«Вечная мерзлота» звучит как надежный фундамент, строй — не хочу. На деле же мерзлотный грунт больше похож на живой организм: оттаивает летом (весьма коротким!) и снова промерзает зимой. Почва «дышит», и целые поселения могут плавно «тонуть» в грунте. В условиях глобального потепления все только усложняется: мерзлота тает быстрее и подрядчикам приходится искать новые методы строить надежные здания. К счастью, благодаря новым технологиям это становится всё проще.
Грунт, который живёт своей жизнью
Что вообще такое вечная мерзлота? Понятно, что это глубоко промерзший слой грунта. На западе вечной мерзлотой считается грунт, который не таял минимум два года, в России — минимум 50 лет. Примерно 11% планеты покрыто такими грунтами, и лидирует, конечно, Россия — почти 65% территории страны считаются вечной мерзлотой.
При строительстве на вечной мерзлоте есть две главных сложности или даже риска. Очевидный — это тяжелые условия для самого процесса — экстремальные температуры и ветра, плотный промерзший грунт, еще один риск — таяние мерзлоты. Кроме того, что грунты ведут себя непредсказуемо в летний сезон — лед оседает, образуются пустоты и так далее, добавляется еще один фактор — глобальное потепление.
Обычно большинство построек рассчитываются на срок не менее 50 лет, но но есть мнение, что к 2100 году растает 93% от всей вечной мерзлоты, что была зарегистрирована около 1900 года. Осталось чуть больше 50 лет. А значит — гарантировать, что эти здания выстоят весь срок эксплуатации, становится все сложнее. А значит, подходы к строительству в этих зонах нужно менять уже сейчас.
Строители против хаоса
Как привыкли бороться с мерзлотой инженеры? Самое известное решение — поднять здание на сваи. В Якутске, на Ямале, в Магадане это стало почти символом северной архитектуры. Пространство под зданием оставляют открытым, холодный воздух зимой «вытягивает» тепло и не дает грунту подтаять.
В мировой практике есть и другое решение — термосифоны. Это металлические трубы, заполненные хладагентом, которые работают как кондиционеры: забирают тепло из почвы и возвращают его в атмосферу. Китайская железная дорога Цинхай–Тибет — эталонный пример: без охлаждения полотна поезда давно бы сошли с рельсов. Но с 2006 года дорога успешно держится — определенно это успех.
Рука на пульсе: как следят за состоянием грунтов
Раньше отслеживать состояние грунтов приходилось практически вручную — исследованиями, наблюдениями, опасными экспедициями для замеров. Но сегодня технологический прогресс добавил новые инструменты.
Так, на проекте Ямал СПГ на Ямале устроены термометрические скважины, установлены датчики температуры, которые измеряют грунт на разных глубинах, включая уровень свай. Цифровые технологии позволяют отслеживать температуру земли под зданиями, моделировать сценарии повышения температуры даже на 1-2 °C.
В то же время в Салехарде, Лабытнангах и Новом Уренгое хотят планомерно оборудовать все общественные здания термометрическими датчиками под фундаментами, чтобы контролировать состояние грунта и возможность его проседания или оттаивания.
Говорить с природой на языке технологий
Отслеживание грунтов — жизненно необходимая процедура, однако просто наблюдать в нынешних условиях недостаточно. Современные технологии помогают строителям эффективнее бороться с природой.
BIM-модели позволяют проектировщикам заранее просчитать нагрузку, тепловые потоки, влияние грунта на здание и наоборот. В условиях вечной мерзлоты такие расчеты проводить сложно, но предусмотреть значительную часть будущих событий — уже победа.
Роботы, дроны и георадары помогают обследовать труднодоступные объекты. С помощью дронов ведется топографическая съемка, георадары помогают найти протайки и определить будущие места закладывания свай. Роботизированные установки позволяют бурить мерзлоту с меньшими рисками для людей.
Результаты таких исследований можно собрать в единые информационные системы, доступные северным строителям. Газпромнефть уже начали работу в этом направлении и разрабатывают ГИС для прогнозирования многолетнемерзлых грунтов на Ямале — модель позволит прогнозировать изменения грунта и планировать строительство с учетом прогноза вплоть до 2050 года.
Конечно, активно используется ИИ — ученые из МФТИ разработали модель, которая способна оценить сейсмоопасность в сложных зонах вроде вечной мерзлоты. Уже скоро модель будут тестировать на практике.
Чего ждать в будущем?
Строительство на вечной мерзлоте — это не только инженерный вызов, но и тест на гибкость мышления. Здесь нельзя «залить всё бетоном и забыть», важно внимательно следить за изменениями и применять все знания, навыки и технологии, которые возможно. Строить «наугад» тоже не получится — приходится максимально точно собирать данные и рассчитывать будущее строительство.
Уже несколько лет назад ученые забили тревогу насчет таяния вечной мерзлоты — и строительные компании активно перестраиваются, внедряют новые решения и возможности. И чем больше таких примеров — тем скорее север перестанет быть «сложной» зоной, а станет территорией устойчивого развития. Как результат обширного строительства — активное экономическое развитие, расширение жилых территорий и, пожалуй, туризм. Вам билеты в тундру или Арктику?
✅ Подписывайтесь на нас в Телеграм и во ВКонтакте, чтобы быть в курсе всех новостей отрасли и платформы "Экзон"!