vestniktgasuВестник Томского государственного архитектурно-строительного университетаVestnik Tomskogo gosudarstvennogo arkhitekturno-stroitel'nogo universiteta. JOURNAL of Construction and Architecture1607-18592310-0044Tomsk State University of Architecture and Building10.31675/1607-1859-2021-23-4-138-146vestniktgasu-1041Research ArticleОСНОВАНИЯ И ФУНДАМЕНТЫ, ПОДЗЕМНЫЕ СООРУЖЕНИЯBASES, FOUNDATIONS AND SUBSTRUCTURESМетод охлаждения околосвайных многолетнемерзлых грунтов в зоне экстремального северного климатаCooling of near-pile permafrost soils in the Arctic regionКлимовАлексей СергеевичKlimovAlexey S.

канд. техн. наук, доцент

660041, г. Красноярск, пр. Свободный, 79

 

PhD, A/Professor

79, Svobodnyi Ave., 660041, Krasnoyarsk

AKlimov@sfu-kras.ruЕмельяновРюрик ТимофеевичEmelyanovRurik T.

докт. техн. наук, профессор

660041, г. Красноярск, пр. Свободный, 79

DSc, Professor

79, Svobodnyi Ave., 660041, Krasnoyarsk

ert-44@yandex.ruЧумаковаЕкатерина ВитальевнаChumakovaEkaterina V.

Чумакова Екатерина Витальевна, студентка660041, г. Красноярск, пр. Свободный, 79

Student

79, Svobodnyi Ave., 660041, Krasnoyarsk

katyasprouse@yandex.ruКлимоваОксана ЛеонидовнаKlimovaOksana L.

Student

79, Svobodnyi Ave., 660041, Krasnoyarsk

oksana_88_@mail.ruСибирский федеральный университетРоссияSiberian Federal UniversityRussian Federation202126082021234138146Copyright © Климов А.С., Емельянов Р.Т., Чумакова Е.В., Климова О.Л., 20212021Климов А.С., Емельянов Р.Т., Чумакова Е.В., Климова О.Л.Klimov A.S., Emelyanov R.T., Chumakova E.V., Klimova O.L.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://vestnik.tsuab.ru/jour/article/view/1041

Обоснована актуальность выполняемых работ по улучшению или упрочнению грунта в зоне вечной мерзлоты под фундаментом зданий или линейных инженерных сооружений в условиях Крайнего Севера.Проанализированы сезонные колебания замораживания зимой и частичного оттаивания летом поверхностного слоя вечной мерзлоты. По данным современных изысканий температуры грунта приведен прогноз растепления многолетнемерзлых грунтов. Рассмотрены перспективные решения по стабилизации грунтового основания многолетнемерзлых грунтов в северных климатических зонах. Приведены ссылки на научнотехническую литературу о новейших проектных решениях и разработках по созданию многих систем и устройств для термостабилизации многолетнемерзлых грунтов.Разработана принципиальная схема экспериментальной установки для фиксирования изменения температур воздуха окружающей среды и вечномерзлого грунта. Выбрано оборудование для исследования системы автоматического управления процессом охлаждения обсадной трубы фундаментной сваи и околосвайного вечномерзлого грунта. Для изучения эффективности применения системы автоматического управления процессом охлаждения обсадной трубы фундаментной сваи и околосвайного вечномерзлого грунта создана экспериментальная установка.Построение модели и моделирование системы автоматического управления процессом охлаждения обсадной трубы фундаментной сваи и околосвайного вечномерзлого грунта реализовано в общетехническом шаблоне среды SimInTech. Система автоматического управления обеспечивает программное управление термоэлектрическими модулями в автоматическом режиме с целью наилучшей их ориентации на температуру воздуха окружающей среды в зависимости от температуры массива грунта в околосвайном пространстве фундамента.Запатентовано устройство для стабилизации мерзлого грунта свайного фундамента с обсадными трубами, содержащее систему автоматического управления процессом охлаждения околосвайного пространства фундамента.

This work is performed to improve or strengthen the soil in the permafrost region under building foundations or engineering structures in the conditions of the Far North. Freezing in winter and partial thawing in summer of the surface layer of permafrost are analyzed. According to the surveys on soil temperature, thawing of permafrost soils is predicted. Promising solutions are considered for the permafrost soil stabilization. The latest design solutions and developments are presented for the creation of many systems and devices for thermal stabilization of permafrost soils. A schematic diagram is suggested for the experimental installation for recording changes in ambient air temperatures and permafrost. The equipment is selected for studying the automated control system for the cooling process of casing pipe of the foundation pile and near-pile permafrost soil. An experimental installation is proposed to study the effectiveness of the automated control system. The model and simulation of this system is imple- mented in the SimInTech program. The automatic control system provides control for thermoelectric modules in automatic mode in order provide their best orientation in the ambient air temperature, depending on the soil temperature in the near-pile space of the foundation. A device is patented for stabilizing the frozen ground of a pile foundation with casing pipes containing a system for automated control for cooling process of the near-pile foundation.

фундаментмноголетнемерзлые грунтыздания и сооруженияустройства термостабилизации грунтовfoundationpermafrost soilsbuildingsthermal stabilization of soilsReferencesЛожкин А.О., Ходаков П.А. Исследование стабильности геодезических центров в районе вечной мерзлоты // Геодезия и картография. 2012. № 3. C. 21–26.Lozhkin A.O., Khodakov P.A. Issledovanie stabil'nosti geodezicheskikh tsentrov v raione vechnoi merzloty [Stability of geodetic centers in the permafrost region]. Geodeziya i kartografiya. 2012. No. 3. Pp. 21–26. (rus)Jafarov E.E., Marchenko S.S., Romanovsky V.E. Numerical modeling of permafrost dynamics in Alaska using a high spatial resolution dataset // The Cryosphere. 2012. V. 6. № 3. P. 613–624.Jafarov E.E., Marchenko S.S., Romanovsky V.E. Numerical modeling of permafrost dynamics in Alaska using a high spatial resolution dataset. The Cryosphere. 2012. V. 6. No. 3. Pp. 613–624.Амельчугов С.П., Инжутов И.С., Климов А.С. и др. Проблемы безопасности зданий арктического региона Восточной Сибири // Актуальные проблемы обеспечения пожарной безопасности и защиты от чрезвычайных ситуаций : сб. статей по материалам Всероссийской научно-практической конференции, 26 апреля 2019 г. Железногорск, 2019. С. 166–172.Amel'chugov S.P., Inzhutov I.S., Klimov A.S. et al. Problemy bezopasnosti zdanii arkticheskogo regiona Vostochnoi Sibiri [Problems of building safety in the Arctic region of Eastern Siberia]. Aktual'nye problemy obespecheniya pozharnoi bezopasnosti i zashchity ot chrezvychainykh situatsii: sb. statei po materialam Vserossiiskoi nauchno-prakticheskoi konferentsii (Proc. All-Russian Sci. Conf. ‘Relevant Problems of Fire Safety and Protection from Emergency Situations’), Zheleznogorsk, 2019. Pp. 166–172. (rus)Nicolsky D.J., Romanovsky V.E., Panteleev G.G. Estimation of soil thermal properties using in-situ temperature measurements in the active layer and permafrost // Cold Regions Science and Technology. 2009. V. 55. № 1. P. 120–129.Nicolsky D.J., Romanovsky V.E., Panteleev G.G. Estimation of soil thermal properties using in-situ temperature measurements in the active layer and permafrost. Cold Regions Science and Technology. 2009. V. 55. No. 1. Pp. 120–129.Филимонов М.Ю., Ваганова Н.А. Моделирование термостабилизации грунта при эксплуатации инженерных объектов в условиях арктических и субарктических регионов // Экология. Экономика. Информатика. Серия: Системный анализ и моделирование экономических и экологических систем. 2017. Т. 1. № 2. С. 391–401.Filimonov M.Yu., Vaganova N.A. Modelirovanie termostabilizatsii grunta pri ekspluatatsii inzhenernykh ob"ektov v usloviyakh arkticheskikh i subarkticheskikh regionov [Modeling of soil thermal stabilization during the operation of engineering objects in the Arctic and subarctic regions]. Ekologiya. Ekonomika. Informatika. Seriya: Sistemnyi analiz i modelirovanie ekonomicheskikh i ekologicheskikh sistem. 2017. V. 1. No. 2. Pp. 391–401. (rus)Абу-Хасан М.С., Егоров В.В., Куправа Л.Р., Чарник Д.Г. Термостабилизация вечномерзлых грунтов при возведении сооружений в северных климатических зонах // БСТ: Бюллетень строительной техники. 2019. № 4 (1016). С. 40–42.Abu-Khasan M.S., Egorov V.V., Kuprava L.R., Charnik D.G. Termostabilizatsiya vechnomerzlykh gruntov pri vozvedenii sooruzhenii v severnykh klimaticheskikh zonakh [Thermal stabilization of permafrost soils in building construction in northern climatic conditions]. Byulleten' stroitel'noi tekhniki. 2019. No. 4 (1016). Pp. 40–42. (rus)Суриков В.И., Коротков А.А., Мельникова Е.А. Исследования условий эксплуатации устройств термостабилизации грунтов с учетом воздействия технических объектов на многолетнемерзлые грунты // Нефтяное хозяйство. 2017. № 8. С. 116–119.Surikov V.I., Korotkov A.A., Mel'nikova E.A. Issledovaniya uslovii ekspluatatsii ustroistv termostabilizatsii gruntov s uchetom vozdeistviya tekhnicheskikh ob"ektov na mnogoletnemerzlye grunty [Operating conditions of soil thermal stabilization devices with impact of technical objects on permafrost soils]. Neftyanoe khozyaistvo. 2017. No. 8. Pp. 116–119. (rus)Inzhutov I.S., Zhadanov V.I., Semenov M.Yu., Klimov A.S., Amelchugov S.P. A comparative analysis of foundation design solutions on permafrost soils // E3S Web of Conferences. 2018 International Science Conference on Business Technologies for Sustainable Urban Development, SPbWOSCE 2018. 2019. 110. P01019. DOI 10.1051/e3sconf/201911001019Inzhutov I.S., Zhadanov V.I., Semenov M.Yu., Klimov A.S., Amelchugov S.P. A comparative analysis of foundation design solutions on permafrost soils. E3S Web of Conferences. International Science Conference on Business Technologies for Sustainable Urban Development. 2019. V. 110. P01019. DOI: 10.1051/e3sconf/201911001019Окороков Н.С., Коркишко А.Н., Коржикова А.П. Экспериментальное исследование принудительно вентилируемой сваи // Вестник МГСУ. 2020. Т. 15. № 5. С. 665–677.Okorokov N.S., Korkishko A.N., Korzhikova A.P. Eksperimental'noe issledovanie prinuditel'no ventiliruemoi svai [Experimental study of forcibly ventilated pile]. Vestnik MGSU. 2020. V. 15. No. 5. Pp. 665–677. (rus)Патент № 2620664 Российская Федерация. Способ термостабилизации многолетнемерзлых грунтов и устройство для его реализации : № 2015156875 : заявл. 30.12.2015 : опубл. 29.05.2017 / Ревель-Муроз П.А., Лисин Ю.В., Сощенко А.Е., Суриков В.И., Татауров С.Б. ; патентообл. ПАО «Транснефть», ООО «Транснефть-Восток», ООО «НИИ Транснефть». Бюл. № 16.Revel'-Muroz P.A., Lisin Yu.V., Soshchenko A.E., Surikov V.I., Tataurov S.B. Sposob termostabilizatsii mnogoletnemerzlykh gruntov i ustroistvo dlya ego realizatsii [Method and device of permafrost soil thermal stabilization]. Patent Russ. Fed. N 2620664, 2017. (rus)Патент № 150908 Российская Федерация. Устройство для термостабилизации грунтов :№ 2014137685 : заявл. 17.09.2014 : опубл. 10.03.2015 / Горелик Я.Б., Мельников В.П., Фахретдинов И.З., Штоль В.Ф., Горелик Р.Я. ; патентообл. ООО ИП «Снежинка». Бюл. № 7.Gorelik Ya.B., Mel'nikov V.P., Fakhretdinov I.Z., Shtol' V.F., Gorelik R.Ya. Ustroistvo dlya termostabilizatsii gruntov [Device for soil thermal stabilization]. Patent Russ. Fed. N 2014137685, 2015. (rus)Патент № 2681161 Российская Федерация. Устройство для стабилизации мерзлого грунта свайного фундамента с обсадными трубами : № 2018120836 : заявл. 05.06.2018 : опубл. 04.03.2019 / Климов А.С., Амельчугов С.П., Инжутов И.С. ; патентообл. ФГАОУ ВО «Сибирский федеральный университет». Бюл. № 7.Klimov A.S., Amel'chugov S.P., Inzhutov I.S. Ustroistvo dlya stabilizatsii merzlogo grunta svainogo fundamenta s obsadnymi trubami [Device for frozen soil stabilization of pile foundation with casing pipes]. Patent Russ. Fed. N 2681161, 2019. (rus)

The authors declare that there are no conflicts of interest present.