Сверхнормативное потепление

Сверхнормативное потепление
Shutterstock
Ученые разрабатывают новые стандарты строительства на вечномерзлых грунта

По оценкам специалистов, более половины территории России находится в зоне вечной мерзлоты. В регионах Крайнего Севера и в Сибири расположены тысячи жилых и промышленных зданий, объектов инженерной и транспортной инфраструктуры, которые построены и эксплуатируются по принципу сохранения мерзлого состояния грунтов. Неудивительно поэтому, что изучение таких грунтов — одно из приоритетных направлений строительной науки. Недавно научно-технический совет АО «НИЦ «Строительство» утвердил заявку НИИОСП им. Н.М. Герсеванова на выполнение разработок в рамках реализации государственной программы «Социально-экономическое развитие Арктической зоны Российской Федерации». Подробнее об этих разработках в интервью «Строительной газете» рассказал руководитель Центра геокриологических и геотехнических исследований НИИОСП им. Н.М. Герсеванова, кандидат технических наук Андрей АЛЕКСЕЕВ.

Screenshot_1.png

«СГ»: Андрей Григорьевич, некоторые ученые предсказывают, что к концу XXI века вечная мерзлота в Северо-Восточной Сибири может оттаять. Как вы относитесь к подобным утверждениям?

Андрей Алексеев: Наблюдаемое в мире в последние десятилетия изменение климата имеет особое значение для Российской Арктики в связи с существенным распространением там многолетнемерзлых грунтов. Повышение температуры воздуха вызывает их деградацию и активизацию опасных криогенных процессов, негативно влияющих на устойчивость зданий и сооружений. С повышением температуры многолетнемерзлых пород уменьшаются их прочностные свойства, что приводит к деформированию зданий и сооружений, при проектировании которых подобные изменения не предусматривались. Проектирование и строительство на этих территориях должно производиться с учетом изменения их температуры на весь период строительства и эксплуатации. В настоящее время в связи с тенденциями развития оценочных прогнозных расчетов учет изменений температур грунтов должен включать в себя не только техногенные воздействия, но и описанное выше глобальное потепление климата. То же касается существующих и эксплуатируемых зданий и сооружений.

«СГ»: О каких научных исследованиях идет речь в заявке, представленной НИИОСП им. Н.М. Герсеванова?

А.А.: В 2020 году в рамках госпрограммы «Социально-экономическое развитие Арктической зоны Российской Федерации» выполняется комплекс научных исследований, который можно разделить на четыре блока. Во-первых, это разработка методологии определения физико-механических свойств мерзлых грунтов. Во-вторых, разработка новых и усовершенствование существующих конструкций фундаментов, устраиваемых в мерзлых грунтах, и методов их расчета. В-третьих, техническое обследование представительных зданий и сооружений городов Арктической зоны. И, в-четвертых, выполнение прогнозных расчетов температуры многолетнемерзлых грунтов и опасных геокриологических процессов восьми опорных арктических зон. Дело в том, что имеющиеся нормированные методики оценки свойств многолетнемерзлых грунтов не в полной мере отражают их специфические физические особенности, существенно влияющие на их несущую способность как оснований фундаментов. К таким характеристикам относятся: влажность незамерзшей воды, температура грунта, теплофизические свойства, нормальные и касательные силы морозного пучения. Разработка методологии определения указанных свойств мерзлых грунтов и нормативных документов (ГОСТ) позволит существенно увеличить достоверность расчетов напряженно-деформированного состояния мерзлых грунтов при проектировании.

«СГ»: Не могли бы вы пояснить, что такое «влажность незамерзшей воды»?

А.А.: В грунте находится свободная, рыхлосвязанная и прочносвязанная вода. При замерзании грунта в первую очередь кристаллизуется свободная и рыхлосвязанная вода. Прочносвязанная вода, находящаяся в связи с минеральной частицей, замерзает при низких температурах, достигающих десятков градусов. Влажность незамерзшей воды является важной величиной, влияющей на механические свойства мерзлого грунта и определяющей его несущую способность. Данный параметр в настоящее время определяется расчетным путем в соответствии с СП 25.13330-2012 «Основания и фундаменты на вечномерзлых грунтах». На основании проведенных исследований разработан ГОСТ по методологии определения влажности незамерзшей воды.

«СГ»: Какие еще параметры будут учтены в новых нормативных документах? И как это скажется на проектировании зданий и сооружений на мерзлых грунтах?

А.А.: В числе показателей я бы упомянул удельные касательные и нормальные силы морозного пучения, температуру начала замерзания, теплоемкость и теплопроводность мерзлых и талых грунтов. Применение данных параметров позволит существенно повысить достоверность расчетов зданий и сооружений, как на действие криогенного пучения грунтов, так и при устройстве фундаментов в условиях криолитозоны. Например, целью выполнения прогнозных расчетов температуры многолетнемерзлых грунтов является оценка влияния изменения температур на здания и сооружения. На механические свойства мерзлых грунтов, кроме минералогического состава, существенное влияние оказывает температурный режим. При повышении температуры грунта, тем более при оттаивании, происходит снижение его прочностных характеристик, фундаменты теряют устойчивость. Нормативные документы, а именно СП 25.13330-2012, должны содержать требования к расчетам температурного режима мерзлых грунтов с учетом климатических изменений, особенно для сооружений с длительным сроком эксплуатации. Данные параметры использовались при проектировании сооружений на ЯмалСПГ, электростанции ГРЭС-2 в Якутске, Жатайской судоверфи, космодрома Восточный и ряда других объектов.

«СГ»: Какие конструктивные решения из тех, что ранее не применялись в зоне вечной мерзлоты, могут использоваться на строительстве объектов?

А.А.: Как известно, в талых грунтах активно используются конструкции свайных фундаментов, к ним относятся буронабивные, буроиньекционные, винтовые сваи, а также сваи, выполняемые с помощью струйной технологии. Но в криолитзоне до настоящего времени конструкции свайных фундаментов широкого применения не находили. Исследованию возможности применения данных свай при устройстве фундаментов в многолетнемерзлых грунтах посвящен ряд научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ. Их результаты позволят существенным образом расширить возможности проектировщиков, чему способствуют изменение СП 25.13330-2012 и разработка нового СП «Основания и фундаменты зданий и сооружений на многолетнемерзлых грунтах: правила производства работ». Техническое обследование существующей городской застройки Арктической зоны позволит оценить состояние зданий и сооружений, выявить характерные деформации и причины их возникновения, оценить наличие и состояние системы геотехнического мониторинга. В итоге удастся разработать требования к эксплуатации зданий и сооружений на многолетнемерзлых грунтах, что будет отражено в СП «Основания и фундаменты зданий и сооружений на многолетнемерзлых грунтах: правила эксплуатации». 

«СГ»: Каким может быть экономический эффект от использования названных вами параметров?

;А.А.: Экономический эффект не всегда можно посчитать, но применение современных гостированных методов оценки свойств мерзлых грунтов, безусловно, повысит несущую способность фундаментов и обеспечит безаварийную эксплуатацию сооружений на задаваемый период.

Цитата в тему:

Игорь Колыбин, директор НИИОСП им. Н.М. Герсеванова, кандидат технических наук:

Screenshot_1.png

«Огромное количество природных ресурсов и полезных ископаемых сосредоточено в северных регионах нашей страны, в зоне распространения вечной мерзлоты. Но постепенно к нам приходит осознание того, что мерзлота может оказаться не вечной, и что происходящие на наших глазах циклические изменения климата и техногенные воздействия на природную среду могут стать причиной существенной деградации мерзлоты. Уже сегодня в АО «НИЦ «Строительство» мы корректируем сложившиеся нормативно-технические термины и начинаем называть «вечномерзлые» грунты «многолетнемерзлыми». Такие грунты относятся к особым — меняющим свои физико-механические свойства в зависимости от температуры. Поэтому для НИИОСП им. Н.М. Герсеванова строительство на многолетнемерзлых грунтах не только дань социальной потребности, но и научный вызов, ставящий проблему в приоритет направлений наших практических исследований»

Справочно:

Центр геокриологических и геотехнических исследований НИИОСП им. Н.М. Герсеванова выполняет научноисследовательские работы, посвященные изучению свойств многолетнемерзлых грунтов, решению вопросов фундаментостроения в сложных климатических и грунтовых условиях Арктической зоны, оценку технического состояния зданий и сооружений городов Арктической зоны, прогнозы изменения параметров многолетнемерзлых грунтов в связи с изменением климата


Рубрики:
Еще по теме:
  • «Цифра» против вируса

    Автоматизированная система СРО «ОСВО» показала высокую эффективность в условиях самоизоляции

  • За союз теории и практики

    Минстрой намерен популяризировать разработки отечественной строительной науки

  • Все, что не доели

    Переработка просроченных продуктов уменьшит нагрузку на полигоны ТКО

  • Мусорный ресурс

    Тема утилизации бытовых отходов широко обсуждается сегодня в контексте реформы системы обращения с ТКО. Один из возможных способов использования мусора — производство такого важного строительного материала, как цемент. Если говорить о преимуществах утилизации отходов на цементных заводах, следует отметить, что это позволяет уменьшить площади мусорных полигонов, куда сейчас поступает основной объем так называемых «хвостов» — остатков коммунальных отходов после извлечения полезных фракций.

Цитата
Владимир Якушев
Глава Минстроя России
Владимир Якушев
Коммунальщики задолжали ресурсоснабжающим организациям около 150 млрд. Задолженность тех, кто должен заплатить за эти услуги, около 1 трлн рублей. Чувствуете дисбаланс? Это — деньги, которые ушли из отрасли, их сегодня там нет. Когда мы ругаем коммунальщиков, мы всегда должны задумываться: а вовремя ли мы заплатили за все услуги?