Катастрофа в Норильске еще раз показала, что строительство в условиях вечной мерзлоты — процедура довольно сложная. Нужно учесть множество факторов, которые касаются как свойств грунта, так и поведения конструкций в условиях климатических изменений. Разбираемся в этом вместе с экспертом из Института мерзлотоведения им. П. И. Мельникова СО РАН (Якутск).

«Для того чтобы безопасно возводить здания и инженерные сооружения на многолетнемерзлых грунтах, нужно изучать физико-механические свойства и тепловое состояние последних, их взаимодействие со строительными объектами и природной средой», — констатирует ведущий сотрудник ИМЗ СО РАН доктор технических наук Георгий Петрович Кузьмин

Мерзлые грунты — это довольное сложные многокомпонентные и многофазные системы. Обычно они состоят из минеральных частиц с включениями растительных остатков, воды в виде льда, незамерзшей воды и пара, а также газов. «Физико-механические характеристики таких грунтов определяет то, сколько и каких составляющих в них есть и как эти составляющие взаимосвязаны между собой. Изменение или удаление одной из них приводит к количественному изменению других компонентов и свойств мерзлых грунтов, — комментирует ученый. — Так, например, при увеличении льдистости до определенного значения прочность мерзлотных пород повышается, а при дальнейшем росте — снижается».

На вечной мерзлоте сказывается любое потепление: это может происходить как из-за деятельности человека, так и из-за природных факторов. «Температура повышается — значит, меняется количество льда и незамерзшей воды, их соотношение, что влияет на свойства грунтов — говорит Георгий Кузьмин. — При потеплении больше воды и меньше льда, цементирующего минеральные частицы — вследствие этого мерзлые грунты становятся менее прочными». Каждый год идет сезонное оттаивание, и по мере потепления климата его глубина увеличивается — это снижает несущую способность грунта выдерживать тяжелые сооружения. Зимой «размороженный» слой начинает замерзать, возникает неравномерное пучение, вызывающее деформации фундаментных конструкций. Надо отметить, что на этот цикл влияют растворенные в поровой воде соли. «Они снижают температуру начала замерзания грунтов, — добавляет исследователь. — При одинаковой температуре прочность засоленных мерзлых грунтов ниже прочности незасоленных».

Можно пронаблюдать за схожим эффектом и в обычных, не мерзлотных условиях: посмотрите на просевший и вспучившийся асфальт на болотистых участках грунтов. Это довольно грубая аналогия, но она позволяет примерно понять, какие последствия может вызывать цикл «замерзание—оттаивание».

«Разумеется, всё, указанное выше, и многое другое достаточно изучено, — говорит Георгий Кузьмин, — разработаны способы и средства для того, чтобы обеспечить устойчивое функционирование инженерных конструкций там, где есть вечная мерзлота». 

В первую очередь, когда на площадке планируемого строительства начинаются инженерно-геологические изыскания, специалисты должны досконально исследовать геологические условия, развитие тех или иных внутренних процессов в земле, механические и теплофизические характеристики грунтов. Кроме того, нужно смотреть и распределение температуры по глубине в зоне фундаментов сооружений. В результате всего этого формируются рекомендации по тому, как использовать многолетнемерзлые грунты.

 

Строительство с использованием вентилируемого подполья 

   Строительство с использованием вентилируемого подполья

 

«На следующем этапе, когда уже идет проектирование зданий и конструкций, на основе вышеназванной информации разрабатывается устройство оснований и фундаментов, — рассказывает Георгий Кузьмин. — Также специалисты делают расчеты, касающиеся глубины оттаивания грунтов под объектом, рекомендуют те или иные действия, которые не привели бы к изменению геокриологических условий за пределами допускаемых параметров».

Ученый отмечает, что при необходимости на фазе проектирования можно предусмотреть охлаждение грунтов, на которых строятся сооружения. Например, широко используется такой довольно эффективный способ: под зданием делается вентилируемое подполье (кто был на севере, тот видел дома, стоящие на сваях). «Зимой туда не попадает снег, который, как известно, повышает температуру почвы, соответственно основание интенсивно охлаждается, — комментирует ученый. — В летнее же время за счет затененности грунт меньше нагревается. Управление температурным режимом осуществляют также с помощью различных охлаждающих  устройств». Георгий Кузьмин подчеркивает, что если говорить об эксплуатации ответственных и опасных объектов, то обязательно предусматривается организация мониторинга состояния основания и фундаментных конструкций сооружения.

Ученые ИМЗ СО РАН на протяжении многих лет занимаются изучением состава, строения и свойств мерзлых, промерзаюших и протаивающих грунтов на обширной территории их распространения. «Кроме того, в зоне наших интересов — геологические процессы, связанные с мерзлотными процессами в грунтах, определение, как идет просадка при оттаивании, изучение вопросов использования криогенных ресурсов и так далее, — комментирует Георгий Кузьмин. — Причем ряд работ мы выполняем в ходе научного сопровождения строительства зданий, дорог различного назначения, аэропортов, плотин, водохранилищ и прочих сооружений, при проведении инженерно-геологических изысканий и мониторинга состояния различных конструкций. Например, в течение многих лет проводятся наблюдения за температурным режимом основания и деформациями фундаментов первого в Якутске здания ТЭЦ с вентилируемым подпольем, построенного еще в 1938 году».

Екатерина Пустолякова

Фото Артёма Набережного

Источники

Стройка в вечной мерзлоте
Наука в Сибири (sbras.info), 15/06/2020
Стройка в вечной мерзлоте
Seldon.News (news.myseldon.com), 15/06/2020
Стройка в вечной мерзлоте
Якутия 24 (yakutia24.ru), 15/06/2020
Стройка в вечной мерзлоте
Национальная ассоциация нефтегазового сервиса (nangs.org), 15/06/2020
Эксперт института мерзлотоведения: Катастрофа в Норильске еще раз показала, что строительство в условиях вечной мерзлоты - процедура довольно сложная
Якутия Инфо (yakutia.info), 15/06/2020
Эксперт института мерзлотоведения: Катастрофа в Норильске еще раз показала, что строительство в условиях вечной мерзлоты - процедура довольно сложная
News-Life (news-life.pro), 15/06/2020
Эксперт института мерзлотоведения: Катастрофа в Норильске еще раз показала, что строительство в условиях вечной мерзлоты - процедура довольно сложная
Seldon.News (news.myseldon.com), 15/06/2020
Эксперт института мерзлотоведения: Катастрофа в Норильске еще раз показала, что строительство в условиях вечной мерзлоты - процедура довольно сложная
Russia24.pro, 15/06/2020
Институт мерзлотоведения им. П. И. Мельникова СО РАН занимается научным сопровождением строительства зданий, дорог, плотин в условиях вечной мерзлоты
Сибирское отделение Российской академии наук (sbras.ru), 15/06/2020

Похожие новости

  • 21/04/2017

    Почему для строительства в Арктике нужны новые правила

    ​Эксперты оценили влияние потепления на устойчивость зданий в вечной мерзлоте и рассказали, какие технологии используются для строительства на Севере. Глобальное потепление климата и таяние вечномерзлых грунтов - одна из причин, по которым Минстрой РФ к 2020 году намерен создать новые регламенты для строительства в Арктике.
    4157
  • 17/12/2019

    Консорциум ученых в Якутии будет создавать технологии прокладки дорог в вечной мерзлоте

    ​Якутские ученые и производственные компании создали консорциум для испытания и выработки новых технологий строительства дорог в зоне вечной мерзлоты. Якутия станет полигоном для введения новых регламентов, которые не обновлялись с начала 2000 годов, сообщил ТАСС директор Института мерзлотоведения Сибирского отделения Российской академии наук (СО РАН) Михаил Железняк.
    425
  • 01/12/2017

    Американский ученый представил итоги исследований вечной мерзлоты в Якутии

    Профессор Аляскинского университета в Фэрбенксе Кенджи Йошикава презентовал в Якутске итоги международного проекта по изучению вечной мерзлоты, реализованного с привлечением свыше 500 сельских школ стран циркумполярного мира, в том числе в регионах России.
    2101
  • 30/10/2019

    Очистку Арктики начнут с Заполярья

    ​В Мурманской области запустят пилотный проект по очистке территории региона от стойких органических загрязнителей (СОЗ), разработанный учеными новосибирского Института органической химии Сибирского отделения РАН.
    553
  • 21/08/2019

    Сибирские учёные убеждены, что Байкал может обойтись без очистных сооружений

    Человечество мыслит стереотипами, принимая их за аксиомы. Очень редкие личности способны преодолеть инерцию мышления и взглянуть на мир по-другому. За объективное видение мира их преследуют, а открытые ими истины на какое-то время запрещают, чтобы не рушили они привычные стереотипы, с которыми жить проще.
    890
  • 26/06/2020

    Эксперт: аномальная жара и пожары на севере Якутии приведут к усилению таяния мерзлоты

    ​Аномальная жара и природные пожары в Верхоянском районе на севере Якутии могут привести к усилению таяния вечной мерзлоты и образованию термокарстовых озер и оврагов. Такое мнение выразил ТАСС кандидат географических наук, научный сотрудник Института мерзлотоведения Сибирского отделения РАН Никита Тананаев.
    1042
  • 07/07/2020

    Эксперт: аномальная жара в Якутии может привести к нарушению экосистем

    Аномальная жара в северных районах Якутии может привести к нарушению экосистем, изменению ареала обитания животных и растений, а также образованию так называемых зомби-пожаров, тлеющих под землей в зимнее время.
    270
  • 19/12/2019

    В РАН прошел совет по переходу к экологически чистой и ресурсосберегающей энергетике

    ​Академик Зинфер Исмагилов рассказал о разработанной технологии получения гуматов из бурых углей Кузбасса. Выполнены исследования с ведущими институтами и сельхозпредприятиями. Гуматы используются для очистки воды, в производстве аккумуляторов, лекарственных средств и в других областях.
    573
  • 18/06/2020

    Биота нам поможет

    Без применения биотехнологий, работающих с микробами-аборигенами, ликвидация катастрофических последствий разлива дизельного топлива в Норильске может затянуться на полвека. Сотрудники экстренных служб продолжают очищать территорию после разлива топлива в Норильске.
    279
  • 27/08/2019

    Биосферный полигон

    ​В президентском Указе № 642 от 01.12. 2016 «О Стратегии научно-технологического развития Российской Федерации» находим вот такую любопытную строчку: «В долгосрочной перспективе особую актуальность приобретают исследования в области понимания процессов, происходящих в обществе и природе, развития природоподобных технологий, человеко-машинных систем, управления климатом и экосистемами».
    433