Исследовалась возможность отогрева инфракрасными луча­ми мерзлого грунта на полевом стенде, где грунт состоял из двух слоев: первый толщиной 30—35 см (растительная земля на­сыпного характера) влажностью 27% и второй слой на глубине 35—75 см (суглинок) влажностью 15—22%.

Верхний уровень грунтовых вод на участке находился на рас­стоянии 1,6 м от поверхности земли. Поверхность почвы, пред­усмотренной для непосредственного облучения, была покрыта травяной растительностью. Толщина снегового покрова до рас­чистки участка составляла 22—25 см, глубина промерзания грунта 40 см.

Грунт прогревался газовыми инфракрасными горелками с керамическими излучателями. Тепло распространялось в толще грунта и расплавляло почвенный лед.

При однослойном оттаивании горелкой с тепловой нагрузкой 6700 ккал/ч, при расстоянии между излучателем и поверхностью грунта 12 см, температуре наружного воздуха 0° С и скорости ветра 7—9 м/сек прогрев грунта на глубину промерзания (40 см) Произошел через 6 ч.

При послойной передаче тепла (толщина слоя 10 см) оттаи­вание грунта на всю глубину промерзания произошло через 2 ч После начала работы горелки, т. е. скорость прогрева составила 17 см/ч, а площадь эффективного прогрева грунта 0,87 м2. Объ­ем отогретого грунта за этот период составил 0,35 Лі3, Т. е. в 1Ч Оттаивало 0,175 мг мерзлого грунта.

При производительности горелки 0,29 м3/ч для отогрева 1 л3 мерзлого грунта расход сжиженного пропана равнялся 1,65 м3.

Установлено, что инфракрасные газовые излучатели, приме­няемые для оттаивания мерзлого грунта, позволяют сократить сроки выполнения подгото-

Тв°с Ш

Вительных земляных работ в 4—6 раз по сравнению с другими видами оттаивания.

На рис. 128 показано из­менение температуры грун­та при однослойном оттаи­вании.

1. При температуре огне­вой поверхности керамиче­ского насадка 900° С темпе­ратура поверхностного грун­та в установившемся тепло­вом состоянии составила 460° С.

2. Температура грунта на глубине 0,25 м достигла 25° С, а на^ глубине 0,5 м — 3,5° С. Таким образом, грунт на всей глубине промерза­ния оттаял.

3. Оттаивание грунта произошло в горизонтальных плоскостях каждого слоя в стороны от периметра реф­лектора горелки на 0,25 м; при этом эффективная пло­щадь прогрева составила 1 м2 (однослойное оттаива­ние) .

4. Объем оттаявшего грун­та при средней тепловой на­грузке горелки 6700 ккал/чиири расстоянии между огневой по­верхностью насадка и поверхностью грунта 120 мм составил 0,34 м3.

5. Скорость прогрева составила 5,66 см/ч.

Представленный на рис. 129 график выражает зависимость

Глубины оттаивания слоя грунта от длительности нагрева при послойном и однослойном оттаивании. Из рассмотрения этого графика видно, что при однослойном способе оттаивания грунт полностью растаял через 6 ч прогрева, а при послойном спосо­бе— через 2 ч; скорость прогрева грунта при указанной продол­жительности полного отогрева послойного оттаивания составила 17 см/ч, т. е. в 3 раза быстрее, чем при однослойном оттаивании.

При стоимости 1 кг сжиженного газа 12 коп. финансовые затраты на расход топлива для отогрева 1 м3 грунта составят примерно 40 коп.

При двух режимах работы (тепловая нагрузка горелки 6370—7700 ккал/ч) потеря тепла с уходящими газами составила 27,5—29,8%, а потери тепла в окружающую среду от нагретого корпуса горелки составили 11,7—10,2%; к. п. д. горелки дости­гал 60%.

Уменьшение к. п. д. горелки при большей тепловой нагрузке объясняется увеличением потерь тепла с уходящими газами за

Счет повышения их темпера­туры на 40° С. Результаты определения • теплового ба­ланса горелки инфракрасно­го излучения при отогреве мерзлого грунта приведены в табл. 34.

На рис. 130 представлен график Научно-исследова — тельского института по орга­низации и механизации строительства (НИИОМе), характеризующий зависи­мость количества тепла, не­обходимого для отогрева 1 м3 мерзлого грунта от средней зимней температуры наружного воздуха при при­менении различных способов оттаивания.

На график нанесены точ­ки, полученные при отогреве грунта газовой горелкой ин­фракрасного излучения, соответствующие средней температуре наружного воздуха за зимний период.

В табл. 35 приведены технико-экономические показатели под­готовки мерзлых грунтов различными методами оттаивания. При сравнительной оценке продолжительности оттаивания 1 м3 Мерзлого грунта из данных в табл. 35 видно, что метод отогрева грунта с помощью газогорелочных устройств инфракрасного из­лучения позволяет в 4—6 раз сократить сроки подготовительных работ.

Недостатком метода оттаивания грунтов газогорелочными устройствами инфракрасного излучения является небольшая толщина слоя оттаивания, равная 10 см. Однако эту величину следует рассматривать как частный случай, характерный для проведенного опыта. Можно применить послойное оттаивание грунта газовыми излучателями с толщиной слоя 20—30 см, но

Наименование

Тепловая нагрузка горелки, . .

Расход газа………………………………………….

Теплона сгорания сжиженного газа Теоретически необходимое для го­рения количество воздуха…. Объем сухих продуктов сгорания Объем водяных паров в продук­тах сгорания………………………………

Избыток воздуха под рефлекто­ром горелки _ . .

Температура уходящих газов. . Потери тепла с уходящими газами

То я^е………………………………………………..

Потери тепла в окружающую среду

Температура корпуса горелки. . Температура наружного воздуха Полезноиспользуемое тепло … Коэффициент полезного действия

1 — местными тепляками; 2 — горизонтальными электрода­ми; 3 — вертикальным^ электродами; 4 — днркуляцнонными игламн; 6— влектронгламн; -6 — гдубнннымн электродами; 7 — горелкой инфракрасного излучения

Технические показатели различных методов оттаивания мерзлого грунта

Кострами под металлическим ко­жухом…….

Паровыми регистрами (поверхно­стное) ……..

Паровыми иглами……………………………….

Водяными циркуляционными иг­лами……….

Электроотражательными печами.

Электротепляками………………………………

■ факельными горелками под кожу­хами…..

Газогорелочными устройствами ин­фракрасного излучения:

А) при оттаивании однослойном

Б) » » многослойном

При этом скорость оттаивания будет меньше, чем в первом слу — чае (на графике рис. 130 кривые скорости оттаивания займут промежуточное положение между кривыми 1 и 2). Выбрать оп­тимальную величину толщины слоя при послойном оттаивании с учетом затраты времени и средств на удаление грунта из тран­шеи можно лишь после опытной проверки промышленного аг­регата при рытье траншеи в зимних условиях комплексной бри­гадой рабочих.

Для более правильной оценки эффективности отогрева мерз­лого грунта газовыми горелками инфракрасного излучения при послойном оттаивании следует исходить из следующих положе­ний:

1) рассматриваемый способ применяется на аварийных ра­ботах— в этом случае экономические затраты на производство земляных работ могут не учитываться, ибо материальные убыт­ки от возникшей аварии в большинстве случаев во много раз больше, чем стоимость ремонтно-аварийных работ, поэтому рас­сматриваемый способ отогрева грунта является достаточно эф­фективным средством при выполнении земляных работ в зимних условиях;

2) предлагаемый способ применяется при строительно-мон­тажных работах — в этом случае превалирующим требованием является снижение себестоимости производства земляных ра­бот, которое также может быть выполнено при следующей орга­низации ведения работ: комплексной бригаде с тремя-четырьмя землекопами придаются два передвижных газовых агрегата для отогрева мерзлого грунта, оборудованных двадцатью излучате­лями, осуществляющих прогрев участка на длине 15—16 м; один водитель устанавливает последовательно оба агрегата, охваты­вая два участка траншеи общей длиной 30—32 м, второй агрегат устанавливается через 30 мин с момента установки первого (30 мин — время, необходимое для подъезда агрегата к тран­шее, установки горелок и включения их в работу); через 30Мин Прогрева 1-го участка бригада землекопов приступает к рытью траншеи, а первый агрегат переводится на III участок, и после включения горелок (через 1 ч от начального времени) начинает­ся прогрев участка III. Через последующие 30 мин землекопы переходят на II участок, а второй агрегат переводится на I уча­сток. Так, выполняя прогрев траншеи по участкам, можно обес­печить непрерывное рытье траншеи с учетом занятости отдель­ных рабочих на укреплении стен траншеи и других вспомога­тельных Операциях.

В табл. 36 дается сопоставление основных технико-экономи­ческих показателей способа отогрева мерзлого грунта с помощью газовых горелок инфракрасного излучения, принятых в проекте и полученных после экспериментальной проверки на полевом стенде.