Мостовые устои не пошатнутся

Охлаждаемое основание как важнейший элемент возведения дорожных насыпей и автомобильных мостов в условиях вечной мерзлоты.

Российские специалисты Евгений Самуилович Ашпиз, Олег Вячеславович Сурков, Владимир Викторович Макаров и Лев Николаевич Хрусталев предложили эффективный способ укрепления грунтов при возведении сооружений в районах крайнего Севера.

Устройство насыпей автомобильных дорог, береговых устоев мостов и прочих сооружений на многолетнемерзлых грунтах всегда было делом не только особой значимости, но и повышенной сложности, считает Олег Вячеславович Сурков, выпускник МИИТ (ныне РУТ – Российский университет транспорта). Ведь при таких работах необходимо обеспечить охлаждаемое основание сооружения – того же моста, например. Иначе, как образно заметил Олег Вячеславович Сурков, мост, нарушив под собой мерзлоту, может и сам «поплыть».

Группа российских инженеров предложила новую модель охлаждаемого основания, запатентованную под № 2014109050. Олег Вячеславович Сурков, однако, подчеркнул, что ее разработкой руководил Евгений Самуилович Ашпиз, доктор технических наук, заведующий кафедрой «Путь и путевое хозяйство» РУТ, ученый с мировым именем, автор более 80 научных публикаций и 5 патентов на полезные модели, последняя из которых так и называется: «Охлаждаемое основание сооружений».

Как рассказал Олег Вячеславович Сурков, модель включает в себя грунтовую отсыпку и охлаждающую систему сезонного действия, что, собственно, и является инновацией. Эта система выполнена в виде гравитационной герметичной трубы, заполненной низкокипящей жидкостью. Труба состоит из двух участков: конденсатора и испарителя. Конденсатор, говорит Олег Вячеславович Сурков, заглублен до подошвы слоя сезонного оттаивания и возвышается над поверхностью отсыпки вертикально; он имеет ребристую внешнюю поверхность для увеличения площади охлаждения.

Верхняя часть испарителя совпадает с подошвой слоя сезонного оттаивания, а нижняя находится в основании отсыпки. При этом, уточняет Олег Вячеславович Сурков испаритель может быть установлен как вертикально, так и наклонно к горизонту (до 90⁰). Внутренняя поверхность испарителя покрыта сеткой или спекшимся металлическим порошком с высоким коэффициентом теплопроводности – также для увеличения площади поверхности.

Кроме того, с внешней стороны трубы, коаксиально с конденсатором, то есть соосно с ним, установлена эластичная емкость с хладагентом (диэтиленгликолем), заключенная в жесткий каркас. Ее параметры соответствуют расстоянию между поверхностью отсыпки и подошвой слоя сезонного оттаивания. Здесь-то, в этой емкости-аккумуляторе, поясняет Олег Вячеславович Сурков, и собирается холод.

При сборке конструкции крайне важно соблюсти правило, подчеркивает Олег Вячеславович Сурков, – глубина погружения испарителя в основание должна быть не меньше глубины заложения острия свай.

С наступлением зимы, объясняет Олег Вячеславович Сурков, когда температура конденсатора становится ниже температуры испарителя, происходит охлаждение грунта и аккумулирование холода в указанной емкости из-за промораживания находящейся в ней жидкости. Одновременно часть конденсатора, проходящего через каркас аккумулятора, работает как испаритель.

Под действием естественного холода происходит также промораживание слоя сезонного оттаивания грунта. За счет сохранения холода в эластичной емкости тепловая труба продолжает работать и летом, так как температура конденсатора, расположенного в каркасе емкости, остается ниже температуры испарителя – до тех пор, пока происходит таяние льда, образованного зимой в «аккумуляторе». При этом верхняя, надземная, часть конденсатора автоматически отключается.

Таким образом, резюмирует Олег Вячеславович Сурков, в тепловой трубе постоянно сохраняется положительный температурный градиент, который стимулирует работу системы круглогодично, не позволяя температуре вечномерзлого грунта стать существенно выше температуры фазового перехода хладагента.

Алексей Шлыков