大面积冻土地基建筑的加固方法及自动降温均温加固系统.pdf

本发明涉及一种大面积冻土地基建筑的加固方法及自动降温均温加固系统，属于建筑工程技术领域，它通过采用插、埋、填等方法将热虹吸管设置在冻土地基中，热虹吸管由蒸发段、冷凝段和连接管组成。热虹吸管的蒸发段插入冻土层，热虹吸管的冷凝段围设在待建物的周围，冷凝段与蒸发段通过一斜置的连接管相连，解决了在大面积冻土地基建筑物的中心位置处可安装热虹吸管对地基下的冻土进行冷冻加固的问题，特别是大型建筑物中心部位温度场不稳定性的问题，同时解决了大面积挖掘冻土工期长的难题。具有投资少，建设周期短，效果好的优点。

1、  一种大面积冻土地基的加固方法，其特征是：
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设定的间隔将热虹吸式管的蒸发段插入冻土层中，使热虹吸式管的冷凝段从填坑周边伸出并使其沿地基上面被建物的周围布置，每根热虹吸式管由蒸发段、连接管和冷凝段组成，连接管位于热虹吸式管的中部，用连接管将插入冻土层中的蒸发段和伸出填坑周边的冷凝段连接起来形成完整的热虹吸式管；
最后在填坑中回填砂石料、回填土或砂石料与回填土的混合物形成填土沙层。

2、  根据权利要求1所述的大面积冻土地基的加固方法，其特征是所述的热虹吸式管中部的连接管斜置在填坑中。

3、  根据权利要求1所述的大面积冻土地基的加固方法，其特征是在填坑的底部设置有绝热层，在绝热层下部设置有回填土沙层，在回填土沙层中水平布置有均温热虹吸式管。

4、  根据权利要求3所述的大面积冻土地基的加固方法，其特征在回填土沙层中水平布置的均温热虹吸式管有二层，且所述的二层均温热虹吸式管空间相交或正交。

5、  一种大面积冻土地基自动降温均温加固系统，它由多根按设定间隔安装在被加固地基上的热虹吸式管组成，被加固地基由填土层和冻土层组成，冻土层位于填土沙层的下部，其特征是所述的热虹吸式管由插装在被加固地基冻土层中的蒸发段、插装在被加固地基上的建筑物周围的热虹吸式管的冷凝段以及连接蒸发段和冷凝段的位于填土沙层中的连接管组成。

6、  根据权利要求5所述的大面积冻土地基自动降温均温加固系统，其特征是所述的连接管呈斜置布置，连接管为柔性软管。

7、  根据权利要求5所述的大面积冻土地基自动降温均温加固系统，其特征是在所述的填土层中的下部还设有绝热层，在绝热层下部的土沙层中水平安装有一层或二层空间呈交叉或正交的均温热虹吸式管

8、  根据权利要求5所述的大面积冻土地基自动降温均温加固系统，其特征是在所述的冷凝段上安装有螺旋翅片。

大面积冻土地基建筑的加固方法及自动降温均温加固系统
技术领域
本发明涉及一种冻土地基建筑施工中的地基加固方法，尤其是一种冻土地带大型建筑物地基的加固方法及其系统，具体地说是一种大面积冻土地基建筑的加固方法及自动降温均温加固系统。
背景技术
众所周知，在冻土地带建设大型建筑物如油罐、气罐、多层建筑等一直是一个难以克服的难题。这是由于冻土在冬夏两季受温差的影响而发生溶化和结冰造成地基不稳，这一点在夏季尤其危险。而在冻土地带利用常规的挖坑回填的方法进行地基加固不仅操作十分困难，而且成本巨大。
对于小面积的地基目前较为成功的解决方案是利用热棒进行解决，如我国的青藏铁路在部分路段应成功地利用热棒技术解决了冻土地基的加固问题，但由于热棒的影响范围一般在2-6米左右，如果间距大于6米以上时，热棒就不能起到应有的作用。
在一些寒冷地区同时也是油气高产地区，在这些地区所配套的储油罐、房屋、工作站等的地基面积一般在几百上千平方米，相邻边的距离最大时可达几十至上百米，因此利用现有的热棒加固方法无法满足其加固要求。
发明内容
本发明的目的是针对大面积冻土地基加固难度大，成本高的问题，发明一种大面积冻土地基建筑的加固方法及自动降温均温加固系统。
本发明的技术方案之一是：
一种大面积冻土地基的加固方法，其特征是：
首先，根据地基表面性质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设定的间隔将热虹吸管的蒸发段插入冻土层中，使热虹吸管的冷凝段从填坑周边伸出并使其沿地基上面被建物的周围布置，每根热虹吸管由蒸发段、连接管和冷凝段组成；
最后在填坑中回填砂石料或回填土，或砂石料与回填土的混合物形成填土沙层，完工后即得热虹吸式自动降温均温地基结构。
所述的热虹吸管的连接管呈斜置安装。
在填坑的底部设置有绝热层，在绝热层下部设置有回填土沙层，在回填土沙层中水平布置有均温热棒。
在回填土沙层中水平布置的均温热棒有二层，且所述的二层均温热棒空间相交或正交。
本发明的技术方案之二是：
一种大面积冻土地基加固系统，它由多根按设定间隔安装在被加固地基上的热虹吸式管组成，被加固地基由填土沙层和冻土层组成，冻土层位于填土沙层的下部，其特征是所述的热虹吸式管由插装在被加固地基冻土层中的蒸发段、插装在被加固地基上的建筑物周围的热虹吸式管的冷凝段以及连接蒸发段和冷凝段的位于填土沙层中的连接管组成。
所述的连接管呈斜置安装，以便使冷凝水在重力作用下自然下降至蒸发段中。
在所述的填土沙层中的下部还设有绝热层，在绝热层下部土层中水平安装有一层或二层空间呈交叉或正交的均温热虹吸式管。
在所述的冷凝段上安装有螺旋翅片。
本发明的有益效果：
本发明首次将热虹吸管技术成功地应用到大面积地基的加固中，为冻土地带的大型储油、储气罐的建设以及大型建筑物的建设提供了保障，可大大减少基建投资并确保地基安全。
本发明的方法简单，施工方便，速度快。本发明的整个加固系统结构简单，可操作性强，尤其是均温热虹吸管的使用使得地基面各处温度均匀，从而确保了其地基稳定坚固可靠，特别是大型建筑物中心部位温度不稳定性的问题。
本发明解决了大面积地基的中心位置处安装热虹吸管的难题，它可对地基中心位置处的冻土进行冷冻加固，克服了热虹吸管加固范围不超过6米的限制，拓展了热虹吸管的应用领域，同时解决了大面积冻土地基的加固难题，具有投资少，效果好的优点。
附图说明
图1是本发明的加固原理图。
图2是本发明在大型储油罐中使用时地基上热虹吸管布置的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。
如图1、2所示。
一种储油罐用大面积冻土地基的加固方法，它包括以下步骤：
首先，在被加固地基表面挖出一与储油罐底面相配的1～4米深的填坑，为最终在冻土地基表面形成填土层7、绝热层6和土沙层5作准备。
其次，在所述的填坑中按设定的间隔(如4米×4米)将热虹吸式管1(共177根)的蒸发段101插入冻土层4中，使热虹吸式管1的冷凝段102从填坑周边伸出并使储油罐2周围布置，每根热虹吸式管1均有一斜置的连接管103将蒸发段101和冷凝段102相连。
第三步，在填坑的底部按纵向和横向各水平布置14根均温热虹吸式管3，且中间的均温热虹吸式管3最长，越靠近罐壁，均温热虹吸式管3的长度越短。
第四步，向填坑中回填砂石土并使其覆盖在均温热虹吸式管3上，形成土沙层5。
第五步，在土沙层5上铺设一层由隔热材料(如聚氨酯)制成的绝热层6。
最后再向填坑中回填砂石料或回填土或砂石料与回填土的混合物形成填土层7。
以上仅以一个储油罐地基的加固方法为例对本发明的方法进行的描述，但对于本领域的技术人员来说完全可以根据以上实例应用于其它规格尺寸的储油罐、建筑物、各种泵、站、塔等建筑上，所不同的是可根据实现需要进行尺寸的变化和取舍，如可以具体实施时在地基中不增加均温热虹吸式管，不增设土沙层和绝热层，连接管103可以不采用斜置以及使热虹吸式管的蒸发段不均匀分布等措施，但采取的这些措施仍被认为包括在本发明的范畴之中。
以上仅以一个储油罐地基的加固方法为例对本发明的方法进行的描述，但对于本领域的技术人员来说完全可以根据以上实例应用于其它规格尺寸的储油罐、建筑物、各种泵、站、塔等建筑上，所不同的是可根据实现需要进行尺寸的变化和取舍，如可以具体实施时在地基中不增加均温热虹吸管，不增设土沙层和绝热层，连接管103可以不采用斜置以及使热虹吸管的蒸发段不均匀分布等措施，但采取的这些措施仍被认为包括在本发明的范畴之中。
以下是基于本发明热棒的一种大面积冻土地基的加固系统。
如图1、2所示。
一种大面积冻土地基加固系统，它由多根按设定间隔安装在被加固地基上的热虹吸管1组成，被加固地基由填土层7和冻土层4组成，冻土层4位于填土层7的下部，所述的热虹吸管1由插装在被加固地基冻土层4中的蒸发段101、插装在被加固地基上的建筑物(如图2所示的储油罐)周围的热虹吸管1的冷凝段102以及连接蒸发段101和冷凝段102的斜置中的连接管103(连接管可仅仅位于填土层7中，也可仅位于冻土层4中，还可穿过填土层7及冻土层4)组成(见图1)。连接管103斜置是为了使冷凝液在重力作用下自然下降至蒸发段101中。为了提高加固效果，本发明还在填土层7中的下部设有绝热层6，在绝热层6的下部水平安装有一层或二层空间呈交叉或正交的均温热虹吸管3，如图2。此外，为了增加散热效果，在热虹吸管位于地面之上的冷凝段102上还可安装散热用螺旋翅片或直翅片。
下面以本发明在储油罐地基加固中的应用为例作进一步的说明。
如图2所示，由于油罐区场地内分布有多年冻土，多年冻土上限埋深2.1米，下限至16米以上，冻土温度为-1.21～-1.95℃。随着气温升高、地表破坏、以及油罐内原油向地下传热等，多年冻土会产生退化，使地基可能发生融沉。如果冻土融化产生不均匀沉降，会引起油罐倾斜、倒塌。本发明采用热虹吸管技术防止油罐区场地多年冻土融化，确保油罐安全。
热虹吸管工作原理是：热虹吸管的蒸发段埋入冻土层中，热虹吸管的冷凝段位于地面之上。冬季当空气温度低于冻土层温度时，热虹吸管中的液体工质吸收冻土中的热量，蒸发成气体。蒸汽向上流动至热虹吸管的冷凝段时，蒸汽在管内壁冷凝成液体，把冻土中的热量释放给空气。液体工质在重力作用下，沿管壁流回蒸发段再蒸发，如此循环把冻土层中的热量源源不断地传输到大气中，把大气中的冷量储存在冻土中，降低多年冻土的温度。一般可降至-20℃。夏天当空气温度高于多年冻土温度时，液体停止蒸发，大气中的热量不会通过热虹吸管传到多年冻土中。所以热虹吸管利用热管的单向导热特性，可有效地降低地下温度，增加冻土的冷储量，使永久冻土层夏季也不会融化松动，确保地基的稳定。
如图2所示，在油罐基础上布置两种热虹吸管：冷冻热虹吸管1和均温热虹吸管3。利用分离热管技术，冷冻热虹吸管的蒸发段和冷凝段由一连接管(直管或金属软管)连接，蒸发段直接插入油罐底部的多年冻土层，冷凝段布置在油罐的周围。在回填土的最下面加一层保温层(它由绝热层和土沙层组成)，减少原油向下的传热量。在保温层之下如图布置水平安装的起均温作用的均温热虹吸管3，使土层保持比较均匀的温度分布。均温热虹吸管全部埋在沙土里。
热虹吸管间距为4米，共177根冷冻热虹吸管和28根均温热虹吸管。
本发明未涉及部分均与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。