Существуют следующие особенности строительства на ВМГ:

· удаленность от промышленно развитых регионов, что затрудняет транспортировку стройматериалов, оборудования, рабочей силы;

· неблагоприятные природно-климатические условия: суровый климат, большое количество рек и озер, высокая заболоченность;

· сложные инженерно-геологические условия территории: наличие вечномерзлых грунтов, термодинамически неустойчивых к природным и техногенным воздействиям, и обладающих такими свойствами как просадочность, пучинистость, ползучесть;

· крайняя уязвимость природной среды, которая ограничивает объем техногенной нагрузки и требует специальных мероприятий по инженерной защите, как сооружений, так и территорий освоения.

Поэтому подходы к проведению строительных работ в условиях вечной мерзлоты должны быть основаны на выполнении принципов экологической безопасности, технической надежности и экономической целесообразности.

 

Как отмечает Владимир Мельников, академик, директор Института криосферы Земли СО РАН (г. Тюмень), «высокая чувствительность северных ландшафтов и слагающих их мерзлых пород к техногенным воздействиям - негативная сторона строительства на мерзлоте». Как правило, освоение новых территорий начинается с создания дорожно-транспортной инфраструктуры. Однако, применение автомобильного и гусеничного транспорта для сооружения грунтовых насыпей разрушает торфомоховой покров, что приводит к деградации вечной мерзлоты и образованию термокарста. По информации Феликса Кунцевича, инженера путей сообщения – строителя (Fkunzewitsch@t-online.de), получены технологические решения для сооружения грунтовых насыпей любого назначения, в том числе усиленных геотекстильными материалами, с использованием только железнодорожного транспорта. Законченный комплекс работ, включая вырезку грунта в основании насыпи, осуществляется без выхода за пределы поперечного очертания трассы (Журнал «Der Eisenbahningenieur» №№ 3, 4, 9, 11/2004 www.eurailpress.com/ei).

 

По словам экспертов, стоимость устройства оснований и фундаментов сооружений на ВМГ Тюменского Севера может достигать 60 % и более от общей стоимости строительства. В России сегодня в области разработки технологии устройства оснований и фундаментов на мерзлоте работают ФГУП «Фундаментпроект» (г. Москва) и ООО НПО «Фундаментстройаркос» (г. Тюмень). «Проблема фундаментостроения на вечномерзлых грунтах должна решаться на основе системного подхода, - считает Марк Минкин, д.г.-м.н., директор ФГУП «Фундаментпроект»: - 1. Основания и фундаменты рассматриваются как составные элементы природно-технических геосистем, включающих инженерные сооружения и природные объекты. 2. Процессы создания и функционирования сооружений методологически увязываются в звенья единой цепи: изыскания – проектирование – строительство – эксплуатация путем управления качеством природно-технических геосистем на всех этих стадиях. 3. В комплекс проблем устройства оснований и фундаментов включаются такие виды работ, как термостабилизация оснований, инженерная защита от подтопления и опасных геологических процессов (пучения, термокарста, термоэрозии и т.д.), геотехнический мониторинг». Системный подход обеспечивает надежность и долговечность объектов и экономит затраты.

К сожалению, на практике в условиях ВМГ строительство ведется по принципу «быстрее и дешевле». Множество фактов такого подхода приводится в публикациях РААСН (см., например: «Перспективы развития поселений Севера в современных условиях», М., 2003). В результате, через некоторое время, построенные объекты оказываются под угрозой разрушения. Владимир Мельников: «Условия и масштабы строительства, как и материалы и техническая база в целом, постоянно меняются. Поэтому очень важно отслеживать и внедрять результаты фундаментальных исследований в практические разработки. Немаловажное значение имеет и подготовка квалифицированных специалистов по строительству на ВМГ». Точку зрения ученого разделяют и коллеги-практики. Семен Вельчев, первый заместитель генерального директора по развитию СМР НПО «Фундаментстройаркос»: «Трудности строительства на мерзлоте обусловлены: несоответствием изысканий проекту; отсутствием специалистов, знающих особенности строительства на ВМГ, и сегодня в средних и высших учебных заведениях их не готовят; отсутствием нормативных документов на предлагаемые технические решения и конструкции для массового применения и т.д.».

Помимо этого, как отмечает Семен Вельчев, в области индустрии спецсредств отсутствуют достаточно надежные автоматические системы контроля температуры грунтов оснований в период эксплуатации объекта; нет массового производства долговечных и стойких антикоррозионных материалов, способных защитить конструкции на весь период эксплуатации объекта или близкий срок к этому. Нет надежных компрессоров для их использования в круглогодичном цикле охлаждения грунтов.

 

§ Сегодня разработаны фундаменты для различного типа сооружений. Для каркасных зданий с технологическим оборудованием – фундаменты из металлических свай с применением ростверков. Использование большепролетных ростверков позволяет сократить количество свай и свайных опор, что снижает трудоемкость и стоимость строительства. Для вспомогательных сооружений и блок-боксов целесообразно использовать малозаглубленные и поверхностные фундаменты из типовых железобетонных плит с применением пространственных металлических стержней из балок и другого проката. Такие фундаменты могут совмещать несущие и охлаждающие функции. Для внутрипромысловых и межплощадочных трубопроводов эффективны противопучинные фундаменты с регулируемыми опорами.

§       При строительстве объектов нефтегазового комплекса в 95 % применяют металлические сваи, а в гражданском строительстве в 90% случаев используют железобетонные сваи.

 

Существуют разные технологии для ВМГ, разработанные с учетом индивидуальных особенностей каждого объекта. Эффективные технологии - управляемые системы оснований и фундаментов. Семен Вельчев: «Индивидуальные сезонные охлаждающие устройства (СОУ) предназначены для замораживания и температурной стабилизации грунтов основания. Эти технические решения имеют наибольшее значение при новом строительстве». Наряду с указанными конструкциями могут быть использованы: проветриваемые подполья на свайных основаниях, возможны подполья с принудительным охлаждением; специальные вентиляционные трубы в основании насыпей и резервуаров; горизонтальные термостабилизаторы.

По словам Семена Вельчева, технические решения «ГЕТ» и «ВЕТ» в отличие от вышеизложенных конструкций имеют возможность регулировать температуру грунта в заданных параметрах в период эксплуатации объекта. Сварка в них выполнена в режиме вращающейся дуги в магнитном поле со 100% компьютерным контролем, позволяющим получить результат качества сварки на объекте через 10 сек. после завершения процесса сварки.

Особо следует отметить необходимость проведения комплексного мониторинга при строительстве и эксплуатации промышленных и гражданских объектов в условиях Севера. Как подчеркивает Владимир Мельников, мониторинг должен сопровождаться количественным прогнозом состояния объектов на среднесрочную перспективу.

 

Разработаны специальные стальные и сталебетонные панели цокольных перекрытий с эффективными утеплителями. Такие «ортотропные» плиты заменяют металлические конструкции и монолитные полы, отвечают требованиям огнестойкости и допускают применение более дешевых утеплителей. Монтаж плит прост, что сокращает сроки строительства, и недорог.

 

 

 

Владимир Мельников, академик, директор Института криосферы Земли СО РАН:

- В связи с данными явлениями пока особых изменений в подходах к возведению зданий и сооружений не наблюдается. В первую очередь потому, что в настоящее время не установлено прямой корреляции между температурой наружного воздуха и температурой мерзлых пород. Поэтому все решения по проектированию и строительству принимаются исходя из предшествующих многолетних циклов наблюдений. Лишь в некоторых случаях вводятся определенные “запасы” на случай потепления и предусматривается возможность применения средств охлаждения грунтов в процессе эксплуатации сооружений.

 

Марк Минкин, д.г.-м.н., директор ФГУП «Фундаментпроект»

- Вопрос о глобальном потеплении климата, в том числе и для северных регионов, остается дискуссионным. Имеющиеся фактические наблюдения за изменением состояния мерзлых грунтов также не позволяют однозначно судить об их аграгации или деградации. По нашему мнению, фиксируемые изменения в состоянии мерзлоты вызваны периодическими и случайными колебаниями климатических параметров и не имеют явно выраженной односторонней направленности. Однако, колебания климата могут накладываться на тепловое техногенное воздействие при строительстве и эксплуатации сооружений, поэтому они должны учитываться. Учет может производиться несколькими способами. Например, при проектировании сооружений фундаменты рассчитываются на прогнозную температуру мерзлых грунтов с учетом потепления климата. В этом случае сооружение имеет запас прочности, но фундаменты будут более дорогими. Другой способ - создание резервных систем для охлаждения грунтовых оснований, позволяющий управлять их состоянием.