ПРИМЕНЕНИЕ ИНФРАКРАСНЫХ ИЗЛУЧАТЕЛЕЙ ПРИ ЗЕМЛЯНЫХ РАБОТАХ
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 мг, т. е. в 1ч оттаивало 0,175 м3 мерзлого грунта.
При производительности горелки 0,29 м3/ч для отогрева 1 м3 мерзлого грунта расход сжиженного пропана равнялся 1,65 м3.
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? температура на поверхности грунта тоже, на глубине 0,25 м/3 — то же на глубине 5 м.
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 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-исследовательского 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 при этом скорость оттаивания будет меньше, чем в первом случае (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 агрегаты 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 30 мин 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.
