Ускорение оттаивания сезонной мерзлоты при помощи солевых растворов

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 t_э = —21°. В концентрациях раствора ниже эвтек­тических замерзание происходит при эквивалентной температуре t_л. 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.

3. Кингери У.Д. Лед и снег. Перевод с английского. Изд-во «Мир», М., 1966
4. Пантелеев А. Н. Производство работ в зимнее время с применением раствора хлористого натрия. «Промыш­ленное строительство», 1963, № 3

-1+0

• Содержание сайта
• Комментарии
• Главная страница