При оттаивании снизу вверх разогрев грунта производится за границей его промерзания и распространяется в направлении теплового потока. Наиболее эффективным является электроразогрев при вертикальном размещении электродов. Удельное электрическое сопротивление талого грунта значительно ниже, чем у мерзлого, поэтому при погружении электродов в мерзлый грунт до границы с талым грунтом обеспечивается быстрый его разогрев и создается мощный тепловой поток, направленный в верхние слои, выполняющие к тому же роль утеплителя. При таких условиях существенно снижаются затраты электроэнергии (на 1 м3 – 30 – 50 кВт*ч). Этот способ более электробезопасен и поддается автоматическому регулированию параметров.

В последнее время широко применяется разновидность данного способа – электрохимический способ. Сущность его заключается в том, что сначала на поверхности оттаиваемого грунта нарезаются неглубокие борозды во взаимно перпендикулярных направлениях. В местах пересечения борозд в грунт погружают стальные электроды, а сами борозды заполняют раствором соли. В результате таких мероприятий происходит разогрев грунта двумя встречными потоками: снизу вверх за счет разогрева талого грунта и сверху вниз за счет выделении тепла при прохождении электрическим током слоя раствора соли. Основной недостаток разогрева мерзлого грунта вертикальными электродами – трудоемкость операции по бурению скважин.

Оттаивание мерзлого грунта в радиальном направлении достигается при паропрогреве, теплоноситель пропускает через специальные устройства, помещенные вертикально в толщу грунта. В качестве таких устройств могут использоваться паровые или водяные иглы (закрытые трубчатые конструкции диаметром 60 – 100 мм, внутри которых пропускается водяной пар или горячая вода), ТЭНы (трубчатые элементы, внутри которых встроены электронагревательные спирали, помещенные в трансформаторное масло).

Данные конструкции, передовая через трубчатые стенки внутреннее тепло окружающему грунту в горизонтальной плоскости, оттаивают его в виде цилиндров. При удалении игл друг от друга на расстояние, не превышающее радиуса действия игл, достигается сплошное оттаивание грунтового массива.

Кирпичные стены здания в зимнее время можно возводить на всю высоту для районов со среднемесячной температурой не ниже –200С при условии выполнения кладки на растворах с противоморозными добавками. При выполнении работ надлежит руководствоваться СНиП II-3 – 79**, СНиП II-22 –81, СНиП 3.03.01 – 87.

13. Технические характеристики применяемых электронагревателей

Способ электропрогрева основан на оттаивание грунта электродами и нагревателями.

При применении электродов электрический ток пропускают через разогреваемый материал, в результате чего он приобретает положительную температуру. Основными техническими средствами являются горизонтальные или вертикальные электроды.

Горизонтальные электроды представляют собой металлические элементы из полосовой или круглой стали, укладываемые по поверхности оттаиваемого грунта, концы которых отгибают на 15-20 см для подключения к проводам (рис. 3.16 а). Поверхность отогреваемого участка покрывается слоем опилок толщиной 15-20 см, смоченных солевым раствором концентрации 0,2-0,5 % с таким расчетом, чтобы его масса была не менее массы опилок. Так как замерзший грунт не является проводником, то смоченные опилки вначале служат токопроводящим элементом. Температура в опилках может достигать 80-90 С. В результате нагрева опилок происходит оттаивание верхнего слоя грунта, который превращается в проводник тока. После этого начинает оттаивать следующий слой грунта, затем нижележащие. В дальнейшем опилочный слой защищает отогреваемый участок от потерь теплоты в атмосферу, для чего его покрывают толем или щитами. Этот способ применяют при глубине промерзания грунта до 0,7 м, расход электроэнергии на отогрев 1 м3 грунта колеблется от 150 до 300 МДж.

Вертикальные электроды изготавливают из круглой арматурной стали диаметром 16-20 мм или труб диаметром 25-50 мм, заостренных с одного конца. Электроды вставляют в пробуренные скважины или забивают отбойными пневматическими или электрическими молотками.

При оттаивании сверху вниз (глубина промерзания 0,7 м) их забивают в грунт в шахматном порядке на глубину 20-25 см и устраивают на поверхности грунта опилочную засыпку, увлажненную солевым раствором. По мере оттаивания верхних слоев грунта электроды погружают на большую глубину (рис.3.16 б). После отключения электроэнергии в течение 1-2 дней глубина оттаивания’ продолжает увеличиваться за счет аккумулированной в грунте теплоты под защитой опилочного слоя. Расход энергии при этом способе несколько ниже, чем при способе горизонтальных электродов.

При прогреве снизу вверх электроды вставляются или забиваются на глубину 5-10 см ниже мерзлого слоя. Электрический ток, пройдя под мерзлым слоем (мерзлый грунт плохо пропускает ток) по незамерзшему грунту, выделяет тепло, которое аккумулируется и оттаивает вышележащие слои мерзлого грунта (рис. 3.16 в). Расстояние между рядами электродов b =0,86а, где а = 0,4-0,8 м – расстояние между электродами в ряду. Расход энергии при отогреве снизу вверх существенно снижается, составляя 50-150 МДж на 1 м3, и применения опилок не требуется.

При комбинированном способе стержневые электроды заглубляют в подстилающий талый грунт и одновременно устраивают на поверхности грунта опционную засыпку, пропитанную солевым раствором. Оттаивание грунта происходит в направлении как сверху вниз, так и снизу вверх. Этот способ применяется лишь в исключительных случаях, когда необходимо экстренно осуществить оттаивание грунта. Трудоемкость подготовительных работ при комбинированном способе значительно выше, чем в первых двух вариантах.

Трубчатые электронагреватели (ТЭНы) и коаксиальные нагреватели обычно используются при радиальном оттаивании. ТЭНы изготовляются из стальных бесшовных трубок диаметром 8-2 мм, внутри которых находится спираль из нихромовой проволоки диаметром 0,6 мм и длиной 20 м. Пространство между трубкой и спиралью заполняется прессованным перикла-зом, обладающим хорошей теплопроводностью. ТЭНы отличаются несложностью конструкции и быстротой оттаивания грунта, но при их использовании необходимо укрывать поверхность.

Коаксиальные нагреватели состоят из двух труб, помещенных соосно одна в другую и заваренных с одного конца. Зазор между трубами заполняется кварцевым или речным просушенным песком и заливается жидким стеклом. Напряжение подводится к трубам через контактные пластины. Коаксиальные нагреватели конструктивно просты, безопасны и несложны в эксплуатации, но скорость и радиус оттаивания ими грунта меньше, чем ТЭНами.

Оттаивание следует чередовать с термосным выдерживанием. В частности, продолжительность первого периода прогрева составляет 6-12 ч, термосное выдерживание – 3-6 ч. Такой цикл (прогрев и термос) в зависимости от глубины промерзания и физико-механических свойств грунта повторяют 2-3 раза.