1969 г, Колыма, №10
В последнее время все большее внимание вызывают физико-химические методы предохранения от сезонного промерзания и размораживания грунтов в зимний период [2]. Значительный объем работ с применением солевых растворов для предотвращения смерзаемости грунтов был произведен при строительстве Вилюйской ГЭС [1]. Наибольший интерес представляет опыт по размораживанию грунтов в феврале—марте, проведенный в г. Ангарске [4]. Грунт готовили зимой к выемке под фундамент. Участок обрабатывали 25-процентным раствором NaCl с общим расходом соли 8 кг на 1 м3 мерзлого грунта. Через 10 дней грунт разморозился на глубину 1,3 м, ниже оставалась вялая мерзлота, которая легко разрабатывалась бульдозером.
С целью установления возможности применения солевых растворов для интенсификации оттаивания сезонной мерзлоты в весенний период на дражных полигонах авторы провели ряд исследований.
Известно, что при контакте солевого раствора со льдом происходит резкое понижение температуры. Если эвтектическая концентрация Сэ =23,4%, то раствор замерзает при температуре эвтектики tэ = —21°. В концентрациях раствора ниже эвтектических замерзание происходит при эквивалентной температуре tл. Указанная зависимость приведена на рис. 1 [3]. Ввиду этого значительно увеличивается разность температур и соответственно количество тепла, поступающего в зону протаивания с дневной поверхности и из подстилающей мерзлой толщи.
Для проверки эффективности данного метода и предварительного изучения процессов оттаивания в мае 1968 г. была проведена экспериментальная работа на полигоне драги № 134 треста «Лензолото». Экспериментальная площадка находилась в таликовой зоне с глубиной сезонного промерзания 2,5—2,8 м. К моменту введения раствора в грунт естественная оттайка достигла 30—35 см. Породы представлены мелкими песчано-гравийными отложениями с небольшой примесью глины. С глубины 0,7 м встречаются валуны. Весовая льдистость отложений i= 120—150 кг/м3.
18 мая перед внесением соли с площадки бульдозером удаляли оттаявший слой и раствор выливали непосредственно на мерзлый грунт. Экспериментальную площадку разбили на четыре участка. Засоление участков было различной концентрации: участок № 1 - 10 кг/м2, № 2 — 5, № 3 — 2,5 кг/м2, на участке № 4 (контрольный) засоление не производили. Площади всех участков одинаковы и равны 20 м2. Поверхность обрабатывалась насыщенным раствором поваренной соли, температура плюс 1—2°. Температурный контроль осуществляли на участках № 2 и 4. Термометры были установлены на поверхности грунта и на глубине 5; 10; 15 см. Перед внесением солевого раствора все заглубленные в мерзлоту термометры на участках № 2 и 4 показывали температуру, близкую к 0° (минус 0,1 —0,2°). После внесения раствора на участке № 2 произошло значительное изменение температуры по глубине (рис. 2). В определенные моменты были отмечены минимальные температуры: на глубине 5 см — минус 6°, на глубине 10 см — минус 5,8°, на глубине 15 см — минус 5,5°. Сравнительно высокая температура в зоне контакта насыщенного раствора соли с мерзлотой объясняется влиянием теплоемкости скелета пород, находящегося при температуре минус 0,1° — 0,2°, то есть, хотя в зоне контакта раствора с частицам льда мерзлых пород и возникает соответствующая концентрации температура (рис. 1), усредненная температура с учетом теплоемкости скелета не опускалась ниже минус 6°. Тающий лед снижает концентрацию раствора и соответственно увеличивает эквивалентную температуру (рис. 1). Этим можно объяснить повышение температуры с минус 6° на глубине 5 см до минус 5,5° на глубине 15 см.
Тепло, вносимое в грунт с водой при температуре +3°, незначительно по величине и его можно не учитывать.
Наблюдения за ходом оттаивания (рис. 3) вели с момента внесения соли — с 18 до 27 мая. Глубину оттаивания определяли шурфовкой.
Наличие соли прослеживалось до глубины не более 1м. Ниже этой отметки на засоленных участках до глубин, указанных на рис. 3, находилась вялая мерзлота, легко разбирающаяся лопатой.
В это же время был проведен эксперимент на участке, представленном слабофильтрующими илистыми отложениями. Глубина оттаивания на засоленном и контрольном участках оказалась почти одинаковой и составила за период с 15 мая по 27 мая 60—63 см. Соль при этом отмечалась на глубине не более 15 см, то есть скорость фильтрации солевого раствора значительно отставала от скорости естественного оттаивания. Контакта солевого раствора с мерзлотой при этом не было, что полностью устранило эффект ускорения оттаивания.
В отличие от участков № 1, 2 и 3, где соль вносили в виде насыщенного раствора, на илистом участке засоление производили иначе: сначала по поверхности участка \\\'рассыпали соль из расчета 5 кг/м2, а затем многократно его поливали водой. Предпочтение следует отдать первому способу, так как растворение крупнокристаллической технической поваренной соли методом поливки требует большего количества воды, чем при растворении в емкости.
Таким образом, экспериментальная проверка подтвердила сравнительно высокую эффективность данного метода оттаивания сезонной мерзлоты на породах с хорошей фильтрацией. Метод прост, стоимость осуществления мероприятия невысокая, трудовые затраты незначительны. По ориентировочным подсчетам, стоимость оттайки составляет около 20 коп/м3, что значительно ниже по сравнению с паровой и электрической оттайкой. Принципиальным преимуществом метода является возможность ведения работ в ранний период, когда другие методы оттаивания (например, с помощью пленочных покрытий и гидроигловой) малоэффективны или невозможны.
Рекомендуется широко проводить промышленные испытания данного метода оттайки и его дальнейшие исследования с целью разработки теплофизических и физико-химических основ.
Данный метод может найти применение и на других открытых работах, например, при бульдозерной разработке россыпей в районах Северо- Востока.
ЛИТЕРАТУРА
1.Батенчук Е.Н., Биянов Г.Ф., Торопов Л. Н., Мызников Ю.Н. Зимняя укладка связных грунтов на Крайнем Севере. «Энергия», М., 1968.
2.Ильинский Б.П., Щицин А.Г. Зимнее утепление карьеров введением солей в грунт. «Строительные материалы», 1967, № 7.
- Кингери У.Д. Лед и снег. Перевод с английского. Изд-во «Мир», М., 1966
- Пантелеев А. Н. Производство работ в зимнее время с применением раствора хлористого натрия. «Промышленное строительство», 1963, № 3
Александр Левиков, 03.05.18 07:39:52 — авторам
Интересно. Есть ли информация: кто-нибудь внедрил за истекшие 50 лет в промышленных масштабах, когда и где?