Производство работ прогрева грунта

Прогрев грунта вертикальными электродами

Вертикальные электроды изготовляются из арматурной стали диаметром 12 мм (при глубине оттаивания до 1,0 м) и 16 мм (при больших глубинах оттаивания).

Стержни для электродов должны быть хорошо выправлены и иметь заостренные концы для облегчения забивки их в грунт.

Забивка электродов в грунт производится вручную кувалдой и т. п. Перед забивкой электродов прогреваемый участок покрывается слоем влажных опилок или пробиваются зубилом бороздки. В отдельных случаях (глинистые грунты, песчаные грунты, замерзшие при содержании влаги более 15—20%) забивка электродов сразу на полную глубину оттаивания может оказаться затруднительной; тогда электроды забиваются вначале на глубину 20— 25 см и затем по мере отогревания грунта, примерно через каждые 4—6 час, производится их добивка на толщину оттаявшего слоя.

Добивка электродов должна вестись при выключенном токе. При оттаивании грунта на глубину более 1,5 м рекомендуется иметь два комплекта электродов: короткие и более длинные. В начале прогрева применяются короткие электроды; после того как грунт прогрет на глубину, равную длине коротких электродов, последние извлекаются из грунта и заменяются длинными электродами.

Расстояние между электродами следует назначать в зависимости от применяемого напряжения, а также характера и температуры грунта в пределах от 40 до 70 см. Примерное расположение электродов и электрические схемы их включения показаны на рис. 37.

Рис. 37. Примерное расположение и схема включения вертикальных электродов.

Мощность, необходимая для оттаивания грунта, зависит от свойств грунта, расстояния между электродами и не является постоянной во все время прогрева. Для определения величин потребной мощности, расхода энергии и длительности оттаивания грунта следует пользоваться приведенной ниже табл. 14. Для предварительного подсчета расхода энергии при прогреве, рекомендуется определить влажность грунта.

Таблица 14. Ориентировочные средние значения потребной мощности раскола энергии и длительности оттаивания на 1 м³ суглинков влажностью 18—20%.

В целях экономии электроэнергии прогрев грунта рекомендуется вести отдельными участками с перерывами в питании их током. После того как температура грунта у электродов на прогреваемом участке достигнет + 10° - +15°, питание участка током следует прекратить и включить другой подготовленный к прогреву участок. Перерыв в подаче тока на первом участке должен продолжаться до тех пор, пока температура грунта у электродов не упадет до +5°. Если к этому времени грунт в местах, удаленных от электродов, еще не оттает, то участок следует включить снова для дополнительного прогрева.

При оттаивании грунта на большую глубину (2—3 м и более) отогрев следует производить ступенями, что ускоряет общий процесс оттаивания на полную глубину разработки.

При ступенчатом отогреве грунта оттаивание производится не в один прием на всю глубину, а послойно: оттаивается первый слой на глубину 0,8—1 м и талый грунт этого слоя удаляется, затем оттаивается второй слой примерно на такую же глубину и т. д. В этих случаях для оттаивания отдельных слоев целесообразно применять также и горизонтальные электроды.

При применении ступенчатого способа необходимо принимать меры к тому, чтобы боковые стенки открытой части котлована не замерзли; в нужных случаях прогрев стенок грунта может быть осуществлен при помощи электродов (рис. 38).

Оттаивание промерзших поверхностей ранее вырытых котлованов может быть выполнено при помощи опилок, смоченных в растворе, и горизонтальных и вертикальных электродов, как показано на рис. 38.

Рис. 38. Подогрев боковых стенок котлована при ступенчатом оттаивании грунта.

Прогрев грунта горизонтальными электродами

Горизонтальные электроды изготовляются длиной 2,5—3 м из полосовой и угловой стали и при отсутствии ее из стали любых профилей, а также из отрезков труб.

Горизонтальные электроды укладываются на очищенную. от снега и мусора поверхность грунта.

Для присоединения проходов к электродам концы последних (длиной 150—200 мм) с одной стороны отгибаются, кверху под прямым углом.

Расстояние между рядами электродов, включенных в разноименные фазы, должны быть при напряжении 220 в 40—50 см и при напряжении 380 в 70—80 см.

Вся поверхность оттаиваемого участка грунта должна быть засыпана слоем опилок толщиной 15—25 см, смоченных в растворе. При засыпке опилки следует плотно утрамбовывать. В целях уменьшения потерь тепла рекомендуется слой опилок накрывать щитами из досок, матами толем и пр.

С целью ускорения начала оттаивания грунта разогрев слоя опилок следует производить в возможно короткий срок до температуры 85—90°, не допуская в то же время быстрого высыхания опилок.

Интенсивность нарастания температуры в опилках зависит от концентрации раствора, расстояния между электродами и степени влажности опилок.

Данные о скорости подъема температуры в опилках при напряжении 220 в и влажности смоченных опилок 100%, приведены в табл. 15.

Таблица 15. Скорость подъема температуры в опилках влажностью 100% при напряжении 220 в.

При оттаивании верхнего слоя грунта между поверхностью горизонтального электрода и грунтом образуется воздушный промежуток, нарушающий контакт и приводящий к падению силы тока до минимума или к его полному прекращению. Осадка электродов восстанавливает контакт, показателем чего служит увеличение силы тока.

Поэтому по мере оттаивания грунта необходимо производить осадку электродов путем трамбования слоя опилок вдоль электродов, предварительно выключив ток. Осадку электродов под током производить воспрещается.

Если в процессе оттаивания будет установлено, что электрический ток спадает или прекратился совсем и опилки (грунт) начинают остывать, а осадка электродов не улучшает дела, необходимо произвести дополнительное увлажнение опилок путем поливки их соляным раствором, предварительно выключив ток. Поливку опилок под током производить воспрещается.

Длительность оттаивания грунта и расход энергии зависят от концентрации раствора, свойств грунта, глубины оттаивания и наружной температуры, при которой производится оттаивание грунта.

Мощность, необходимая для оттаивания грунта, не является постоянной во все время прогрева: в первый период оттаивания (продолжительностью 3—4 часа) потребная мощность на 1 м³ отогреваемого грунта составляет в среднем до 8 квт, после чего снижается до 1,5— 2,0 квт.

Данные о длительности оттаивания грунта, расходе энергии и величине потребной (установленной) средней мощности на 1 м² поверхности размораживаемого грунта при разных глубинах оттаивания (при засыпке поверхности грунта слоем смоченных в растворе соли опилок толщиной 25 см, покрытым утеплением в виде щитов из досок, матов, толя, и пр.) могут быть ориентировочно приняты но табл. 16.

Таблица 16. Длительность оттаивания грунта и расход энергии на 1м³ поверхности грунта.

Наибольшие значения мощности в начальной стадии разогрева опилок могут быть определены по графику (рис. 39).

Рис. 39. График среднечасовых значений мощности в квт на 1 м² влажных опилок при напряжении тока 220 в и различной концентрации μ, раствора поваренной соли (NaCl) (при горизонтальных электродах).

С целью максимального использования установленной мощности нагрев опилок и оттаивание грунта рекомендуется вести участками (захватками) с таким расчетом, чтобы мощность, потребная для разогрева опилок каждого включенного участка, равнялась полной установленной мощности.

После тоге как слой опилок первого участка будет нагрет до конечной температуры 89—90°, он выключается и включается второй участок. По снижении на первом участке температуры в опилках до 60—65° первый участок вновь включается, при этом второй участок может не выключаться (оборудование, обслуживая оба участка, будет работать с некоторой перегрузкой); если перегрузка оборудования будет более 50%. номинальной мощности, то второй участок следует выключить на время, пока в нервом участке температура не поднимется до 85—90°.

Контроль оттаивания осуществляется путем периодических замеров температуры грунта и слоя опилок при помощи зондов и технических термометров.

Зонд представляет собой круглый железный стержень диаметром 6—12 мм с заостренным концом, длиной на 150—200 мм больше заданной глубины оттаивания. Зонд через каждые 2 часа забивается легкими ударами молотка через слой опилок в грунт. По глубине свободного погружения и температуре грунта, измеренной термометром, впущенным (на шнуре) в скважину, пробитую зондом, судят по толщине оттаянного слоя грунта.

Проверку глубины оттаивания и температуры грунта и опилок следует производить не менее чем в трех точках на каждые 15—20 м² прогреваемой поверхности. При оттаивании посредством вертикальных электродов надо делать двойное количество замеров — у электродов и посредине между ними.

Контроль глубины оттаявшего грунта зондом является обязательным, поскольку позволяет легко установить; глубину оттаивания и избежать излишней длительности прогрева, связанной с бесполезной потерей энергии.

Замеры температуры в грунте и опилках, а также прощупывание глубины оттаивания зондом должны производиться только при выключенном токе.

Результаты контроля (температуры и глубины оттаивания грунта) заносятся в журнал.

Работы по электропрогреву выполняются бригадой в составе:

а) технического руководителя работ — старшего монтера (мастера) или при больших масштабах работ — техника;

б) дежурных электромонтеров, обслуживающих и ведущих контроль электропрогрева;

в) электромонтеров, ведущих монтаж установки;

г) укладчиков электродов (электродчиков);

д) контролеров температуры;

е) подсобных рабочих.

Подсобные рабочие берутся по мере надобности из состава рабочих, занятых на строительстве.

Для повышения проводимости и интенсивности нагрева опилок они должны быть тщательно и равномерно смочены в растворе соли о концентрацией 0,2—0,5%.

Для этой цели может быть применен раствор одной из следующих: солей: поваренной соли, хлористого кальция, медного купороса, сернокислого магния, сернокислого натрия, сернокислого аммония, хлористого цинка, бромистого аммония и др.

Эффективная с точки зрения нагрева влажность смоченных опилок, определяемая в процентах отношением количества раствора (в весовых единицах) к сухому весу опилок, должна быть не менее 100%.

Количество раствора в л (А_л), которое следует добавить на 1 м³ опилок, имеющих влажность W_оп подсчитываетея по формуле:

где В — вес 1 м³ сухих опилок в кг; W_on" — влажность опилок, смоченных в растворе.

Количество безводной (сухой) соли в кг на 1 м³ опилок, которое должно быть растворено в воде для получения раствора данной консистенции, определяется по формуле:

где ŋ —концентрация раствора в %; W_c—влажность соли в %.

Примечания. 1. Естественная влажность опилок (до смачивания в растворе) и влажность соли могут быть определены по методу определения влажности грунта.

2. При подсчетах сухой вес 1 м³ опилок принимается равным; В — 220 кг.

3. Опилки должны быть равномерно смочены в растворе. Неравномерное смачивание сопровождается местными перегревами, что нарушает нормальное протекание процесса оттаивания грунта. Смачивание опилок может быть произведено одним из следующих способов:

а) при небольших количествах опилки можно смачивать в непосредственной близости к месту работ в ящиках с одновременным перемешиванием лопатами;

б) опилки перемешиваются с раствором в барабане бетономешалки;

в) опилки насыпаются (без утрамбовки) в заранее заготовленные баки, чаны и т. п., заливаются раствором и выдерживаются в нем в течение 6—8 час; чтобы опилки не всплывали и были полностью погружены в раствор, необходимо сверху прикрыть их деревянными щитами, на которые следует положить какой-либо груз (кирпичи, камни и т. п.).

4. Температура раствора должна быть не менее +20° +25°. Температура смоченных в растворе опилок — не ниже +5°.

Как при смачивании, так и при доставке опилок на место работ в укладке их на грунт должны быть приняты меры против замерзания опилок.

Эффективная защита древесины шинопровода от возгорания может быть достигнута нанесением на внутренней поверхности одной из нижеперечисленных огнезащитных обмазок или красок.

Так как даже самая лучшая обмазка или краска не гарантирует стопроцентную защиту древесины от возгорания, то при эксплуатации деревянного шинопровода не следует допускать перегрузки (а следовательно, и перегрева) проводов, уложенных в деревянной оболочке шинопровода.

Огнезащитные обмазки и краски после нанесения их на древесину могут легко выщелачиваться водой, поэтому покрывать ими наружные поверхности шинопровода не рекомендуется.

Огнезащитные обмазки и краски следует наносить на очищенные от загрязнения поверхности. Рекомендуется избегать покрытия огнезащитными окрасками сырой древесины.

При нанесении обмазки и краски на строганые поверхности для увеличения сцепляемости обмазки с древесиной поверхность последней следует сделать шероховатой (например, с помощью цинубеля).

Огнезащитная суперфосфатная обмазка (Состав:)

Приготовление:

Отвешивают потребное количество солей и воды; соли тщательно смешиваются с водой и наносят состав на древесину малярной кистью за 1—2 раза.

Огнезащитная глиняная обмазка (Состав:)

100 вес. ч. красной глины разводят водой до густоты штукатурного теста, затем добавляют 8,4 вес. ч. газовой смолы (в расплавленном состоянии) и 3,6 вес. ч. каменноугольного пека.

Всю массу тщательно перемешивают, после чего добавляют 1— 2 вес. ч. мелкорубленой соломы.

Обмазку наносят штукатурным «мастерком». После высыхания нанесенного слоя его затирают, для чего слегка смачивают (при помощи кисти) водой, затем обсыпают песком и затирают буксовым камнем (кирпичом) до получения гладкой поверхности.

Известковая огнезащитная краска (Состав:)

Смешивают 97 вес. ч. извести и 3 ч. поваренной соли. В смесь вливается, при непрерывном помешивании, вода до консистенции, удобной для нанесения малярной кистью.

Наносить краску на поверхность древесины рекомендуется малярной кистью тонким слоем, которому дают высохнуть, затем наносят таким же путем второй слой.

Следует помнить, что изоляционный слой краски легко может отстать от поверхности древесины. Для придания прочности рекомендуется слой краски покрыть 3%-ным раствором жидкого стекла. В случае отсутствия поваренной соли можно применять один известковый раствор.

Из приведенных выше обмазок и красок наиболее эффективной является суперфосфатная обмазка.

При применении известковых красок необходимо в процессе эксплуатации шинопровода подновлять покраску 2—3 раза за зиму.

Определение влажности грунта

Для установления ориентировочных сроков длительности оттаивания грунта следует до начала работ определить влажность грунта, так как от нее зависит интенсивность разогрева грунта. Влажный грунт при прочих разных показателях нагревается электрическим током быстрее нежели сухой.

Для определения влажности должны быть взяты образцы грунта с глубины 0,5 м при глубине предполагаемой разработки до 1,5 м, а при больших глубинах разработки (h) — с глубины 0,3 h.

При оттаивании грунта для котлованов фундаментов образцы должны быть взяты по одному с каждого участка котлована (если оттаиваемая поверхность его не более 10—15 м²) и с каждых 50 пог. м размораживаемой трассы траншеи. Каждый образец должен быть помещен в склянку с притертой пробкой и во избежание преждевременного высыхания или увлажнения в склянке незамедлительно доставлен в лабораторию постройки.

Определение влажности (W) грунта должно производиться в следующем порядке:

а) В сухой предварительно просушенный стакан, тигель или бюксу кладется некоторое количество грунта и взвешивается (P₁).

б) Стакан, тигель или бюкса с грунтам ставится в сушильный шкаф (термостат), где при температуре 100—105° производится сушка грунта (3—4 часа) до установления постоянного веса стакана, тигля или бюксы с грунтом.

Влажностью материала считается отношение (в процентном исчислении) веса влаги, содержащейся в материале, к сухому (установившемуся) весу материала. Исчисленную таким образом влажность также называют абсолютной влажностью.

в) По окончании сушки взвешиваются: стакан, тигель или бюкса с грунтом (P₂) и без грунта (Рз).

Влажность (в %) определяется, по формуле:

При невозможности проведения указанного способа (отсутствие лаборатории, термостата, технических весов и пр.) влажность грунта может быть ориентировочно определена следующим способом:

а) изготовляется деревянный или железный ящик 20 X 20 X 20 см (объемом 0,008 м³) и взвешивается (Р');

б) ящик наполняется с плотной утрамбовкой грунтом и немедленно взвешивается (Р");

в) объемный вес сухого грунта (суглинок, растительный грунт) принимается ориентировочно равным Р'" = 1600—1700 кг/м³;

г) влажность (в %) определяется по формуле:

Журнал контроля за оттаиванием грунта электрическим током

Журнал

контроля за оттаиванием грунта электрическим током

Строительство

Объект оттаивания (площадка, котлован, траншея)

Год месяц число

Поверхность в м²

Категория грунта (глина, суглинок)

Влажность грунта в %

Удельное электрическое сопротивление до оттаивания

Заданная глубина оттаивания грунта

Концентрация раствора в % (указать наименование соли)

Толщина слоя опилок

Влажность опилок в % при укладке

Характер дополнительного утепления

Схема расположения электродов и температурных точек

Длительность оттаивания

Расход электроэнергии

Выключение тока дата часы

Руководитель работ по оттаиванию грунта

Примечания 1. Сдача и приемка дежурств визируется руководителем работ или старшим электромонтером. 2. Замеры глубины оттаивания грунта зондом производятся в одно время с измерением температуры.

Расчет спиралей для нагревательных приборов

Длина проволоки в метрах определяется по формуле:

где Р — мощность в вт, даваемая одним нагревательным сопротивлением; d — диаметр проволоки в мм; ώ — удельная поверхностная нагрузка в вт/см². Величина ώ определяется из формулы:

где F₁ = 10πdl представляет собой поверхность, отдающую тепло, в см².

Так как при применении спиральных нагревательных элементов излучающей является только наружная поверхность, необходимо принять действительную поверхность отдающей тепло лишь в размере 50% от F, тогда для этих условий:

Вследствие этого величина ώ для нагревательных приборов со спиральными элементами может быть в среднем принята в 1,6 вт/см² и колебаться в пределах 1,25—2 вт/см²; для определения длины проволоки следует пользоваться формулой (1).

Значения d необходимо определять по формуле:

где v — напряжение тока в в.

После постановки значения d, определенного по формуле (3), в формулу (1) определяется длина проволоки, подлежащей намотке в спираль нагревательного элемента.

Значение pv₂, входящее в формулу (3), определяется по формуле:

Значения р v₂ даются для материалов при температуре 20° и имеют следующие величины в ом мм²/м:

Коэффициент а, характеризующий изменение сопротивления с температурой, имеет следующие значения:

для железа 0,0045, максимальная рабочая температура 500°;

для нихрома 0,0001—0,0104, максимальная рабочая температура 900—1000°;

для фехраля 0,00009, максимальная рабочая температура 850°.

Пример расчета. Отражательная печь имеет мощность 900 вт. распределенную на три нагревательные спирали, включенные параллельно; напряжение сети 220в; мощность на 1 спираль — 300 вт. Расчет ведется на каждую спираль отдельно.

Нагревательная спираль делается из фехралевой проволоки, имеющей рv₁ = 1,2 ом мм²/м, при температуре v₁ = 20°.

Температура накаленной проволоки v₂ составляет 400°; при этом удельная нагрузка ώ принимается в 1,5 вт/см². Расчет ведется в следующем порядке:

3) Определяется диаметр проволоки при заданных исходных данных по формуле (3):

Принимаем d = 0,4 мм.

2) Определяется длина проволоки по формуле (1):

Сопротивления проволок при различных диаметрах находятся из табл. 24 и 25.

Таблица 24. Сопротивление и вес железной проволоки.

Таблица 25. Сопротивление и вес фехралевой и нихромовой проволоки.