Оттаивание паром и водой предложено инж. Н. Н. Мягковым. На подлежащей оттаиванию площади в шахматном порядке, через 2—3 м, отбойным молотком делают углубления, которые заполняют шлаком, заливают водой и затем закрывают брезентом или толем (рис. 1).
При подаче пара в углубления вода в них быстро нагревается и, постепенно просачиваясь в грунт (по мере убыли ее добавляют), отогревает его.
Оттивание будет тем интенсивнее, чем больше фильтрующая способность грунта. В плотных глинистых грунтах этот способ неприменим.
Рис. 1 Оттаивание грунта паром и водой
1 — паровая магистраль; 2 — труба; 3 — резиновый шланг; 4 — толь или брезент; 5 — шлак, залитый водой
Оттаивание паром. Оттаивание паром производят посредством паровых батарей или игл. Пар получают от временной передвижной котельной установки или от котла экскаватора во время перерывов в его работе. Паровые батареи применяют при небольшой глубине мерзлого унта (до 1,0 м) и при недопустимости введения в грунт дополнительной влаги.
Рис. 2. Прибор для устройства скважин
1— подвижной хомут для извлечения прибора из грунта; 2— головка
Батареи располагают на отогреваемом участке, тщательнo покрывают матами, а сверх них брезентом или толем. Пар проходит всю систему и выходит в виде конденсационной воды. Требуемую поверхность нагрева батарей определяют конечной температурой конденсата, которая должна быть по возможности наименьшей. Ориентировочно поверхность нагрева котла должна быть в 4—6 раз больше поверхности нагрева батарей.
Паровые иглы применяют при оттаивании более значительных объемов мерзлого грунта и глубине его более 1,5 м.
Паровую иглу вводят в заранее устроенную скважину и на 15— 20 см не доводят до талого грунта. Несколько игл посредством тройников и гибких рукавов соединяют в секцию, причем, каждую иглу можно при помощи вентиля включить и выключить из общей паровой установки.
Скважины для помещения в них игл можно проходить специальным прибором, предложенным Б. А. Бодянским (рис. 2). При устройстве скважины один рабочий забивает стержень прибора молотом, в то время как другой держит его с помощью хомута.
Извлечение из грунта стержня производят ударами снизу вверх; по его головке трубой, скользящей по стержню, как по направляющей. Проходка, подобным образом мерзлого грунта на глубину до 1 м требует 1—3 мин. В образовавшуюся скважину вставляют иглу с внутренним диаметром 12—15 мм (рис. 3). Выходящий через отверстия в наконечнике иглы пар отогревает грунт, что дает возможность глубже погружать иглу. В тяжелые мерзлые грунты, например, глину с галькой или строительный мусор, иглу погружают легкими ударами молота.
Продолжительность оттаивания зависит от рода грунта, его влажности и глубины промерзания. Иглу под паром следует держать в скважине в песчаных грунтах 2—3 часа, в суглинках 3— 4 часа и в глинистых 4—6 час. Пуск пара в грунт следует производить с часовыми или двухчасовыми перерывами.
Рис. 3. Паровая игла с коробом
1— игла d=12мм; 2 — короб; 3 — сварка; 4 - патрубок; 5 — головка; 6 — шланг; 7 — теплоизоляция (асбестовый картон, обернутый мешковиной)
Еще лучше, назначая одну иглу на 5—6 скважин, держать ее в скважине до начала интенсивного выделения пара (10—15 мин.), после чего переносить в соседнюю скважину.
Для предотвращения выхода пара через отверстия скважин и для сохранения теплоты, отдаваемой грунту, скважины покрывают специальными коробами. Оттаиваемый участок по прекращении пуска пара и уборке игл и коробов для передачи теплоты большему объему грунта на некоторое время (лучше до следующего дня) чем-либо утепляется; при этом радиус оттаивания (на следующий день) составит около 0,5 м.
Иглы следует располагать в шахматном порядке, одну от другой (при ручной разработке грунта) на расстоянии, равном толщине мерзлого грунта. Между гнездами оттаянного грунта можно оставлять перемычки из мерзлого грунта, размеры которых должны допускать разработку их экскаватором.
Расход пара на 1 м3 оттаянного грунта составляет от 50 до 100 кг в зависимости от влажности грунта и характера промерзания.
Повышение давления пара (при выходе из иглы) имеет как положительные, так и отрицательные последствия.
С повышением давления увеличиваются незначительно теплосодержание пара и его температура, а при сильно дренирующих и маловлажностных грунтах — также способность к прониканию пара в грунт.
В то же время повышение давления пара значительно увеличивает потери его (выброс) через верх скважины и зазоры в коробе и создает угрозу разрыва шлангов, что нежелательно по условиям безопасности; поэтому не следует применять давление выше 2—3 ати. При глубине промерзания до 1,5 м вполне достаточно давление 0,5—ати.
Оттаивание мерзлого грунта теплоносителем с высокой температурой сопряжено с большими потерями тепла, так как прилегающие к иглам слои грунта чрезмерно нагреваются и теплопроводность их сильно снижается.
Рис. 1. Закрытая игла для оттаивания мерзлоты
а — вид сверху; б - разрез
Оттаивание грунта открытыми паровыми иглами сопряжено со значительными потерями тепла, уходящего с конденсационной водой и сопровождается большими потерями пара через зазор между иглой и стенкой скважины и через неплотные соединения.
Эти потери устранены при применении игл с циркулирующей горячей водой, т. е. обычной системы водяного отопления с принудительной циркуляцией, предложенной инж. Н. Д. Авериным и С. А. Анофриевым (рис. 1) .
Подогретая до 50° вода центробежным насосом нагнетается из котла в трубопроводы и, пройдя несколько игл возвращается в котел для повторного подогревания. Вода, поступая через патрубок во внешнюю трубу иглы, опускается по ней и затем, поднимаясь по внутренней трубе, возвращается по обратному трубопроводу в котел.
Скорость отогревания грунта должна быть увязана с производительностью экскаватора, разрабатывающего грунт.
После разделения массива мерзлого грунта полосами оттаявшего грунта на части объемом не более 0,4 емкости ковша экскаватора эти части могут быть удалены экскаватором в мерзлом состоянии. Так же, без оттаивания, может быть разработан экскаватором нижний слой мерзлоты или ее верхняя корка толщиной 25—40 см.
