Электропрогрев грунта

Применение электропрогрева при производстве зимних строительных работ получило в последние годы значительное распространение ввиду целого ряда преимуществ этого метода производства работ.

В настоящее время электропрогрев начинает применяться не только при производстве бетонных работ, но также при возведении зимой несущих кирпичных конструкций, загружаемых до наступления тепла, фабрично-заводских дымовых труб большой высоты, для оттаивания грунта при производстве земляных работ, а также для оттаивания замерзших трубопроводов.

Грунт оттаивается сначала слоем опилок, смоченных раствором соли, нагретых электрическим током. По мере повышения температуры в грунте начинает протекать ток и выделяться тепло. В дальнейшем процесс прогрева протекает аналогично прогреву бетона. При электродном методе прогрева и в особенности при обогреве повышенным напряжением (120—380 в) приобретает особое значение правильное размещение электродов в грунте или в бетоне, нахождение оптимального режима прогрева (напряжение, температура прогрева) и строгое соблюдение его в процессе прогрева.

Явления, происходящие в мерзлом грунте при оттаивании его электродным способом, значительно сложнее. Электропроводимость грунта чрезвычайно разнообразна и зависит от большого числа переменных факторов (характер грунта, наличие солей и кислот, их концентрация, влажность, температура и др.). Под действием электрического поля в грунте возникают явления местного нагрева, чем может быть объяснено наличие в грунте даже после длительного прогрева чередующихся зон талого и мерзлого грунта.

Электродный метод прогрева грунта

Прогрев грунта током может быть выполнен при помощи вертикальных (стержневых) электродов, забиваемых в грунт параллельными рядами в шахматном порядке, или при помощи горизонтальных (струнных) электродов, укладываемых на поверхность грунта.

При прогреве при помощи горизонтальных электродов поверхность грунта после их укладки покрывается слоем опилок толщиной 15—20 см, смоченных в растворе соли. При этом способе основное количество тепла передается грунту от нагревающегося слоя опилок и сам грунт принимает небольшое участие в цепи электрического тока.

При прогреве при помощи вертикальных электродов тепло выделяется в самом грунте, так как грунт непосредственно включается в цепь электрического тока.

Слой влажных опилок толщиной 15—20 см, укладываемый на поверхности грунта между электродами, играет в этом случае лишь роль побудителя в первый момент оттаивания и в процессе дальнейшего прогрева служит теплозащитой для грунта.

Рис.31. Установка вертикальных электродов в мерзлый грунт с засыпкой опилками: 1 — вертикальные электроды; 2 — провода, подводящие ток; 3 — опилки, смоченные раствором соли; 4 — верхнее утепление (толь, деревянные щиты, маты и т. п.)

Рис. 32. Укладка горизонтальных (струнных) электродов на мерзлый грунт с засыпкой опилками: 1 — мерзлый грунт; 2 — горизонтальные (струнные) электроды d=12—16 мм; 3 — провода, подводящие ток; 4 — опилки, смоченные раствором соли; 5 — верхнее утепление (толь, деревянные щиты, маты и т. п.)

Побудительный прогрев может быть осуществлен также путем пробивки в грунте между электродами бороздок глубиной до 6 см и заливки их водным раствором соли. При этом способе тепло выделяется в растворе и от него передается грунту.

При температуре грунта близкой к 0° его электрическое сопротивление достаточно невелико; в таких случаях оказывается возможным начинать оттаивание без побудительного нагрева, так (как тепло сразу же начинает интенсивно выделяться в грунте. Однако и в случае применения для побуждения прогрева бороздок и при оттаивании без предварительного побуждения рекомендуется очищать поверхность грунта от снега и покрывать ее слоем сухих опилок; прогрев без принятия этих мер связан с большими теплопотерями.

Таблица 13. Удельное сопротивление грунтов при различной температуре.

Прогрев при помощи горизонтальных электродов менее эффективен и применяется при разработках грунта не глубже 0,5—0,7 м (рытье неглубоких котлованов и траншей, неглубокие планировочные выемки, отогрев промерзшего грунта оснований в ранее вырытых котлованах и т. п.), а также в тех случаях, когда вертикальные электроды не могут быть применены вследствие малой электропроводности грунта.

Для прогрева грунта может быть применено питание от сети с напряжением 120, 220 и 380 в без применения понизительных трансформаторов в соответствии с приводимыми ниже указаниями.

При прогреве следует стремиться, чтобы к концу оттаивания средняя температура грунта не превышала +2°+5°, а максимальная температура не была выше +15° — +20°. Прогрев грунта до средней температуры выше +5° нецелесообразен и в целях экономии энергии не должен допускаться. Указанной средней температурой нагрева грунта следует руководствоваться при расчете потребной установленной мощности.

Рис.33. Примерная схема установки оборудования для отогрева грунта: 1 — питающая сеть постройки; 2 — распределительный щит; 3 — групповые щиты; 4 — провода к электродам.

В состав установки для оттаивания грунта входят следующие простейшие устройства:

а) питающий щит, состоящий из смонтированных на изоляционной панели трехфазного рубильника на 400—600 а, трех предохранителей 300—400 а и одного вольтметра на 250—400 в с вольтметровым переключателем.

б) Распределительные щиты (два или три), представляющие собой панели со смонтированными на каждой из ниx трехфазным рубильником на 200—400 а, тремя предохранителями 260 а и тремя амперметрами со шкалой на 250 а.

в) Софиты по 4—6 шт. на каждый групповой щит предназначающиеся для подключения электродов к сети; обычно применяются софиты того же типа, как при электропрогреве бетона.

При отогреве грунта могут быть использованы щиты, применяемые при электропрогреве бетона.

Примерная схема установки оборудования приведена на рис. 33.

Схема (расстановки вертикальных электродов при прогреве грунта приведена на рис. 34. На рис. 35 дана схема группового щита с подключенным к нему софитом.

Рис. 34. Примерная схема расстановки вертикальных электродов при оттаивании грунта; средняя глубина оттаивания 2,0 м.

Прокладка проводов должна обеспечивать их минимальный износ, максимальную экономию металла, а также соблюдение правил техники безопасности и пожарной безопасности. От трансформаторного киоска до распределительного щита и далее до прогреваемого участка провода должны быть укреплены на высоте не менее 3 м от земли.

При невозможности, по местным условиям, проложить провода по столбам следует применять переносные, стойки или козелки. Общий вид временной эктропроводки на участке размораживания грунта приведен на рис. 36.

Для питающих линий должны быть в максимальной степени использованы железные провода (например катанка диаметром 4—6 мм). Прокладка проволок непосредственно по земле, слою опилок и т. п. категорически воспрещается.

Рис. 35. Схема группового щита с подключенными к нему софитами: 1 — питающая сеть (напряжение 380 в); 2 — софитные линии.

Рис. 36. Общий вид временной электропроводки при оттаивании грунта горизонтальными электродами: 1 - деревянные стойки; 2 - оттяжка 3 - ролики; 4 - голые провода; 5 - электроды 6-подводка к концам электродов; 7 - слой опилок; 8 - толь; 9 - замерзшая земля.