Вечная мерзлота охватывает почти 65% территории России. В Арктике сосредоточено около 1000 населенных пунктов, которые, по словам губернатора Мурманской области Андрея Чибиса, обеспечивают до 10% ВВП. Заполярье – важный регион для страны: полезные ископаемые, ключевые транспортные пути, инфраструктурные объекты и объекты, призванные обеспечивать безопасность государства. Чтобы реализовать весь потенциал Арктики, в 2023 году Правительство утвердило особый список из 16 опорных населенных пунктов, развитие которых было поставлено в приоритет. Сегодня в этих городах реализуются новые масштабные проекты, возводятся сооружения и даже целые комплексы, которые, казалось бы, невозможно построить в таких суровых климатических условиях. Как это удается?
Уроки прошлого
Деревянная эра
До 1960-х годов на Севере преобладали деревянные здания по типу бараков. В крупных городах встречались каменные постройки. Однако в то время никто не учитывал, что вечная мерзлота не такая уж и вечная и имеет свойство оттаивать, особенно под воздействием тепла от домов. В итоге в лучшем случае здания почти сразу деформировались, в худшем – разрушались, как было с деревянным цехом электролиза никеля в Норильске в 1936 году.
Опора на скалу
Советские инженеры учли этот печальный опыт и начали строить по-новому: ставили сооружения на столбчатые фундаменты с опорой на скалу. Однако тут были свои сложности: иногда, чтобы добраться до камня, приходилось рыть очень глубокие котлованы – до 20 метров. Это очень трудозатратно и долго, поскольку почти все происходило вручную. Кроме того, подходящих для стройки мест со временем становилось все меньше.
Первые попытки опереться на мерзлоту
Первым успешным кейсом можно назвать здание кирпичного завода, построенного в 1937 году. Его было решено возводить с использованием деревянных свай, которые погрузили в мерзлый грунт на 3 метра. Опыт переняли у якутов, которые уже давно строили легкие постройки на деревянных чурбанах.
Однако технология оказалась весьма трудоемкой: сначала землю нужно было отогреть (использовали паровую иглу), затем забить сваю, а после – очень долго ждать пока замерзнет обратно. Еще один существенный минус в том, что такой метод не подходил для тяжелых производственных цехов или многоэтажных домов.
Михаил Ким
Именно этот инженер-гидротехник, работавший на мерзлотной станции Норильского комбината, придумал, как модифицировать свайный фундамент. Он предложил технологию, которая оказалась проще в исполнении, экономила бюджет, требовала меньше труда и в несколько раз ускоряла работы.
В чем суть метода:
- Пробурить скважины без отогревания грунта.
- Залить в скважины подогретый до 30-40 °С шлам (смесь воды и грунта).
- Погрузить сваи в скважины.
- Подождать замерзания (зимой 5-10 дней, летом 10-20 дней).
Шлам заполнял все пространство скважины, и после замерзания свая связывалась с грунтом в единое целое по всей своей длине, формируя очень прочную конструкцию.
Критически важным было формирование проветриваемого подполья под зданиями, чтобы тепло от домов не приводило к оттаиванию мерзлоты, которая держит сваи.
Такая технология позволила отказаться от заостренных свай (нет необходимости забивать) и вдобавок перейти на сваи квадратного сечения, которые были дешевле и обладали увеличенной площадью опоры, а значит, могли выдержать большую нагрузку. В среднем на дом уходило до 100 квадратных свай, в то время как свай круглого сечения для той же нагрузки требовалось в 2 раза больше. Применение разработки Михаила Кима и его коллег помогло сократить срок возведения фундамента одного здания с 18 месяцев до 4-4,5 месяцев.
Первое здание, возведенное по новой технологии, – 5-этажный жилой дом с универмагом, построенный в 1950 году в центре Норильска.
Уже к 1969 году этот город имел самые высокие темпы строительства в СССР. Вскоре здания на свайных фундаментах по методу Кима стали появлятся в Якутске, Воркуте, Магадане.
Советские ученые постоянно совершенствовали технологию. Так, в том же 1969 году они выпустили руководство по использованию полимерного покрытия свай в качестве защиты фундаментов от касательных сил морозного пучения. Собранные данные свидетельствовали, что полимеры снижают силу промерзания почти в 8 раз.
Новый вызов
Инновационная технология со сваями была почти идеальна. Однако климатические изменения и отсутствие мониторинга за состоянием грунта привели к тому, что некоторые дома стали приходить в негодность из-за оттаивания мерзлоты. Последствия были печальными. Так, в 1976 году рухнул ресторан в одном из районов Норильска, погибли 10 человек. Это положило начало постоянному мониторингу и исследованию мерзлых грунтов, на которых стоят здания.
Несмотря на все усилия сегодня в Арктике много населенных пунктов, где основная масса домов построена очень давно, многие из них носят статус аварийных из-за деформации фундамента и непригодны для жилья.
Однако кроме деградации мерзлоты и других проблем, связанных с грунтом и экстремальными климатическими условиями, у строителей Заполярья есть еще одна “головная боль” – логистическая. Доставка является внушительной статьей расходов из-за удаленности региона и погоды. Чаще всего завоз материалов возможен только в короткий теплый период и во время навигации по Северному морскому пути.
Строительство в Арктике сегодня
Что нового?
Специализированный нормативный документ, на который ориентируются проектировщики и строители, – СП 25.13330.2020 «СНиП 2.02.04-88 Основания и фундаменты на вечномерзлых грунтах». Кроме него, учитываются градостроительное и экологическое законодательство, другие ГОСТы и СНиПы, а также региональные и муниципальные нормативные акты, регулирующие отдельные аспекты строительства в Арктической зоне.
Любой строительный проект на Крайнем Севере начинается с инженерно-геокриологических изысканий, позволяющих изучить состояние грунта и спрогнозировать возможные риски. Основным видом фундамента по-прежнему является свайный.
При выборе технологий для строительства отдается предпочтение тем, которые просты в логистике, имеют невысокую стоимость, но при этом соответствуют повышенным требованиям к строительным материалам и методам, применяемым в сложных климатических условиях Арктики.
К примеру, резьбовые муфты для арматуры RECO уже прошли испытание Крайним Севером.
Здесь можно узнать подробнее, как мы поставили 40 000 муфт и оборудование для строительства «Терминала Утренний» в порту Сабетта и сократили сроки строительства на 5 месяцев.
Еще одна отличительная черта стротельства в Арктики – термостабилизаторы грунта, или сезоннодействующие охлаждающие устройства. Они представляют собой стержни, которые углубляют в землю рядом домами, при этом верхняя часть – конденсатор – остается снаружи. Обычно стабилизаторы заполнены хладагентом. Зимой они аккумулируют холод, а летом из-за разницы температур передают холод в грунт, предупреждая его оттаивание.
Быстровозводимые здания
Популярность блок-модульных технологий строительства понятна: это быстро, дешево, все материалы легко доставить и финальная конструкция будет весить гораздо меньше, чем железобетонная. Чаще всего быстровозводимые здания представляют собой каркасно-панельную систему, которая состоит из металлического каркаса и сэндвич-панелей.
Однако блок-модульный метод используется в основном для малоэтажных построек, чаще производственных, административных и логистических сооружений. Эта технология не предназначена для возведений зданий, где требуются большие пролеты. Постройки, возведенные по технологии каркасно-панельной системы, имеют низкую устойчивость к сезонным деформационным явлениям, поэтому их срок службы ограничен. Кроме того, они сложны в эксплуатации, менее комфортны и не рассчитаны на постоянное проживание.
Деревянные дома
Деревянное домостроительство не забыто. Сегодня проходят финальные испытания типовые проекты деревянных многоквартирных домов до 5 этажей. В России уже есть успешные примеры подобных зданий. В основе лежит технология с использованием CLT-плит и LVL-бруса.
CLT (Cross Laminated Timber) – многослойные панели из древесины, которая уложена слоями перпендикулярно друг друг другу и склеена.
LVL (Laminated Veneer Lumber) – брус, который создается путем склеивания лущеного или строганого древесного шпона с использованием тепла и давления.
По существующим в России нормам, если деревянное здание выше 28 метров, его необходимо обшить снаружи и внутри негорючими материалами. Это снижает привлекательность технологии.
Преимущества метода в том, что древесину можно добывать непосредственно в стране и ее много, дерево легче и дешевле доставлять, с ним быстрее строить. CLT и LVL по прочности не уступают бетону, при этом они легче и экологичнее, их проще утилизировать.
Однако для массового использования такого типа зданий необходима модернизация нормативно-правовой базы, завершение лабораторных испытаний и финальное одобрение МЧС и Минстроя России. А также нужны заводы, производящие CLT-панели и LVL-брус: на сегодняшний день их критически мало в стране.
Эксперты отмечают, что для строительства типовых деревянных многоэтажек в Арктике необходимы корректировки инженерных решений, чтобы обеспечить безопасность и долговечность сооружений в экстремальных климатических условиях: ведь вопрос с нестабильностью грунта никуда не уходит. Сейчас типовые проекты деревянных многоквартирных домов рассчитаны на эксплуатацию в климатических условиях средней полосы. Несмотря на это, местные власти уже пробуют адаптировать деревянное домостроительство в Арктическом регионе. Так, к примеру, в Диксоне и Игарке планируют использовать существующие железобетонные фундаменты от девятиэтажек для возведения 4-6 этажных деревянных домов.
Инновационные строительные материалы
В январе 2025 СП 25.13330.2020 был обновлен (Изменение №2). Документ внес уточнения и разрешил использовать в Арктике новые технологии, например, применять сваи из стеклопластика.
1. Стеклопластиковые сваи
Стеклопластик – это плотные пучки из нитей стекловолокна, которые скрутили, погрузили в эпоксидную смолу и затем полимеризовали в печи.
Свойства стеклопластика:
- плотность 17-19 г/см3
- теплопроводность 0,2-0,4 Вт/м·К;
- предельные напряжения при сжатии, растяжении и изгибе −200-500, 300-700 и 150-300 МПа соответственно;
- модуль упругости при изгибе 20-70 ГПа
Длина стеклопластиковых свай может быть любой, диаметр также практически неограничен, однако чем он больше, тем дороже свая.
Стеклопластиковые сваи обладают превосходными эксплуатационными характеристиками. Они сопоставимы со сталью по весу, коррозионной стойкости и прочности, но превосходят ее по нагрузке, которую могут выдерживать. Стеклопластик также показывает лучшие результаты по деформационным свойствам по сравнению с высокопрочным бетоном, применяемым в Арктике. И самое важное – стеклопластиковые сваи практически не подвержены негативному влиянию морозного пучения, когда после теплого периода грунт снова замерзает зимой и увеличивается в объеме, выталкивая сваи наверх.
2. Серобетон
На Крайнем Севере скопилось очень много технической серы, которая остается после переработки добытых там нефти и газа. На основе этой серы ученые из НОЦ "Российская Арктика" создали особый композит. Стоит к нему добавить модификатор для прочности (скипидарсодержащие отходы переработки древесины), а также щебень, золу, песок – получим серобетон. У этого материала есть ряд плюсов:
- не содержит воды, можно использовать при любых температурах
- не требует времени на высыхание и набор прочности (обычному бетону нужно 28 дней)
- можно использовать при строительстве на суше, под водой, в болотах и на морском дне
Строительство в условиях вечной мерзлоты остается одной из самых сложных инженерных задач, требующей постоянного совершенствования технологий и адаптации к изменяющимся климатическим условиям. Будущее строительства в Арктике зависит от комплексного подхода, включающего мониторинг состояния грунтов, развитие местного производства стройматериалов и внедрение современных инженерных решений.
ЧИТАЙТЕ ТАКЖЕ:
👉 Механическое соединение арматуры: виды, особенности монтажа и контроля качества.
👉 4 главных тренда строительной индустрии на ближайшие 5 лет.
👉 Искусственный интеллект в строительстве.
Хотите использовать арматурные муфты в своем проекте?
Свяжитесь с нами, и мы оперативно ответим на все вопросы и обсудим детали:
8 800 511 08 89
zakaz@recorus.ru
recorus.ru
Telegram
WhatsApp