Замораживание грунтов

ЗАМОРАЖИВАНИЕ ГРУНТОВ, искусственное охлаждение грунтов в условиях природного залегания до отрицательных температур с целью их упрочения и достижения необходимой степени водонепроницаемости. Замораживание грунтов применяется при строительстве шахт, тоннелей, плотин, доков, фундаментов зданий и сооружений и др. В результате замораживания грунтов в массиве создаётся временная льдогрунтовая стена (перемычка), защищающая выработку от проникновения грунтовых вод, плывунов, оползней и пр. Для образования льдогрунтовой стены по контуру предполагаемого сооружения бурят скважины, в которые затем опускают замораживающие трубы с закрытыми нижними концами, а в них - питающие трубы (меньшего диаметра, не доходящие до дна замораживающих труб). Такое устройство называется замораживающей колонкой. Охлаждённая в холодильной установке жидкость (как правило, растворы солей, например, хлорида кальция, с температурой замерзания до -55°С) прокачивается по питающей трубе ко дну замораживающей трубы и затем поднимается вверх по кольцевому пространству, образованному между этими трубами. По выходе из замораживающих колонок нагретый рассол снова охлаждается. В процессе непрерывной циркуляции рассола и его теплообмена с грунтом, окружающим колонку, последний постепенно охлаждается и замерзает, образуя вокруг колонок льдогрунтовые цилиндры, которые при дальнейшем охлаждении соединяются между собой и превращаются в сплошную льдогрунтовую стену. Расстояния между замораживающими скважинами при образовании льдогрунтовых стен вокруг стволов шахт принимаются в пределах 0,8-1,1 м, при образовании льдогрунтовых перемычек 1,5-3 м. Замораживающие трубы обычно имеют диаметр 100-125 мм, питающие трубы - 25-32 мм.

Для охлаждения рассола применяются холодильные агрегаты холодопроизводительностью от 100 до 900 Вт; на замораживание 1 м³ грунта (в зависимости от степени водонасыщения и его начальной температуры) расходуется от 30 до 60 Вт/м^З. Прочность льдогрунтовой стены зависит от температуры замораживания, минералогического и гранулометрического состава грунта, содержания воды в грунте и наличия в ней растворов солей. С понижением температуры прочность замороженных грунтов, как правило, увеличивается в большей (водоносные пески) или меньшей (глины, суглинки) степени.

Замораживание грунтов ведёт начало от естественного замораживания, применявшегося ещё в 19 веке в горном деле, при золотодобыче и проходке стволов шахт через насыщенные водой пески (В. З. Власов, 1893), а также при сооружении котлованов для мостовых опор и труб на строительстве Забайкальской и Амурской железных дорог. Первый опыт искусственного замораживания грунтов при проходке стволов шахт был осуществлён в 1883 году (рудник «Арчибальд» в Магдебургском округе, Германия). В СССР способ искусственного замораживания грунтов впервые был применён в 1928-29 при проходке калийной шахты в городе Соликамск, а затем в 1933 - на строительстве Московского метрополитена. Этим методом пройдены все наклонные шахты для эскалаторов Московского метрополитена, многие из которых достигают глубины 40-70 м.

Замораживание грунтов можно применять как в слабых, так и в крепких водоносных породах при любой глубине залегания; является основным способом закрепления грунтов в сложных гидрогеологических условиях. Расходы по замораживанию грунтов составляют 10-30% стоимости основного сооружения, причём стоимость работ по бурению и монтажу замораживающих скважин составляет от 40 до 60% общей стоимости закрепления грунта.

Лит.: Трупак Н. Г. Замораживание грунтов в строительстве. М., 1970.