Термостабилизация (замораживание) грунтов

Институт «МосФундаментПроект» на протяжении нескольких десятков лет является ведущей проектной организацией в области проектирования инженерных сооружений на многолетнемерзлых грунтах (ММГ), разработки систем искусственного замораживания грунтов (термостабилизации).

В 1980-х годах институтом были разработаны и сформулированы основные методические подходы к расчету и проектированию фундаментов для ММГ, которые по настоящее время используются проектными организациями. Так, силами специалистов института в середине 1980-х годов был создан первый программный комплекс для выполнения прогнозных расчетов температур грунтов и несущей способности фундаментов в 2D и 3D постановке методом конечных разностей (ПК Prognoz), являющийся прототипом для аналогичных программных комплексов, разрабатываемых другими коллективами в последние годы.

В 1970-1980-е годы коллектив института исследовал и экспериментально опробовал большое количество своих разработок в области фундаментостроения на многолетнемерзлых грунтах – фундаменты различных конструкций, а также мероприятия по обеспечению мерзлого состояния грунтов основания (вентилируемые каналы, подполья, жидкостные и парожидкостные охлаждающие устройства сезонного действия (СОУ) и круглогодичного функционирования). Разработанные институтом конструкции систем термостабилизации грунтов хорошо себя зарекомендовали на практике и взяты на вооружения различными производителями термостабилизаторов грунтов.

Институт «МосФундаментПроект» является разработчиком систем термостабилизации, но не является их производителем, поэтому институту в своих проектах нет необходимости использовать «как можно больше» термостабилизаторов, в отличие от изготовителей этих систем.

Применение систем термостабилизации не является единственно возможным способом сохранения мерзлых грунтов, в связи с чем при разработке технических решений нашими специалистами системы термостабилизации используются только там, где это необходимо, что позволяет обеспечить принятие оптимального решения для Заказчика.

В случае применения технического решения с использованием термостабилизаторов, в проекте не указывается конкретный их производитель (если нет других пожеланий Заказчика), что обеспечивает возможность Заказчику самостоятельно выбрать поставщика на основе проведения конкурсных процедур.


Исследования режима работы вентилируемых подполий на Севере	Разработка и исследование эффективности термосвай	Разработка и опытное применение жидкостных (керосин, тосол) термостабилизаторов


Опытно-промышленное внедрение фундаментов с вентилируемыми каналами		Разработка способов замораживания грунтов основания через внутреннюю полость сваи (холодным воздухом, сухим льдом (СО₂), жидким азотом)		Исследование методов замораживания грунтов жидкостными системами с использованием замораживающих колонок и холодильных машин

Наработки в этой области коллективом института легли в основу нормативных документов, являющихся базой для проектирования, строительства и эксплуатации объектов на многолетнемерзлых грунтах:

- РСН 67-87 «Инженерные изыскания для строительства, составление прогноза изменений температурного режима вечномерзлых грунтов численными методами»;

- СНиП 2.02.04-88 «Основания и фундаменты на вечномерзлых грунтах»;

- СП 25.13330.2020 «Основания и фундаменты на вечномерзлых грунтах»;

- СП 497.1325800.2020 «Основания и фундаменты зданий и сооружений на многолетнемерзлых грунтах. Правила эксплуатации»;

- СП 496.1325800.2020 «Основания и фундаменты зданий и сооружений на многолетнемерзлых грунтах. Правила производства работ».

При разработке технических решений следует учитывать, что «Термостабилизация грунтов» - это достаточно широкое понятие и включает в себя не только использование непосредственно парожидкостных систем термостабилизации, но и такие мероприятия как:

- регулирование температурного режима эксплуатации объекта;

- использование теплоизоляционных материалов;

- устройство вентилируемых подполий;

- применение вентилируемых каналов в основании сооружений, зазоров и прочее.

В различное время специалистами института были разработаны, экспериментально опробованы и внедрены на практике множество широко известных сегодня систем термостабилизации грунтов:


Вертикальные паро-жидкостные термостабилизаторы сезонного действия с развитой площадью конденсатора и заправочным клапаном для обеспечения возможности их технического обслуживания	Круглогодичного действия вертикальные термостабилизаторы со съемным блоком охлаждения (термоэлектическим преобразователем) с возможностью замены на оребренный конденсатор	Анкерные вертикальные термостабилизаторы (направленного действия), позволяющие замораживать только в заданном интервале глубин


Малогабаритные термостабилизаторы с V-образным конденсатором для возможности их размещения под сооружениями с низким вентилируемым подпольем	Горизонтальные (полого-наклонные) термостабилизаторы для сохранения мерзлых грунтов под сооружениями без вентиляционного подполья (с полами по грунту)	Термостабилизаторы с гибкими вставками для обеспечения возможности их доставки на объект в сложенном виде


Круглогодичного действия термостабилизаторы, оснащенные малогабаритной компрессорной установкой для обеспечения функционирования в летний период времени	Гибкие термостабилизаторы из алюминиевых сплавов для возможности их компактного складывания и установки в стесненных условиях низких подполий	Жидкостные охлаждающие системы круглогодичного действия с холодильной машиной для работы под сооружениями значительной площади и тепловыделения без вентилируемого подполья


Комбинированные сезонно-действующие вертикальные парожидкостные термостабилизаторы оснащенные жидкостной системой теплосъема для возможности их временного, в случае необходимости, подключения к холодильной машине в летний период	Сезонно-действующие пологонаклонные термостабилизаторы с креплением конденсаторных блоков на фасаде сооружения	Вертикальный греющий элемент для защиты талых грунтовых массивов от промерзания и развития морозного пучения грунтов (термостабилизация температур грунтов в диапазоне положительных значений)

На базе института постоянно проводятся экспериментальные исследования эффективности систем термостабилизации грунтов, их модернизация, разработка новых технологий. Исследования организуются как на собственной производственной базе в г. Москве, так и на экспериментальных полигонах в реальных условиях действующих объектов на Севере:


Экспериментальный полигон по исследованию эффективности термостабилизаторов на Заполярном ГНКМ	Экспериментальный полигон исследования работоспособности круглогодичных термостабилизаторов со съемными блоками охлаждения на основе термоэлектрических преобразователей	Экспериментально-производственный стенд для исследования эффективности конденсаторных блоков СО


Стендовые испытания многосекционных конденсаторов термостабилизаторов грунта	Тепловизионные исследования эффективности СОУ в инфракрасном спектре излучения	Многолетние исследования функционирования систем термостабилизации на действующих объектах в рамках геотехнического мониторинга

Помимо экспериментальных работ на полигонах и стендовых испытаний, исследования работоспособности термостабилизаторов осуществляются специалистами института на действующих предприятиях в ходе обследований эксплуатируемых там охлаждающих систем различных производителей.

В своей практической деятельности в области строительства на многолетнемерзлых грунтах институт МосФундаментПроект эффективно решает практически любые задачи, в том числе:


Применение вентилируемых подполий для сохранения мерзлых грунтов основания	Теплозащитные экраны для обеспечения принципа использования грунтов в качестве основания	Обеспечение несущей способности свайных фундаментов с помощью вертикальных СОУ


Повышение несущей способности свайных опор трубопроводов с помощью термостабилизаторов	Защита от ореолов оттаивания вокруг газо- и нефтедобывающих скважин	Замораживание грунтовых дамб и плотин, устройство противофильтрационных завес


Термостабилизация грунтов в основании резервуаров	Снижение деформируемости оснований насыпей железных и автомобильных дорог путем их термостабилизации	Оценка влияния и защита от растепления оснований сооружений в зоне влияния факельных установок


Уменьшение количества свай в свайном поле за счет применения длиннопролетных ростверков и повышения несущей способности мерзлых грунтов путем дополнительного понижения их температур	Термостабилизация грунтов с применением горизонтальных систем в основании сооружений больших размеров (70х100 и более), устраиваемых без вентилируемых подполий (с полами по грунту)	Предпостроечное паро- и электрооттаивание мерзлых грунтов в основании сооружений для обеспечения их талого состояния (принцип II использования грунтов в качестве основания в соответствии с СП 25)


Искусственное замораживание талых грунтов для обеспечения возможности разработки котлованов	Искусственное замораживание грунтов для обеспечения проходки шахт и тоннелей, защиты от поступления грунтовых вод	Сохранение грунтов основания сооружения в мерзлом состоянии с помощью применения вентилируемых каналов

Сегодня институт МосФундаментПроект является независимой проектной и экспертной организацией в области проектирования фундаментов и оснований на многолетнемерзлых грунтах и искусственного замораживания грунтов. Следует знать, что применение термостабилизаторов и других систем замораживания грунтов является не единственным способом обеспечения надежности фундаментов не мерзлоте. В зависимости от природно-климатических и инженерно-геокриологических условий конкретного региона могут быть использованы и другие альтернативные технические решения без применения СОУ, что в ряде случаев обеспечивает значительную экономию средств при строительстве. Являясь независимой от производителей термостабилизаторов организацией, институт МосФундаментПроект в своих проектах руководствуется принципом разработки оптимальных по своей надежности и стоимости реализации технических решений.