г. Замораживание горных пород при проходке стволов / Н.Г. Трупак. - М.: Недра, 1954. - 376 с.

105.Трупак,Н.Г. Замораживание грунтов в строительстве / Н.Г. Трупак. -М.: - Изд. литер, по стр-ву, 1970. - 224 с.

106.Трупак, Н.Г. Замораживание грунтов при строительстве подземных сооружений / Н.Г. Трупак. - М.: Недра, 1979. - 344 с.

107.Успенский, А.Б. Об одном численном методе решения одномерных задач типа Стефана с непостоянным числом фронтов / А.Б. Успенский // Решения задач типа Стефана. - М.: ВЦ МГУ, 1972. - С.57-85.

108.Фазовый состав влаги в мерзлых породах. / Под ред. Э.Д. Ершова. -М.: Изд-во МГУ, 1979. - 190 с.

109.Федоров, А.Н. «Спасская падь»: комплексные исследования мерзлотных ландшафтов / А.Н. Федоров, Т.Х. Максимов, П.П. Гаврильев и др - Якутск: Издательство Института мерзлотоведения СО РАН, 2006. - 210 с.

1 Ю.Фельдман, Г.М. Методы расчета температурного режима мерзлых грунтов / Г.М. Фельдман. - М.: Наука, 1973. - 254 с.

Ш.Филиппов, JI.B. Прогнозирование теплофизических свойств жидкостей и газов / JI.B. Филиппов. -М.: Энергоатомиздат, 1988. - 168 с.

112. Филипповский, С.М. Использование воздуха с естественной отрицательной температурой для замораживания грунта / С.М. Филипповский // Труды отделения Института мерзлотоведения им.В.А.Обручева. - М.: Изд-во АН СССР, 1962. Вып.2. - С.59-65.

ПЗ.Хакимов, Х.Р. Вопросы теории и практики искусственного замораживания грунтов / Х.Р. Хакимов. - М.: Изд-во АН СССР, 1957. - 191 с.

114.Хакимов, Х.Р. Замораживание грунтов в строительных целях / Х.Р. Хакимов. - М.: Госстройиздат, 1962. - 186 с.

115. Хрустал ев, JI.H. Температурный режим вечномерзлых грунтов на застроенной территории / J1.H. Хрусталев. -М.: Изд-во «Наука», 1971. - 168 с.

Иб.Цытович, H.A. К теории равновесного состояния воды в мерзлых грунтах / H.A. Цытович. // Изв. АН СССР. Сер. География и геофизика. - 1945. - Т.9, №5-6. - С.493-502.

117.Цытович, H.A. Лекции по расчету фундаментов в условиях вечной мерзлоты / H.A. Цытович. - Изд. Ленингр. института сооружений, 1933. - 54 с.

118.Цытович, H.A. Механика грунтов / H.A. Цытович. - М.: «Высш. Школа», 1979.-272 с.

119.Цытович, H.A. Механика мерзлых грунтов: Учеб. пособие. / H.A. Цытович. - М.: «Высш. Школа», 1973. - 448 с.

120.Цытович, H.A. Фундаменты электростанций на вечной мерзлоте / H.A. Цытович, Н.И. Салтыков, В.Ф. Жуков, П.И. Мельников. - Изд-во АН СССР, 1947.-103 с.

121.Цытович, Н.А.Прогноз температурной устойчивости плотин из местных материалов на вечномерзлых основаниях / H.A. Цытович, Н.В. Ухова, С.Б. Ухов. - Л.: Стройиздат, Ленингр. отд-ние, 1972. - 139 с.

122. Чжан, Р. В. Исследование конвекции в жидкостных термосифонах в теплый период года / Р. В. Чжан // Материалы I конференции геокриологов России. - Москва, 1996. - С. 346-350.

123. Чжан, Р. В. Рекомендации по устройству воздушных термосифонов / Р.В. Чжан. - Якутск: Изд-во ИМЗ СО РАН, 1991. - 11с.

124. Чжан, Р. В. Применение термосифонов при мелиоративном освоении Центральной Якутии / Р.В. Чжан, Ю.А. Шалаев, Л.А. Савчук // Природные условия осваиваемых регионов Сибири. - Якутск, 1987. - С. 117-126.

125.Шерстюк, А.Н. Насосы, вентиляторы и компрессоры: Учеб. Пособие для ВТУЗов / А.Н. Шерстюк. - М.: Высшая школа, 1972. - 344 с.

126.Шкулев, С.П. Адаптация математических моделей термомеханического состояния массива многолетнемерзлых пород / С.П. Шкулев, A.B. Само-хин, В.Ю. Изаксон. - Якутск, 1993. - 40 с. - (Препр. / ЯНЦ СО РАН).

127.Шушерина, Е.П. Исследования температурных деформаций дисперсных мерзлых пород в зависимости от их состава и температуры в диапазоне от - 0,5 до - 55 °С / Е.П. Шушерина, Е.Н. Барковская, JI.A. Ревина // Мерзлотные исследования. -М.: Изд-во МГУ, 1976. - Вып. 13. - С. 212-227.

128.Яненко, Н.Н. Метод дробных шагов решения многомерных задач математической физики / Н.Н. Яненко. - Новосибирск: НГУ, 1966. - 364 с.

129.Bondarev, Е.А. Systems of earth dam freezing with forced circulation of a coolant / E.A. Bondarev, F.S. Popov // Int. Conference on Development and Commercial Utilization of Technologies in Polar Regions. "POLARTECH' 94". - Lulea, Sweden, 1994, pp. 165-176.

130. Long, E.L. Means for Maintaining Permafrost Foundations / E.L. Long.-Pat. USA. №3, 217, 791, CI. 165-45, 1964.

131.Met4 and Met4 A calculation of dew point. Paroscientific, Inc. 4500 148th Ave. N.E. Redmond, WA 98052. 2007.

132.Popov, F.S. Thermophysical basis of mathematical simulation of artificial freezing of soil / F.S. Popov, I.I. Rozhin // Proceedings of Int. symposium «Geocryo-logical problems of construction in eastern Russia and northern China». - Yakutsk: SB RAS Publishers, 1998, Vol. 1, pp. 197-201.