Пособие по теплотехническим расчетам санитарно-технических сетей, прокладываемых в вечномерзлых грунтах

ОРДЕНА ТРУ ДОС ОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ОСНОВАНИЙ И ПОДЗЕМНЫХ СООРУЖЕНИЙ

ПОСОБИЕ ПО ТЕПЛОТЕХНИЧЕСКИМ РАСЧЕТАМ САНИТАРНОТЕХНИЧЕСКИХ СЕТЕЙ, ПРОКЛАДЫВАЕМЫХ В ВЕЧНОМЕРЗЛЫХ ГРУНТАХ

СТРОЙИЗДАТ Москва — 1971

ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ОСНОВАНИЙ И ПОДЗЕМНЫХ СООРУЖЕНИЙ

Г. В. ПОРХАЕВ, Ю. А. АЛЕКСАНДРОВ, Л. П. СЕМЕНОВ, Ю. Л. ШУР

ПОСОБИЕ ПО ТЕПЛОТЕХНИЧЕСКИМ РАСЧЕТАМ САНИТАРНОТЕХНИЧЕСКИХ СЕТЕЙ, ПРОКЛАДЫВАЕМЫХ В ВЕЧНОМЕРЗЛЫХ ГРУНТАХ

ИЗДАТЕЛЬСТВО ЛИТЕРАТУРЫ ПО СТРОИТЕЛЬСТВУ М о с к ■ в — 1971

Пучением называется увеличение объема грунтов при их промерзании. К пучинистым грунтам относятся пылеватые пески, супеси, суглинки и глины при влажно» сти, превышающей предел раскатывания. Максимальные величины пучения характерны для сезоннопромерзаю-щего слоя с высоким уровнем грунтовых вод.

Пучение грунтов при промерзании достигает наибольшей величины на участках с несливающимися вечномерзлыми грунтами, а также на таликовых участках, особенно при близком к поверхности (2—3 м) залегании уровня грунтовых вод.

Термокарстом называются провальные и просадоч-ные формы рельефа, обусловленные оттаиванием содержащегося в грунте льда. Наиболее часто термокарст встречается на плоских участках рельефа и в пониженных местах. Причиной образования термокарста при освоении территории служит уничтожение растительного покрова и увеличение мощности снежных отложений, тепловое воздействие трубопроводов и т. д. Так, прокладка трубопровода на участках с подземными льдами (жильные льды) с нарушением естественного покрова приведет к образованию термокарстовых озер п ложбин.

Наледью называется ледяное образование на поверхности льда или почвы в результате излияния и замерзания речной или грунтовой воды. Наледи образуются везде, где в результате промерзания возникают препятствия для нормального движения поверхностных и грунтовых вод.

Наледные процессы интенсивно протекают в естественных условиях (особенно в южной зоне области вечномерзлых грунтов), но и изменения естественных условии могут привести к образованию наледей в тех местах, где их раньше не было. Так, дорога, проложенная около косогорного участка, вследствие более быстрого промерзания грунта под ней, часто вызывает появление наледей; трубопровод с положительной температурой транспортируемой жидкости уменьшает глубину промерзания грунта, что также приводит к образованию наледей по трассе трубопровода.

Л’.орозобойные трещины представляют собой нарушение сплошности (разрывы) поверхностных слоев грунта в результате температурного сжатия и неравномерного пучения.

1.16. Область распространения вечномерзлых грун-

Ю

тов по условиям их преимущественного распространения и залегания, среднегодовой температуры грунта, возможности деградации и возникновения вечномерзлых грунтов и интенсивности проявления мерзлотных процессов подразделяют на три зоны: южную, среднюю и северную.

1.17.    Южная зона проходит широкой полосой вдоль южной границы области распространения вечномерзлых грунтов, охватывая как северные территории СССР (главным образом в европейской части), так и южные (в Восточной Сибири). В южной зоне расположены, например, такие населенные пункты, как Воркута, Салехард, Игарка, Петровск-Забайкальскнй, Валей, Сково-родино, Бодайбо, Магадан.

Распределение и залегание вечномерзлых грунтов в южной зоне отличается большим разнообразием. Для этой зоны характерны прерывистость вечномерзлых грунтов как по площади, так и по вертикали. Вечномерзлые грунты толщиной до 30—60 м имеют обычно островное распространение, толщиной от 60 до 100 м — островное и сплошное с островами талых грунтов, а вечномерзлые грунты толщиной свыше 100 м занимают, как правило, большие площади.

Прерывистость по вертикали выражается в том, что вечномерзлые грунты перемежаются слоями талого грунта. Эти слои талого грунта часто являются водонасы-щенными.

1.18.    Для южной зоны характерны высокие среднегодовые температуры грунта (до —1,5, —2°С).

Высокая температура вечномерзлых грунтов южной зоны и их прерывистое распространение обусловливают быстрое изменение мерзлотно-грунтовых условий в процессе строительства и эксплуатации сооружений, при уничтожении растительного покрова, перераспределении снежных отложений и т. п. При этом может происходить как оттаивание вечномерзлых грунтов, так и образование мерзлых массивов. Последнее характерно для очищаемых от снега территорий.

1.19.    Средняя зона области вечномерзлых грунтов характеризуется их среднегодовыми температурами порядка —3, —4°С. Участки с талыми грунтами встречаются в виде отдельных «островов» на общем фоне сплошного распространения вечномерзлых грунтов. Толщина слоя сезонного оттаивания грунта в этой зоне в среднем

составляет 1,5—2,5 м, а его промерзание заканчивается в январе-феврале.

1.20. В северной зоне области вечномерзлых грунтов их среднегодовая температура в ряде районов достигает —12°С. Сквозные талики встречаются только под большими водоемами и водотоками. Сезонное оттаивание грунта летом составляет в среднем 0,5—1,5 ж, а в тундровой зоне при наличии мохо-торфяного покрова может быть даже менее 0,2—0,3 м. Зимнее промерзание оттаявшего слоя грунта завершается к декабрю-январю.

2. ПРИНЦИПЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ГРУНТОВ

2.1.    В зависимости от изменения физико-механических свойств мерзлых грунтов при оттаивании, температурных режимов трубопроводов и грунтов по трассе, а также температурного режима оснований зданий и сооружений, расположенных вблизи трубопроводов, принимается один из следующих принципов использования вечномерзлых грунтов в качестве основания трубопроводов.

Принцип I — максимальное сохранение вечномерзлого состояния грунтов в основании в процессе строительства и эксплуатации.

Принцип II — допущение оттаивания вечномерзлых грунтов в основании в процессе строительства и эксплуатации.

2.2.    Принцип I применяется в следующих случаях:

грунты характеризуются значительными осадками

при оттаивании;

оттаивание грунтов вокруг трубопроводов оказывает влияние на устойчивость расположенных вблизи зданий и сооружений, построенных с сохранением основания в мерзлом состоянии.

2.3.    Принцип II применяется в следующих случаях:

грунты характеризуются незначительными осадками

на всю расчетную глубину оттаивания;

здания и сооружения по трассе трубопроводов расположены на значительном расстоянии от трубопроводов или построены с допущением оттаивания вечномерзлых грунтов в их основаниях.

2.4.    В зависимости от мерзлотно-грунтовых условий, назначения трубопроводов, планировки и застройки населенного пункта и размещения сетей возможны следу-

ющие способы применения принципа максимального сохранения вечномерзлого состояния грунтов в основании:

а)    исключение теплового воздействия трубопроводов на грунты основания;

б)    ограничение зоны оттаивания грунта вокруг трубопровода до минимальных размеров с целью уменьшения объемов работ по устройству оснований и теплового воздействия трубопровода на грунты оснований зданий и сооружений;

в)    допущение сезонного оттаивания грунтов в летний период с последующим промораживанием в зимний период оттаявшего слоя с помощью специальных мероприятий.

2.5. Размеры зоны оттаивания вокруг трубопровода, глубина сезонного оттаивания грунта в его основании определяются теплотехническими расчетами. Мероприятия по ограничению зоны оттаивания и промораживанию сезонноталого слоя грунта в основании трубопроводов также проектируются на основании теплотехнических расчетов.

3. СПОСОБЫ ПРОКЛАДКИ

3.1.    В районах распространения вечномерзлых грунтов могут быть использованы следующие способы прокладки: надземная, наземная и подземная (как совмещенные, так и раздельные).

3.2.    Надземная прокладка имеет следующие особенности:

а)    полностью исключается тепловое воздействие трубопроводов на вечномерзлые грунты;

б)    повышенные теплопотери;

в)    суровый климат снижает долговечность теплоизоляции;

г)    части здания и сооружений могут использоваться в качестве опорных конструкций под трубопроводы в сочетании со специальными опорами или эстакадами.

3.3.    Наземная прокладка имеет следующие особенности:

а)    незначительное тепловое воздействие трубопроводов на вечномерзлые грунты;

б)    меньшие теплопотери по сравнению с надземной прокладкой (особенно при прокладке в насыпях);

в)    снежные заносы снижают долговечность теплонзо-

ляцин и увеличивают возможность ее механического повреждения при прокладке в пределах населенного пункта;

г)    минимальный объем строительно-монтажных работ;

д)    трудности в трассировке по населенным пунктам без частого пересечения улиц, дорог и проходов и удлинение трасс трубопроводов вследствие вынужденной прокладки внутри кварталов;

е)    при укладке трубопроводов в насыпях на склонах должны быть предусмотрены мероприятия по отводу поверхностных вод и учтена возможность образования наледей.

3.4.    Подземная бесканальная прокладка применяется для водопроводных, канализационных и газовых сетей.

Подземная прокладка теплопроводов осуществляется только в каналах. Невентилируемые каналы могут применяться при наличии благоприятных мерзлотногрунтовых условий.

3.5.    Совмещение сетей различного назначения по одной трассе может осуществляться:

а)    в непроходиых и проходных каналах при всех способах прокладки сетей (надземной, наземной, подземной);

б)    применением различных способов прокладки (например, подземная бесканальная прокладка водопровода и канализации в зоне теплового воздействия тепловой сети, уложенной в канале; подземная бесканальная прокладка канализации по одной трассе с наземной прокладкой тепловой сети и водопровода и т. д.).

3.6.    При проектировании и строительстве совмещенной прокладки трубопроводов максимально используются следующие особенности этой прокладки:

а)    уменьшение теплового воздействия трубопроводов на вечномерзлые грунты оснований и сокращение объемов строительных работ по обеспечению устойчивости сетей при оттаивании и промерзании грунтов;

б)    уменьшение числа отдельных вводов и выпусков в здания с существенным сокращением их общего теплового воздействия па грунты оснований зданий и уменьшение объемов строительных работ по мероприятиям, обеспечивающим устойчивость фундаментов зданий в местах вводов н выпусков (дополнительное заглубление

И

фундаментов, устройство водоотводных лотков под трубами ндр);

в)    возможность прокладки всех сетей с максимальным удалением от здания;

г)    упрощение организации автоматического контроля и управления работой трубопроводов с минимальными затратами материально-технических ресурсов (сокращение числа и протяженности путей контрольного

• ■ *.* * .*■*„ **    'Л > . .V__й ■ Л ■ _*< 0‘Ф . * •    с и «'ww1 0 Рис. 1. Совмещенная прокладка санитарно-технических сетей в одной траншее

У — непроходной железобетонный канал теплопровода; 2 —водопровод; 3 —• канализация; 4 — глинобетон; 5 — замененный или предварительно оттаянный и уплотненный грунт; 6 — граница вечномерзлого грунта

обхода, аварийных подъездов, числа точек контроля и управления).

3.7. При подземной прокладке рационально совмещение в одной траншее канала теплопровода, водопровода и канализации (рис. 1).

Водопровод укладывается на уровне подошвы теплофикационного канала на расстоянии, определяемом в зависимости от температуры воздуха в канале и среднезимней высоты снежного покрова по табл. 2.

Канализационные трубы укладываются по другую сторону теплофикационного канала на глубине ниже подошвы канала на 0,1 м\ на расстоянии от водопровода в соответствии с санитарными нормами.

Температура воздуха в невентилируемом канале принимается по табл. 3, а в вентилируемом (для ограниче-

Расстояние от оси водопроводных труб до наружной стенки канала теплопровода в м

Температура воздуха в канале в град Срсднеэнмняя высота снежного покрова в м 0 0.1 0.2 0.3 20 0.2 0,2 0,3 0,3 25 0,3 0,3 0,4 0,5 30 0.4 0,5 0,6 0,7 35 0,5 0.6 0,8 1,0 45 0,7 0,8 1.2 1.5 60 1.0 1,2 1,6 1,9

Таблица 3 Температура воздуха в невентилируемых каналах теплопроводов

Глубина Размер канала в мм заложения канала в м 400 X500 400X600 400X750 500X1000 650x1250 800X1500 0,5 12/20 12/20 13/22 16/27 24/41 27/46 0,7 12/20 14/24 14/24 20/34 28/47 30/51 1 13/22 15/25 15/25 21/35 28/47 30/51 1,5 14/25 17/30 17/30 22/38 31/53 35/60

Примечание. В числителе указана температура воздуха для теплопроводов с параметрами теплоносителя 95—70w С; в знаменателе— для теплопроводов с параметрами теплоносителя 130—90° С.

ния зоны оттаивания грунта вокруг канала) —по теплотехническим расчетам.

3.8. Расстояния в свету от подземных трубопроводов до обрезов фундаментов зданий и сооружений следует принимать:

а)    при строительстве по принципу I —по теплотехническим расчетам, но не менее указанных в табл. 4;

б)    при строительстве по принципу II при бесканаль-ной прокладке — по требованиям соответствующих глав СНиП по проектированию наружных инженерных сетей; при прокладке теплофикационных трубопроводов в каналах с положительной среднегодовой температурой воздуха — не менее размеров зоны оттаивания грунта

Минимальные расстояния от трубопроводов до обрезов фундаментов зданий и сооружений, возводимых с сохранением оснований в мерзлом состоянии, в м

Грунт Среднегодовая температура вечномерзлого грунта в °С от 0 до—2 ниже —2 до —4 ниже —4 Глинистый ..... 7 6 5 Песчаный...... 8 7 6 Крупнообломочный . . 10 9 8

около канала в горизонтальном направлении за срок эксплуатации канала.

3.9,    Глубину заложения трубопроводов при беска-нальной прокладке следует принимать минимальной в соответствии с теплотехническими расчетами, но не менее 0,7 м до верха трубы,

3.10,    При надземной, наземной и подземной (канальной) прокладке необходимо предусматривать тепловую изоляцию трубопроводов в соответствии с теплотехническими расчетами.

Необходимость устройства тепловой изоляции при подземной бесканалыюй прокладке и ее толщину следует определять теплотехническим и технико-экономическим расчетами.

При выборе конструкции тепловой изоляции следует учитывать ее долговечность и необходимость ее защиты от внешних воздействий (климатических, механических и др.) в зависимости от способа прокладки трубопроводов.

3.11,    Подземная бесканальная прокладка водопроводных и канализационных труб осуществляется, как правило, без теплоизоляции. В результате теплового взаимодействия труб с окружающим их мерзлым грунтом вокруг трубы образуется отепленная зона (зона оттаивания). Эта зона талого грунта является естественной теплоизоляцией и предохраняет жидкость в трубах от замерзания при кратковременных остановках работы трубопровода, так как промерзание слоя талого грунта происходит сравнительно медленно.

Теплоизоляция может быть применена только в сухих, хорошо дренированных грунтах, если по технико-

экономическим расчетам это оказывается более целесообразным, чем дополнительный подогрев воды, ее непрерывная циркуляция и т. д.

3.12.    При подземной прокладке трубопроводов в вентилируемых каналах большое влияние на устойчивость изоляции оказывает высокая влажность воздуха при периодических колебаниях его температуры от положительных до отрицательных значений.

3.13.    Установку задвижек на трубопроводах следует предусматривать с учетом возможности опорожнения аварийных участков за время, определяемое теплотехническим расчетом (время допустимой остановки).

4. ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ТЕПЛОТЕХНИЧЕСКИХ РАСЧЕТОВ

4.1. Теплотехническими расчетами определяется температурный режим санитарно-технических сетей и окружающих их грунтов.

В состав теплотехнических расчетов входит определение:

а)    минимальных температур грунта на глубине заложения трубопровода;

б)    среднегодовой температуры грунта;

в)    глубин сезонного оттаивания или промерзания грунта;

г)    изменения температуры теплоносителя по длине трубопровода;

д)    размеров зоны оттаивания вокруг трубопровода;

е)    времени возможного прекращения работы трубопровода из условия недопустимости замерзания в нем транспортируемой жидкости;

ж)    температуры и расхода воздуха в канале для ограничения зоны оттаивания в грунте вокруг канала;

з)    температуры и расхода воздуха в канале для сохранения вечномерзлого состояния грунтов под каналом (при оттаивании летом и промерзании зимой ограниченного слоя грунта под подошвой канала);

и)    условий и скорости образования корки льда на внутренних стенках трубопровода;

к)    оптимальной величины тепловой изоляции;

л)    количества тепла, необходимого для подогрева жидкости с целью предотвращения ее замерзания;

м)    оптимального количества установок подогрева.

4.2.    В зависимости от способа прокладки трубопроводов и его технологических особенностей, которые определяются видом транспортируемой жидкости (вода, сточная жидкость и т. д.) и режимом работы (непрерывный, периодический), применяются различные методы теплотехнических расчетов.

4.3.    Теплотехнические расчеты производятся на основе принятого гидравлического режима трубопроводов. В свою очередь на основании теплотехнических расчетов могут быть внесены коррективы по гидравлическому режиму.

4.4.    Теплотехнические расчеты производятся по отдельным расчетным участкам. За расчетный принимается участок, на протяжении которого условия теплообмена можно принять постоянными (расходы, глубина заложения, свойства грунтов вдоль трассы, снежный покров и т. п.).

4.5.    В теплотехнических расчетах приняты следующие основные определения и обозначения:

г — внутренний радиус трубы d м\ г_а — наружный радиус трубы в м\

й — глубина заложения трубы (от поверхности грунта до ее оси) в м\

/ — длина расчетного участка трубопровода в м\

Н_т — глубина оттаивания грунта в м\

И и —глубина промерзания грунта в м;

Н_с — толщина снежного покрова в м\ г_и — радиус трубы с изоляцией в м\ б_н — толщина изоляции в м\

S — толщина слоя грунта, термическое сопротивление которого равно термическому сопротивлению изоляции, снега и т. п.; при наличии одновременно снега и теплоизоляции на поверхности грунта 5 определяется по формуле

(4.1)

Хт — коэффициент теплопроводности грунта в талом состоянии в ккал/м н • град\ определяется по табл. 5;

Х_м — коэффициент теплопроводности грунта в мерзлом состоянии, в ккал/м • н • град; определяется по табл. 5;

Х_с — коэффициент теплопроводности снега в ккал/м . ч • град\ определяется по табл. 6;

Х_н — коэффициент теплопроводности теплоизоляции в ккал/м • чХ Хград;

/?₀ —вспомогательная величина для вычисления термического сопротивления трубы, уложенной в грунт; определяется по номограмме (рис. 2);

В пособии рассматриваются вопросы теплового взаимодействия санитарно-технических сетей с вечномерзлыми грунтами и даются методы теплового расчета трубопроводов различного назначения при надземной и наземной прокладке, при подземной прокладке в вентилируемых и невентилируемых каналах и непосредственно в грунт с теплоизоляцией и без нее; для магистральных трубопроводов, разводящих сетей, вводов к выпусков из зданий; для трубопроводов с неполным заполнением труб; при непрерывном и периодическом движении и т. д.

Тепловые расчеты включают в себя определение падения температуры жидкости по длине трубы, необходимой температуры подогрева, времени допустимой остановки движения, расчет зоны оттаивания грунта вокруг труб и каналов, расчет необходимой толщины теплоизоляции, расчет вентилирования каналов, теплового влияния санитарно-технических сетей на температурный режим оснований зданий и сооружений.

Пособие рассчитано на широкий круг инженеров и техников, занимающихся проектированием и строительством санитарно-технических сетей в районах распространения вечномерзлых грунтов.

Расчетные значения теплофизических характеристик талых и мерзлых грунтов

Объемный не -л > т/м* Суммарная влажность грунте в долях единицы wc Коэффициент TI -плопроводиостм грукга а ккал/м ч град Объемная теплоемкость в ккал/ж* град МЫ ч ч супеси ч 1 ч ч | Ч Ст Ч 1.2 0,05 0,40 0,52 —- — — — 285 260 1.2 0,10 0,62 0,79 0,38 0,45 — — 320 270 1.4 0,05 0,57 0,69 — — — — 330 300 1.4 0,10 0,87 1,08 0,52 0,69 0,44 0,68 370 315 1.4 0,15 1,00 1,25 0,71 0,83 0,56 0,84 410 330 1.4 0,20 — — 0,84 1,05 0,65 0,94 450 345 1.4 0,25 — — 0,92 1,16 0,72 1,00 490 360 1.6 0,05 0,75 0,91 — — — — 380 340 1.6 0,10 1,05 1,35 — — — — 430 360 1.6 0,15 1.25 1,60 0,93 1,10 0,72 0,98 470 370 1.6 0,20 1,36 1,73 1,05 1,29 0,88 1.12 520 395 1.6 0,25 1.41 1,82 1.16 1.44 0,96 1.24 565 410 1.6 0,30 — 1,93 1,20 1,55 1.00 1,30 610 430

Надежность и эксплуатационная пригодность санитарно-технических сетей, прокладываемых в районах распространения вечномерзлых грунтов, в значительной мере определяется их тепловым взаимодействием с вмещающей средой. Поэтому прогноз теплового взаимодействия является важной составной частью проектирования санитарно-технических сетей для указанных районов. Прогноз осуществляется на основании теплотехнических расчетов, в состав которых входит определение:

изменения температуры теплоносителя по длине трубопровода;

размеров зоны оттаивания грунтов вокруг трубопровода;

времени возможного прекращения работы трубопровода из условий недопустимости замерзания в нем транспортируемой жидкости;

температуры и расхода воздуха в канале для ограничения зоны оттаивания в грунте вокруг канала;

температуры и расхода воздуха в канале для сохранения вечномерзлого состояния грунтов под каналом при оттаивании летом и промерзании зимой ограниченного слоя грунта под подошвой канала;

количества тепла, необходимого для подогрева жидкости с целью предотвращения ее замерзания;

оптимального количества установок подогрева.

Для надземных и наземных трубопроводов, прокладываемых на специальных опорах, необходимо знать глубину сезонного оттаивания грунта при сливающихся вечномерзлых грунтах или глубину сезонного промерзания грунта при несливающихся вечномерзлых грунтах и таликах.

Имеющиеся решения отдельных вопросов приведены в статьях, опубликованных в различных сборниках и журналах. До настоящего времени не имелось обобщаю-

щей работы, в которой систематически и с достаточной полнотой были бы приведены методы теплотехнических расчетов санитарно-технических сетей. Предлагаемое пособие предназначено восполнить этот пробел.

Основой для разработки пособия явилось обобщение опыта эксплуатации санитарно-технических сетей в районах распространения вечномерзлых грунтов, теоретические разработки и многолетние исследования теплового взаимодействия трубопроводов с мерзлыми грунтами, проведенные как в районах с вечномерзлыми грунтами, так и в районах с глубоким сезонным промерзанием грунтов.

Руководство разработкой пособия осуществлял Г. В. Порхаев.

Отзывы и предложения просьба направлять по адресу: Москва, Ж-389, 2-я Институтская ул., д. 6, НИИ оснований и подземных сооружений Госстроя СССР-

1.1. Особенностями строительства и эксплуатации санитарно-технических сетей в районах распространения вечномерзлых грунтов, определяющими технологические и конструктивные решения, являются отрицательная в течение длительного периода года температура окружающей среды (воздуха, грунта) и резкого изменения физико-механических свойств большинства грунтов при их оттаивании.

В соответствии с этим при проектировании санитарнотехнических сетей следует учитывать:

а)    мерзлотно-грунтовые условия строительных площадок и участков;

б)    влияние освоения территории на мерзлотно-грунтовые условия за счет изменения растительного покрова, перераспределения снежных отложений, появления новых очагов разгрузки грунтовых вод и т. д.;

в)    необходимость температурного и гидравлического регулирования транспортируемой жидкости с целью предохранения ее от замерзания или для уменьшения теплопотерь;

г)    тепловое воздействие трубопроводов на окружающие грунты;

д)    механическое воздействие грунтов на трубопроводы при протаивании и промерзании грунтов;

е)    тепловое влияние трубопроводов на основания зданий и сооружений;

ж)    опасность непосредственного теплового и гидравлического воздействия транспортируемой жидкости на мерзлые грунты при авариях трубопроводов.

1.2. Мерзлотно-грунтовые условия строительных площадок и участков в районах распространения вечномерзлых грунтов характеризуются:

а) распространением и залеганием вечномерзлых грунтов;

б)    составом, сложением и строением грунтов;

в)    температурным режимом грунтов;

г)    толщиной сезоннооттанвающнх и сезоннопромер-зающих слоев грунта;

д)    физико-механическими свойствами грунтов;

е)    мерзлотными процессами (пучение, наледи, термокарст, трещинообразование);

ж)    грунтовыми водами;

з)    климатическими условиями района строительства.

1.3.    Грунты всех видов называются мерзлыми, если они имеют отрицательную или нулевую температуру и содержат в своем составе лед; эти грунты называются вечномерзлыми, если они находятся в мерзлом состоянии в продолжение многих лет.

Поверхностный слой грунта в районах распространения вечномерзлых грунтов, подвергающийся сезонному промерзанию и оттаиванию, называется:

сезоннопромерзающнм — оттаивающий летом и промерзающий зимой, но без слияния с толщей вечномерзлого грунта;

сезонноотанвающкы — оттаивающий летом и промерзающий зимой до полного слияния с толщей вечномерзлого грунта.

Примечание. Слон грунта, замерзающие зимой и не оттаивающие полностью в течение одного-двух лет, называются перелеткамн.

1.4.    Наименование видов мерзлых грунтов принимают в соответствии с характеристиками этих грунтов, которые они приобретают после оттаивания.

Для грунтов, содержащих больше 50% частиц размером от 0,05 до 0,005 мм, к обычному наименованию добавляется наименование «пылеватые».

1.5.    Сложение мерзлого грунта, обусловленное замерзанием содержащейся в нем воды и характеризуемое формой, величиной и расположением ледяных включении, называется криогенной текстурой.

Различаются массивная, слоистая и сетчатая текстуры мерзлого грунта.

Массивная текстура в основном характеризуется наличием порового льда.

Слоистгя и сетчатая текстуры характеризуются наличием линз и прослоек; в грунтах сетчатой текстуры эти включения расположены в виде сетки, а в грунтах слоистой текстуры ледяные включения расположены в виде прослоек и линз, чередующихся с минеральными

слоями; минеральные слои характернзуюся массивной текстурой.

1.6.    Основными характеристиками температурного режима грунта являются его среднегодовая температура, глубина сезонного промерзания-оттаивания грунта, а также минимальная температура грунта на глубине заложения трубопровода. Эти характеристики следует иметь для всех участков с различными условиями теплообмена, зависящими от толщины снежного покрова, вида растительности и состава грунтов.

1.7.    Среднегодовая температура грунта /₀ изменяется в широких пределах (от 0 до —12°С). Низкие температуры вечномерзлых грунтов характерны для северных районов области их распространения. Но даже в этих районах встречаются участки с талыми грунтами.

1.8.    Среднегодовую температуру грунта в естественных условиях можно принимать по данным разовых измерений, проведенных на глубинах, указанных в табл. 1.

Таблица I Глубины, на которых измеряется среднегодовая температура глинистых грунтов

Среднегодовая температура грунта От 0 до —2е С Ниже —2 до -4» С Ниже —4е С При измерениях с середины лета до момента полного промерзания сезонноталого слоя грунта 3,5-4 м 5—6 М 7-8 м При измерениях с момента полного промерзания сезонно-талого слоя грунта до середины лета 5-6 м 7—8 м 9-10 м

Примечание. В песчаных и скальных грунтах глубины измерения температур увеличиваются на 1—2 м.

При изменении условий теплообмена на поверхности грунта, вызванном освоением территории, среднегодовые температуры грунта принимаются по данным измерений

на территории застройки или определяются теплотехническим расчетом.

1.9.    Глубины сезонного оттаивания грунтов изменяются в пределах от 0,2 до 3,5 м. Минимальные значения глубины слоя сезонного оттаивания приурочены к за-торфованным глинистым грунтам с низкими среднегодовыми температурами /₀; максимальные — к супесчаным, лишенным растительного покрова со среднегодовыми температурами грунта, близкими к 0°С.

Глубины сезонного промерзания грунтов изменяются в пределах от 0,6 до 5 м. В районах с мощным снежным покровом наименьшее промерзание наблюдается на отрицательных формах рельефа (полосы стока и т. п.); наибольшее — на повышенных участках без растительного покрова. В районах с бесснежными зимами наименьшее промерзание, как правило, характерно для положительных форм рельефа, а наибольшее для пониженных участков.

1.10.    Глубина сезонного оттаивания грунта Я_т принимается равной наибольшей из ежегодных максимальных глубин сезонного оттаивания грунта за срок наблюдений за фактическим оттаиванием грунтов не менее 10 лет:

а)    в пределах застройки — по данным наблюдений на осушенной площадке без растительного и торфяного покрова, очищаемой весной от снега;

б)    вне населенных пунктов — на площадке с естественными условиями.

При отсутствии данных многолетних наблюдений глубина сезонного оттаивания грунта Я_т определяется теплотехническим расчетом.

1.11.    Глубина сезонного промерзания грунта Я_м принимается равной средней из ежегодных максимальных глубин сезонного промерзания грунтов по данным наблюдений за срок не менее 10 лет:

а)    в пределах застройки — по данным наблюдений на осушенной площадке без растительного и торфяного покрова, очищаемой зимой от снега;

б)    вне населенных пунктов — на площадке с естественными условиями.

При отсутствии данных многолетних наблюдений глубина сезонного промерзания грунта Я_м определяется теплотехническим расчетом.

1.12.    В течение года температура грунта испытывает

сезонные колебания. Эти колебания тем больше, чем ниже среднегодовая температура грунта. Минимальные температуры грунта на различных глубинах прослеживаются в разное время года. В пределах глубин 1—2 м, считая от поверхности грунта, эти температуры обычно наблюдаются в конце января—начале февраля.

1.13.    За минимальную температуру грунта в расчетах (расчетная температура /_г) принимается минимальная среднемесячная температура грунта на глубине заложения трубопровода (считая от поверхности грунта до оси трубы или середины канала). Эта температура определяется по данным многолетних наблюдений (за срок не менее 10 лет) за температурой грунта:

а)    в пределах застройки — по данным наблюдений на осушенной площадке без растительного и торфяного покрова, очищаемой от снега;

б)    вне населенных пунктов — на площадке с естественными условиями.

При отсутствии данных многолетних наблюдений расчетная температура грунта f_r определяется теплотехническим расчетом.

1.14.    Физико-механические свойства мерзлых грунтов зависят от их температуры. Особенно резко эти свойства изменяются при переходе грунта из мерзлого состояния в талое. Осадка мерзлого грунта при оттаивании под нагрузкой состоит из осадки оттаивания и осадки уплотнения грунта. Первый вид осадки происходит за счет собственного веса грунта; второй—под воздействием внешней нагрузки. Наибольшую осадку при оттаивании дают грунты со слоистой и сетчатой криогенной текстурой.

Трубопровод оказывает незначительное давление на грунт. Поэтому осадка трубопровода обусловлена осадкой оттаивания грунта, т. е. зависит только от свойств грунта и теплового воздействия трубопровода на грунт— зоны оттаивания грунта под трубой.

Если в зону оттаивания грунтов от теплового воздействия трубопровода попадают погребенные льды или сильнольдистые грунты, трубы могут «тонуть» в оттаивающем основании, вовлекая в зону оттаивания новые слон грунта.

1.15.    Мерзлотные процессы обусловлены промерзанием и оттаиванием грунтов и накоплением или вытаиванием в них льда.