大面積凍土地基建築的加固方法及自動降溫均溫加固系統的製作方法

2023-09-21 17:08:40

專利名稱：大面積凍土地基建築的加固方法及自動降溫均溫加固系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種凍土地基建築施工中的地基加固方法，尤其是一種凍土 地帶大型建築物地基的加固方法及其系統，具體地說是一種大面積凍土地基 建築的加固方法及自動降溫均溫加固系統。
背景技術：
眾所周知，在凍土地帶建設大型建築物如油罐、氣罐、多層建築等一直 是一個難以克服的難題。這是由於凍土在冬夏兩季受溫差的影響而發生溶化 和結冰造成地基不穩，這一點在夏季尤其危險。而在凍土地帶利用常規的挖 坑回填的方法進行地基加固不僅操作十分困難，而且成本巨大。
對於小面積的地基目前較為成功的解決方案是利用熱棒進行解決，如我 國的青藏鐵路在部分路段應成功地利用熱棒技術解決了凍土地基的加固問
題，但由於熱棒的影響範圍一般在2-6米左右，如果間距大於6米以上時，
熱棒就不能起到應有的作用。
在一些寒冷地區同時也是油氣高產地區，在這些地區所配套的儲油罐、
房屋、工作站等的地基面積一般在幾百上千平方米，相鄰邊的距離最大時可 達幾十至上百米，因此利用現有的熱棒加固方法無法滿足其加固要求。

發明內容
本發明的目的是針對大面積凍土地基加固難度大，成本高的問題，發明 一種大面積凍土地基建築的加固方法及自動降溫均溫加固系統。
本發明的技術方案之一是
一種大面積凍土地基的加固方法，其特徵是
首先，根據地基表面性質在被加固物地基表面加工出1 4米深的填坑； 其次在所述的填坑中按設定的間隔將熱虹吸管的蒸發段插入凍土層中， 使熱虹吸管的冷凝段從填坑周邊伸出並使其沿地基上面被建物的周圍布置，
每根熱虹吸管由蒸發段、連接管和冷凝段組成；
最後在填坑中回填砂石料或回填土，或砂石料與回填土的混合物形成填 土沙層，完工後即得熱虹吸式自動降溫均溫地基結構。
所述的熱虹吸管的連接管呈斜置安裝。
在填坑的底部設置有絕熱層，在絕熱層下部設置有回填土沙層，在回填 土沙層中水平布置有均溫熱棒。
在回填土沙層中水平布置的均溫熱棒有二層，且所述的二層均溫熱棒空 間相交或正交。
本發明的技術方案之二是
一種大面積凍土地基加固系統，它由多根按設定間隔安裝在被加固地基 上的熱虹吸式管組成，被加固地基由填土沙層和凍土層組成，凍土層位於填 土沙層的下部，其特徵是所述的熱虹吸式管由插裝在被加固地基凍土層中的 蒸發段、插裝在被加固地基上的建築物周圍的熱虹吸式管的冷凝段以及連接 蒸發段和冷凝段的位於填土沙層中的連接管組成。
所述的連接管呈斜置安裝，以便使冷凝水在重力作用下自然下降至蒸發 段中。
在所述的填土沙層中的下部還設有絕熱層，在絕熱層下部土層中水平安 裝有一層或二層空間呈交叉或正交的均溫熱虹吸式管。 在所述的冷凝段上安裝有螺旋翅片。 本發明的有益效果
本發明首次將熱虹吸管技術成功地應用到大面積地基的加固中，為凍土 地帶的大型儲油、儲氣罐的建設以及大型建築物的建設提供了保障，可大大 減少基建投資並確保地基安全。
本發明的方法簡單，施工方便，速度快。本發明的整個加固系統結構簡 單，可操作性強，尤其是均溫熱虹吸管的使用使得地基面各處溫度均勻，從 而確保了其地基穩定堅固可靠，特別是大型建築物中心部位溫度不穩定性的 問題。
本發明解決了大面積地基的中心位置處安裝熱虹吸管的難題，它可對地
基中心位置處的凍土進行冷凍加固，克服了熱虹吸管;Kir範園不超過6米的 限制，拓展了熱虹吸管的應用領域，同時解決了大面積凍土地基的加固難題， 具有投資少，效果好的優點。


圖i是本發明的加固原理圖。
圖2是本發明在大型儲油罐中使用時地基上熱虹吸管布置的結構示意圖。
具體實施例方式
下面結合附圖和實施例對本發明作進一步的說明。 如圖1、 2所示。
一種儲油罐用大面積凍土地基的加固方法，它包括以下步驟
首先，在被加固地基表面挖出一與儲油罐底面相配的1 4米深的填坑， 為最終在凍土地基表面形成填土層7、絕熱層6和土沙層5作準備。
其次，在所述的填坑中按設定的間隔(如4米X4米)將熱虹吸式管1 (共177根)的蒸發段101插入凍土層4中，使熱虹吸式管1的冷凝段102 從填坑周邊伸出並使儲油罐2周圍布置，每根熱虹吸式管1均有一斜置的連接 管103將蒸發段101和冷凝段102相連。
第三步，在填坑的底部按縱向和橫向各水平布置14根均溫熱虹吸式管3， 且中間的均溫熱虹吸式管3最長，越靠近罐壁，均溫熱虹吸式管3的長度越
第四步，向填坑中回填砂石土並使其覆蓋在均溫熱虹吸式管3上，形成 土沙層5。
第五步，在土沙層5上鋪設一層由隔熱材料(如聚氨酯)製成的絕熱層6。
最後再向填坑中回填砂石料或回填土或砂石料與回填土的混合物形成填 土層7。
以上僅以一個儲油罐地基的加固方法為例對本發明的方法進行的描述，但 對於本領域的技術人員來說完全可以根據以上實例應用於其它規格尺寸的儲
油罐、建築物、各種泵、站、塔等建築上，所不同的是可根據實觀需要進行 尺寸的變化和取捨，如可以具體實施時在地基中不增加均溫熱虹吸式管，不
增設土沙層和絕熱層，連接管103可以不採用斜置以及使熱虹吸式管的蒸發
段不均勻分布等措施，但採取的這些措施仍被認為包括在本發明的範疇之中。
以上僅以一個儲油罐地基的加固方法為例對本發明的方法進行的描述， 但對於本領域的技術人員來說完全可以根據以上實例應用於其它規格尺寸的
儲油罐、建築物、各種泵、站、塔等建築上，所不同的是可根據實現需要進 行尺寸的變化和取捨，如可以具體實施時在地基中不增加均溫熱虹吸管，不 增設土沙層和絕熱層，連接管103可以不採用斜置以及使熱虹吸管的蒸發段 不均勻分布等措施，但採取的這些措施仍被認為包括在本發明的範疇之中。
以下是基於本發明熱棒的一種大面積凍土地基的加固系統。
如圖1、 2所示。
一種大面積凍土地基加固系統，它由多根按設定間隔安裝在被加固地基 上的熱虹吸管l組成，被加固地基由填土層7和凍土層4組成，凍土層4位 於填土層7的下部，所述的熱虹吸管1由插裝在被加固地基凍土層4中的蒸 發段101、插裝在被加固地基上的建築物(如圖2所示的儲油罐)周圍的熱 虹吸管1的冷凝段102以及連接蒸發段101和冷凝段102的斜置中的連接管 103(連接管可僅僅位於填土層7中，也可僅位於凍土層4中，還可穿過填土層 7及凍土層4)組成(見圖l)。連接管103斜置是為了使冷凝液在重力作用下 自然下降至蒸發段IOI中。為了提高加固效果，本發明還在填土層7中的下 部設有絕熱層6，在絕熱層6的下部水平安裝有一層或二層空間呈交叉或正 交的均溫熱虹吸管3，如圖2。此外，為了增加散熱效果，在熱虹吸管位於地 面之上的冷凝段102上還可安裝散熱用螺旋翅片或直翅片。
下面以本發明在儲油罐地基加固中的應用為例作進一步的說明。 如圖2所示，由於油罐區場地內分布有多年凍土，多年凍土上限埋深2. 1 米，下限至16米以上，凍土溫度為-1.21 -1.95°C。隨著氣溫升高、地表破 壞、以及油罐內原油向地下傳熱等，多年凍土會產生退化，使地基可能發生 融沉。如果凍土融化產生不均勻沉降，會引起油罐傾斜、倒塌。本發明採用
熱虹吸管技術防止油罐區場地多年凍土融化，鏑保油罐安全。
熱虹吸管工作原理是熱虹吸管的蒸發段埋入凍土層中，熱虹吸管的冷 凝段位於地面之上。冬季當空氣溫度低於凍土層溫度時，熱虹吸管中的液體 工質吸收凍土中的熱量，蒸發成氣體。蒸汽向上流動至熱虹吸管的冷凝段時， 蒸汽在管內壁冷凝成液體，把凍土中的熱量釋放給空氣。液體工質在重力作 用下，沿管壁流回蒸發段再蒸發，如此循環把凍土層中的熱量源源不斷地傳 輸到大氣中，把大氣中的冷量儲存在凍土中，降低多年凍土的溫度。 一般可 降至-2(TC。夏天當空氣溫度高於多年凍土溫度時，液體停止蒸發，大氣中的 熱量不會通過熱虹吸管傳到多年凍土中。所以熱虹吸管利用熱管的單向導熱 特性，可有效地降低地下溫度，增加凍土的冷儲量，使永久凍土層夏季也不 會融化鬆動，確保地基的穩定。
如圖2所示，在油罐基礎上布置兩種熱虹吸管冷凍熱虹吸管l和均溫 熱虹吸管3。利用分離熱管技術，冷凍熱虹吸管的蒸發段和冷凝段由一連接 管(直管或金屬軟管)連接，蒸發段直接插入油罐底部的多年凍土層，冷凝 段布置在油罐的周圍。在回填土的最下面加一層保溫層(它由絕熱層和土沙 層組成)，減少原油向下的傳熱量。在保溫層之下如圖布置水平安裝的起均溫 作用的均溫熱虹吸管3，使土層保持比較均勻的溫度分布。均溫熱虹吸管全 部埋在沙土裡。
熱虹吸管間距為4米，共177根冷凍熱虹吸管和28根均溫熱虹吸管。 本發明未涉及部分均與現有技術相同或可採用現有技術加以實現。
權利要求
1、一種大面積凍土地基的加固方法，其特徵是首先在被加固物地基表面加工出1～4米深的填坑；其次在所述的填坑中按設定的間隔將熱虹吸式管的蒸發段插入凍土層中，使熱虹吸式管的冷凝段從填坑周邊伸出並使其沿地基上面被建物的周圍布置，每根熱虹吸式管由蒸發段、連接管和冷凝段組成，連接管位於熱虹吸式管的中部，用連接管將插入凍土層中的蒸發段和伸出填坑周邊的冷凝段連接起來形成完整的熱虹吸式管；最後在填坑中回填砂石料、回填土或砂石料與回填土的混合物形成填土沙層。
2、 根據權利要求1所述的大面積凍土地基的加固方法，其特徵是所述的熱虹 吸式管中部的連接管斜置在填坑中。
3、 根據權利要求1所述的大面積凍土地基的加固方法，其特徵是在填坑的底 部設置有絕熱層，在絕熱層下部設置有回填土沙層，在回填土沙層中水平布 置有均溫熱虹吸式管。
4、 根據權利要求3所述的大面積凍土地基的加固方法，其特徵在回填土沙層 中水平布置的均溫熱虹吸式管有二層，且所述的二層均溫熱虹吸式管空間相 交或正交。
5、 一種大面積凍土地基自動降溫均溫加固系統，它由多根按設定間隔安裝在 被加固地基上的熱虹吸式管組成，被加固地基由填土層和凍土層組成，凍土 層位於填土沙層的下部，其特徵是所述的熱虹吸式管由插裝在被加固地基凍 土層中的蒸發段、插裝在被加固地基上的建築物周圍的熱虹吸式管的冷凝段 以及連接蒸發段和冷凝段的位於填土沙層中的連接管組成。
6、 根據權利要求5所述的大面積凍土地基自動降溫均溫加固系統，其特徵是所述的連接管呈斜置布置，連接管為柔性軟管。
7、 根據權利要求5所述的大面積凍土地基自動降溫均溫加固系統，其特徵是 在所述的填土層中的下部還設有絕熱層，在絕熱層下部的土沙層中水平安裝有一層或二層空間呈交叉或正交的均溫熱虹吸式管
8、根據權利要求5所述的大面積凍土地基自動降溫均溫加固系統，其特徵是在所述的冷凝段上安裝有螺旋翅片。
全文摘要
本發明涉及一種大面積凍土地基建築的加固方法及自動降溫均溫加固系統，屬於建築工程技術領域，它通過採用插、埋、填等方法將熱虹吸管設置在凍土地基中，熱虹吸管由蒸發段、冷凝段和連接管組成。熱虹吸管的蒸發段插入凍土層，熱虹吸管的冷凝段圍設在待建物的周圍，冷凝段與蒸發段通過一斜置的連接管相連，解決了在大面積凍土地基建築物的中心位置處可安裝熱虹吸管對地基下的凍土進行冷凍加固的問題，特別是大型建築物中心部位溫度場不穩定性的問題，同時解決了大面積挖掘凍土工期長的難題。具有投資少，建設周期短，效果好的優點。
文檔編號F28D15/02GK101387110SQ20081015694
公開日2009年3月18日 申請日期2008年9月19日 優先權日2008年9月19日
發明者豐 劉, 劉世平, 田朝陽, 郭宏新, 明 馬 申請人:江蘇中聖高科技產業有限公司