Ибрагимов Энвер Валерьевич. Оптимизация устройства оснований и фундаментов в криолитозоне с использованием термостабилизации грунтов

Краткое описание

Ибрагимов Энвер Валерьевич. Оптимизация устройства оснований и фундаментов в криолитозоне с использованием термостабилизации грунтов;[Место защиты: ФГБОУ ВО «Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет»], 2021

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ
ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ
«НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ МОСКОВСКИЙ
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»
На правах рукописи
Ибрагимов Энвер Валерьевич
ОПТИМИЗАЦИЯ УСТРОЙСТВА ОСНОВАНИЙ И ФУНДАМЕНТОВ В КРИОЛИТОЗОНЕ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ТЕРМОСТАБИЛИЗАЦИИ
ГРУНТОВ
Специальность: 05.23.02 - Основания и фундаменты, подземные сооружения
Диссертация
на соискание ученой степени кандидата технических наук
Научный руководитель: кандидат технических наук, старший научный сотрудник Кроник Яков Александрович
Москва 
ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение 4
ГЛАВА 1. Основы устройства оснований и фундаментов на вечномерзлых грунтах 12
1.1 Особенности вечномерзлых грунтов как оснований сооружений 12
1.2 Деформации, возникающие в конструкциях зданий и сооружений 16
1.3 Фундаменты зданий и сооружений в криолитозоне 20
1.4 Способы и устройства оснований и фундаментов на вечномерзлых грунтах с
использованием термостабилизаторов грунта 23
1.5 Выводы по главе и постановка задач диссертационных исследований 36
ГЛАВА 2. Разработка методики определения теплопередающих характеристик парожидкостных термостабилизаторов грунта 38
2.1 Обзор существующих методик и нормативно-технической документации 38
2.2 Методика определения теплопередающих характеристик парожидкостных
термостабилизаторов грунта 41
2.3 Экспериментальная проверка положений методики определения теплопередающих характеристик парожидкостных термостабилизаторов грунта в лабораторных
условиях 51
2.3.1 Перечень используемого оборудования 52
2.3.2 Анализ результатов испытаний 55
2.4 Выводы по главе 58
ГЛАВА 3. Экспериментальные исследования существующих и усовершенствованных термостабилизаторов грунта 60
3.1 Способы интенсификации термостабилизаторов грунта 60
3.2 Изготовление партии труб для термостабилизаторов грунта 65
3.3 Лабораторные испытания горизонтальных термостабилизаторов грунта 66
3.4 Лабораторные испытания вертикальных термостабилизаторов грунта 74
3.5 Разработка новых конструкций термостабилизаторов грунта 83
3.6 Выводы по главе 87
ГЛАВА 4. Оптимизация устройства оснований и фундаментов нефтегазовых сооружений в криолитозоне с использованием систем термостабилизации грунтов 89
4.1 Применение тепловых насосов в качестве системы термостабилизации грунта 89
4.2 Сравнение технических характеристик применяемых и предлагаемых систем
температурной стабилизации 93
4.3 Прогноз изменений температурного режима грунтов 96
4.4 Существующие и инновационные технические решения 99
4.5 Технико-экономическое обоснование применения инновационного метода устройства
основания и фундамента резервуара РВС-20000 109
4.6 Выводы по главе 110
ГЛАВА 5. Численное моделирование теплового и напряженно-деформированного состояния
грунтов 111
5.1 Решение температурно-влажностной задачи с помощью программного модуля
«Termoground» 111
5.2 Решение задачи НДС без учета и с учетом анизотропии морозного пучения грунтов ....116
5.3 Выводы по главе 123
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 125
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 127
Приложение А. Алгоритм определения теплопередающих характеристик термостабилизатора
грунта 138
Приложение Б. Свидетельства на изобретения и полезные модели 141
Приложение В. Свидетельства о внедрении результатов диссертационных исследований 146
Приложение Г. Основные публикации по теме диссертации 149

Список литературы

ЗАКЛЮЧЕНИЕ
1. На основании анализа существующих конструкций, методик проектирования и расчета устройств и способов термостабилизации промерзающих, оттаивающих и пластично-мерзлых грунтов выявлены некоторые основные недостатки широкоприменяемых сезоннодействующих охлаждающих устройств (СОУ) и предложены новые, позволяющие оптимизировать устройство оснований и фундаментов зданий и сооружений в криолитозоне.
2. Разработана более совершенная методика определения теплопередающих характеристик термостабилизаторов, учитывающих как внутренний, так и внешний тепломассообмен этих устройств с грунтовым основанием. Результаты проведенных по ней расчетов являются теоретической и практической базой для выбора эффективных проектно¬технических решений при применении технологии температурной стабилизации грунтов, а методы расчета их теплопередающих характеристик могут быть приняты в основу разработки специальной методической и нормативной документации.
3. Выполнены экспериментальные исследования работы существующих и инновационных конструкций термостабилизаторов грунта. По результатам выполненных работ разработаны усовершенствованные конструкции, защищенные патентами № 127091 (Колонка охлаждающая вертикальная) и № 155180 (Конструкция для термостатирования грунтов под зданиями и сооружениями).
4. Выполнены прогнозные температурные расчеты, а также технико -экономические и технологические расчеты по оценке эффективности применения разных способов термостабилизации. Показано, что применение системы комплексной круглогодичной термостабилизации с использованием холодильного оборудования вдвое технологичнее и практически в 3 раза дешевле общепринятого способа строительства с вентилируемым подпольем.
5. Проведено компьютерное моделирование напряженно-деформированного состояния (НДС) термостабилизированного основания с учетом объемного силового воздействия морозного пучения на свайный фундамент резервуара. Показало, что решение только тепловой задачи не позволяет разработать мероприятия для безопасной эксплуатации сооружения, поэтому необходимо решать задачи напряженно-деформированного состояния грунтов площадки строительства с учетом изменения их температур во времени.
6. Предложенные методики практических расчетов для проектирования оснований и фундаментов зданий и сооружений в криолитозоне и предложенные в диссертации конструкции и способы термостабилизации многолетнемерзлых грунтов внедренны в производственной практике ОАО «Фундаментпроект», ООО «НПО «Север» и АО «Газпром СтройТЭК Салават».
7. В Приложении А представлен алгоритм определения теплопередающих характеристик термостабилизатора, которые необходимы для теплотехнического моделирования задач охлаждения и замораживания грунтов основания зданий и сооружений. Данный алгоритм рекомендуется применять для оценки работоспособности и эффективности парожидкостных сезоннодействующих охлаждающих устройств.
Рекомендации и перспективы дальнейшей разработки темы. Проблемы повышения безопасности, надежности и эффективности фундаментостроения стали к настоящему времени наиболее актуальными для Российской Федерации. Учитывая, что применение активной термостабилизации грунтов гарантированно решает проблему достижения проектных температур и их поддержания на период эксплуатации зданий и сооружений в криолитозоне, необходимо более активно использовать данную технологию, в том числе и результаты выполненных научных работ.