Оценка влияния снежного покрова в проветриваемом подполье на температурный режим грунтов основания

Актуальность. Одним из этапов проектирования зданий и сооружений в условиях распространения многолетнемерзлых пород является выполнение прогнозных теплотехнических расчетов для оценки изменения теплового состояния грунтов основания в период эксплуатации и выбора принципа использования многолетнемерзлых грунтов.

При проведении расчетов учитываются геологические факторы – литологическое строение, физические и теплофизические характеристики грунтов; геокриологические факторы – температуры пород, а также климатические – температура окружающей среды, скорость ветра, высота и плотность снежного покрова. Высота снежного покрова оказывает значительное влияние на естественное промерзание грунтов в зимнее время. Имеющиеся требования по очистке наметаемого снега в проветриваемом подполье часто не выполняются, что требует учета при прогнозе изменения геокриологических условий. Для зданий с проветриваемыми подпольями высота снежного покрова может изменяться в зависимости от габаритов здания, при этом принципы изменения высоты снега не нормированы. Поскольку результаты теплотехнических расчетов используются для подбора параметров свайных фундаментов и определения их несущей способности, требуется учитывать факторы, влияющие на результаты теплотехнических расчетов.

Целью исследования является определение наиболее достоверного способа задания снежного покрова в проветриваемом подполье при выполнении прогнозных теплотехнических расчетов.

В настоящей работе рассмотрены разные варианты задания снежного покрова для сооружений с проветриваемым подпольем с размерами в плане более 3 м и для вертикальных резервуаров диаметром до 25 м. Осуществлен ряд теплотехнических расчетов, проведена верификация с данными геотехнического мониторинга эксплуатируемого объекта.

Результаты. На основании выполненных расчётов определено, что высота снежного покрова влияет на результаты расчета, при использовании различных методик снегозаноса наблюдается разница температур грунтов на одинаковых глубинах, на глубине ниже 11 м изменения температур грунтов основания для всех моделей незначительны. Определены методы задания снежного покрова, имеющие наибольшую корреляцию с реальными значениями температур в основании эксплуатируемого сооружения.

1. Константинов П.Я. Влияние почвенной влажности и снежного покрова на тепловое состояние многолетнемерзлых грунтов Центральной Якутии // Географические исследования Якутии: история, современность и перспективы : материалы Всероссийской научнопрактической конференции, посвящённой 100-летию со дня создания Якутского отдела Императорского Русского географического общества, Якутск, 21–23 августа 2013 г. Якутск : ООО «Издательство Сфера», 2014. С. 190–194. EDN: TJIBHX

2. Веде П.Ю., Жжоных А.М., Пахомов П.С. Исследование теплового сопротивления снегового покрова для прогнозирования растепления многолетнемерзлых грунтов // Актуальные вопросы строительства: взгляд в будущее : сборник научных статей по материалам Всероссийской научно-практической конференции, посвященной 40-летию создания Инженерно-строительного института, Красноярск, 19–21 октября 2022 г. Красноярск : Сибирский федеральный университет, 2022. С. 473–476. EDN: AJZFMG

3. Шерстюков А.Б., Анисимов О.А. Оценка влияния снежного покрова на температуру поверхности почвы по данным наблюдений // Метеорология и гидрология. 2018. № 2. С. 17–25. EDN: NRINXZ

4. Осокин Н.И., Сосновский А.В., Чернов Р.А. Коэффициент теплопроводности снега и его изменчивость // Криосфера Земли. 2017. Т. 21. № 3. С. 60–68. DOI: 10.21782/KZ1560-7496-2017-3(60-68). EDN: YPTHAJ

5. Шерстюков А.Б. Корреляция температуры почвогрунтов с температурой воздуха и высотой снежного покрова на территории России // Криосфера Земли. 2008. Т. 12. № 1. С. 79–87. EDN: ILKVVN

6. Осокин Н.И., Сосновский А.В., Накалов П.Р., Ненашев С.В. Термическое сопротивление снежного покрова и его влияние на промерзание грунта // Лёд и снег. 2013. Т. 53. № 1. С. 93–103. EDN: OMCRUG

7. Никишин А.В., Набоков А.В., Огороднова Ю.В., Коркишко О.А. Применение различных видов систем температурной стабилизации на объектах нефтегазовой отрасли // Инженерный вестник Дона. 2017. № 2 (45). С. 136. EDN: ZEOOHF

8. Корнилов Т.А., Алексеев Н.Н. Архитектурно-конструктивные приемы в проектировании энергоэффективных арктических поселений // Academia. Архитектура и строительство. 2023. № 3. С. 54–63. DOI: 10.22337/2077-9038-2023-3-54-63. EDN: HNNBQR

9. Ухова Ю.А. Анализ структуры техногенных воздействий на температуру многолетнемерзлых грунтов в Норильском промышленном районе // Сергеевские чтения. Международный год планеты Земля: задачи геоэкологии, инженерной геологии и гидрогеологии : материалы годичной сессии Научного совета РАН по проблемам геоэкологии, инженерной геологии и гидрогеологии, Москва, 20–21 марта 2008 г. / отв. ред. В.И. Осипов. Вып. 10. Москва : ГЕОС, 2008. С. 265–270. EDN: VJTFBJ

10. Романцов Р.В., Краснобаев И.В. Повышение эксплуатационной пригодности концепции крытых поселений с искусственным микроклиматом к сложным геокриологическим условиям Заполярья // Известия Казанского государственного архитектурно-строительного университета. 2017. № 1 (39). С. 73–81. EDN: YIOAQR

11. Омельченко О.М. Оценка необходимости восстановления работоспособности термостабилизаторов в основании сооружений // Избранные доклады 66-й Университетской научно-технической конференции студентов и молодых ученых, Томск, 21–25 сентября 2020 г. Томск : Томский государственный архитектурно-строительный университет, 2020. С. 103–107. EDN: RNWLCR

12. Калинин К.А. Особенности конструктивных решений зданий для северной строительноклиматической зоны // Сборник статей LXIII Международной научной конференции «Техноконгресс», Кемерово, 12 апреля 2021 г. Кемерово : Издательский дом «Плутон», 2021. С. 16–18. EDN: DNBVHE

13. Примаков С.С., Пульдас Л.А., Забора И.В. Расчет теплового взаимодействия различных сооружений с многолетнемерзлыми грунтами оснований // Вестник Тюменского государственного университета. Физико-математическое моделирование. Нефть, газ, энергетика. 2019. Т. 5. № 2. С. 43–58. DOI: 10.21684/2411-7978-2019-5-2-43-58. EDN: XCBEBL

14. Кутлыева З.Р., Закирова Э.А., Гаррис Н.А. Особенности тепловых расчетов при эксплуатации резервуаров на вечномерзлых грунтах // Надежность и безопасность магистрального трубопроводного транспорта : сборник тезисов VIII Международной научнотехнической конференции, Новополоцк, 25–28 ноября 2014 г. / УО «Полоцкий государственный университет» ; под общ. ред. В.К. Липского. Новополоцк : Полоцкий государственный университет. 2014. С. 71–73. EDN: WYTSVP

15. Назиров Р.А., Жжоных А.М., Веде П.Ю., Андюсева А.Г. Теплотехнический расчет свайного фундамента на вечномерзлых грунтах // Енисейская теплофизика : тезисы докладов I Всероссийской научной конференции с международным участием, Красноярск, 28–31 марта 2023 г. / отв. за вып. Д.В. Платонов. Красноярск : Сибирский федеральный университет, 2023. С. 124−125. EDN: SQXNWZ