Термостабилизаторы грунта (ТСГ, СОУ): типы, подбор и монтаж

Что такое термостабилизатор грунта

Термостабилизатор грунта (ТСГ) — герметичная труба, заправленная хладагентом. Испарительная часть стоит в грунте, оребрённый конденсатор — на воздухе. Зимой хладагент испаряется в грунте, отдаёт тепло в конденсаторе и стекает обратно; летом, когда воздух теплее грунта, циркуляция останавливается сама. Ни насосов, ни питания, ни персонала — движется только хладагент.

В проектах это сезонно-действующее охлаждающее устройство (СОУ), по физике — двухфазный термосифон, его цикл разобран в блоге. Зачем это основанию: по СП 25.13330.2020 (п. 7.2.2–7.2.3) сопротивление смерзанию сваи с грунтом зависит прежде всего от температуры грунта. ТСГ — не утепление, а способ держать расчётную температуру основания весь срок службы: эту задачу и называют температурной стабилизацией грунтов.

Типы термостабилизаторов

Классификация ниже — общая для охлаждающих устройств в нормативах и проектах, а не перечень поставки: индивидуальные термостабилизаторы бывают вертикальными и наклонными, отдельное исполнение — термосвая. Задача у всех одна — отвести из грунта за зиму больше тепла, чем он получит за лето. Какое исполнение нужно объекту, решает теплотехнический расчёт.

Вертикальные термостабилизаторы

Вертикальные устройства ставят в пробуренные скважины по контуру фундамента — по скважине на каждое. Вертикальный ТСГ охлаждает массив грунта вокруг себя, поэтому шаг и длину задаёт расчёт температурного поля.

Наклонные термостабилизаторы

Наклонные устройства нужны для грунта под пятном застройки: скважину бурят под углом по проекту, и испарительная часть уходит под сооружение. Как и вертикальные, они охлаждают массив грунта, а не конкретную сваю.

Третье исполнение — термосвая: свая с охлаждающим устройством внутри, несущий элемент и ТСГ в одном теле, когда грунт под каждой опорой надо держать мёрзлым адресно. Подробнее — в разделе «Термосваи и СОУ в составе свайного фундамента».

Из чего состоит устройство

Четыре элемента: корпус-труба, испарительная часть в грунте, конденсатор с оребрением над поверхностью и заправка хладагентом. Хладагенты — аммиак R717, диоксид углерода R744, этан R170 и пропан R290; выбор задаёт расчётный диапазон температур площадки и требования по пожаробезопасности. Особенности каждого — в таблице на странице услуги.

В расчётной модели В. В. Ананьева (кафедра геокриологии МГУ; работа 2015 года) парожидкостное СОУ — вертикальная труба постоянного диаметра с конденсатором на верхнем конце, в тестовом варианте — труба 57×3,5 мм длиной 10 м. Это пример для расчёта, а не типоразмер поставки: длину и диаметр устройства задаёт проект под конкретную площадку.

Что нужно для подбора

Подбор идёт после геокриологического аудита площадки. Для расчёта нужны геокриологический разрез и льдистость грунтов, их температура на глубине нулевых годовых амплитуд, тепловыделение сооружения и климатические ряды площадки. Результат — прогноз температурного поля на срок службы и ответ на четыре вопроса: нужна ли стабилизация вообще, сколько устройств, какой длины и с каким шагом. Если не требуется — скажем и это. Сам расчёт — на странице услуги.

Отдельный случай — засоленные грунты и криопэги, линзы незамерзающей солёной воды: стандартные решения там не работают. В. В. Ананьев в работе 2017 года называет перспективными низкотемпературные природные хладагенты — этан и пропан из сжиженного газа. По его моделированию всесезонного термостабилизатора линза криопэга мощностью 2 м промерзает на радиус 1,5 м за 34–40 дней при температуре хладагента −40 °C, а при −60 °C и ниже — на всю мощность в радиусе 3 м за один зимний сезон.

Монтаж термостабилизаторов по шагам

1. Разбивка точек. Выносим схему расстановки из проекта на площадку; для наклонных — направление и угол.
2. Бурение скважины. Диаметр и глубина — по проекту под конкретное устройство; в мёрзлых грунтах — без водяной промывки.
3. Установка устройства. Опускаем ТСГ в скважину, контролируем вертикальность или заданный угол наклона.
4. Пусковые проверки. Герметичность и первый замер температуры — точка отсчёта для мониторинга.

Схему расстановки монтаж не выбирает, а исполняет: число устройств, их длину и шаг задаёт теплотехнический расчёт температурного поля на срок службы. После пусковых проверок начинается мониторинг — термометрические скважины рядом с фундаментом и регламент замеров.

На существующий объект устройства ставят так же — в пробуренные скважины по контуру фундамента, без остановки эксплуатации. Для построенного здания это способ вернуть основанию расчётную температуру, не разбирая конструкций; схему и количество даёт расчёт по фактическим данным площадки.

Бурение скважин под термостабилизаторы

Скважины под ТСГ бурим той же техникой, что и под сваи, поэтому монтаж термостабилизаторов удобно вести одним потоком со свайными работами. Буровые установки и инструмент для свайных работ — на странице «Техника».

Две особенности мёрзлых пород. Первая — бурение без водяной промывки. Вторая — бурение греет породу вокруг ствола, и для термометрических скважин мониторинга рядом с фундаментом это главное: замер температуры сразу после бурения ничего не показывает.

Поэтому по ГОСТ 25358 скважину сначала выдерживают: отсчёт берут, когда за трое суток температура на одних и тех же глубинах меняется не больше чем на 0,1 °C. До выстойки показания в отчёт не идут — иначе в нём окажется след от бурового инструмента, а не температура грунта.

Как заказать: что прислать и что получите

Цены на сайте не публикуем — считаем под объект: стоимость определяют число и длина устройств, хладагент, объём бурения и логистика.

Как проверяют, что термостабилизатор работает

Выкапывать ничего не нужно. Первый способ — термограмма: у работающего устройства оребрение выделяется тёплым столбом по всей высоте, неработающее сливается с фоном. Второй — термометрические скважины рядом с фундаментом: ряд замеров показывает динамику температуры основания. Наблюдательные скважины закладывают в проект вместе с устройствами — после сдачи объекта их уже не пробурить.

Периодичность замеров для объектов с термостабилизаторами задаёт СП 497.1325800.2020 — разбор нормы в статье о строительстве на вечной мерзлоте. Как выглядит проверка устройства, два года простоявшего в грунте, — в статье в Дзене.

Где применяют

Свайные основания зданий, резервуарные парки, опоры ЛЭП и эстакад, насыпи дорог, промплощадки — везде, где основание проектируют по I принципу (СП 25.13330.2020, п. 6.1.1). Если проект допускает оттаивание, задача решается другими средствами. Пример из практики команды — трубопровод в Апатитах: опоры на свайном основании и термостабилизация СОУ при сезонных оттайках, 120 свай ø400 мм длиной 8 м.

Частые вопросы