В конце января 2025 года вступили в силу измененные правила проектирования оснований фундаментов зданий и сооружений в Арктике. Корректировка документа поможет внедрить передовые технологии и подтолкнет строительство различных объектов на территории распространения многолетнемерзлых грунтов.

Поводом для изменения правил проектирования оснований фундаментов, включая подземные, возводимых на территории распространения многолетнемерзлых грунтов, стали результаты шести прикладных научных исследований, выполненных в 2022 и 2023 годах. Как показала практика, прежние правила проектирования в Арктике часто оказывались недействительными из-за нестабильности вечномерзлых грунтов и особенностей климата. К примеру, температурные колебания, который могут достигать 70 градусов и больше, оказывали негативное влияние на долговечность зданий. Вдобавок перманентная мерзлота подвергается тепловым колебаниям в зависимости от времени года, что требует от проектировщиков учитывать эти факторы с максимальной точностью.

Предлагаемые учеными решения позволят увеличить объемы в первую очередь жилищного строительства и обеспечить устойчивое сокращение непригодного для проживания жилищного фонда на территории криолитозоны и арктической зоны.

«Внесенные в свод правил изменения направлены на внедрение эффективных передовых технологий, например, применение свай из стеклопластика, — подчеркнул министр строительства и ЖКХ РФ Ирек Файзуллин. — Массовая застройка многих арктических городов велась достаточно давно, и сейчас большинство из них нуждается не в точечной, а именно в комплексной модернизации, предполагающей обновление жилых, социальных, спортивных, культурных объектов, дорог, инженерных коммуникаций, формировании комфортной городской среды. Все это необходимо выполнять на основе современных стандартов».

В своде правил уточняются пункты, связанные с проектированием свайных фундаментов: антикоррозионная защита, применение стеклопластика, учет шероховатости поверхности, расчет касательных сил морозного пучения при заполнении лидерных скважин буроопускных свай цементно-песчаным раствором на всю высоту. Кроме того, устанавливаются требования по проектированию оснований и фундаментов на намывных грунтах, дополняются разделы, связанные с проведением геотехнического мониторинга, и уточняются механические характеристики промерзающих и оттаивающих грунтов.

Среди предлагаемых новшеств: системы фундаментной теплоизоляции (использование специальных материалов, которые помогают предотвратить нагревание вечномерзлых грунтов, защищая здания от осадки), гибкие фундаменты (могут адаптироваться к движению и колебаниям грунта, что помогает снизить риск повреждений), модульная конструкция зданий, энергоэффективные технологии (использование солнечных панелей, ветроэлектростанций и систем утилизации тепла для снижения зависимости от традиционных источников энергии).

Сложно, но можно

Многолетняя мерзлота покрывает более 65% территории России. Кроме того, более 70% углеводородов локализовано в арктической зоне. Сохранение вечномерзлых грунтов необходимо для надежной эксплуатации существующей инфраструктуры: зданий, дорог, больниц, аэропортов и инженерных сооружений в районах Крайнего Севера.

Примерно 20 % осложнений при строительстве и эксплуатации объектов на территории многолетнемерзлых грунтов связаны с деформацией, вызванной растеплением. Эксперты отрасли часто работают с устранением последствий, но при этом не выявляют заранее проблемы, возникновение которых возможно через год или несколько лет.

«Решить эту проблему поможет цифровой интеллектуальный мониторинг, сбор данных, на которых можно построить реальную предиктивную аналитику. Полученные сведения нужно учитывать при проектировании, строительстве и эксплуатации. Технические мероприятия в результате растепления грунтов должны быть надежными и управляемыми для обеспечения безопасной эксплуатации объектов нефтегазовой инфраструктуры. Из-за сложной физики процесса растепления вопрос надежной и безопасной эксплуатации инфраструктуры на многолетнемерзлых грунтах становится не только вызовом промышленности, но и большим научным вызовом», — пояснил «ЭПР» советник ректора Тюменского индустриального университета, кандидат технических наук, доцент Никита Шапошников.

По его словам, одним из ключевых приоритетов является создание инновационных цифровых инструментов по предиктивной аналитике, способных прогнозировать кинетику растепления и обеспечивать надежную и безопасную работу инфраструктуры в криолитозоне.

«Допущенная ошибка на этапе проектирования инфраструктуры может стоить 1 рубль, на этапе строительства 100000 рублей, на этапе эксплуатации 100 млн рублей. Соответственно, целесообразно все риски и неопределенность относить на этап проектирования. В решении этой задачи не обойтись без современных цифровых инструментов. Мы сформировали первое в стране профессиональное экспертное сообщество, которое формализует ключевые технологические вызовы нефтегазовых компаний, работающих в Арктике на многолетнемерзлых грунтах», — отметил эксперт.

Ставка на инновации

Специалисты НТК также занимаются подготовкой решений по применению полимерных композиционных материалов при обустройстве месторождений. В центре их внимания — создание сложных мультифизических математических моделей объектов и процессов в нефтегазе, которые уже используются целым рядом лидеров энергетической отрасли при разработке, обустройстве и эксплуатации объектов нефтегазовой инфраструктуры на шельфе, в Арктике.

«К примеру, в рамках выполнения госзадания на научные исследования и разработки в 2024 году сотрудники НТК совместно с ключевыми нефтегазовыми компаниями обосновали необходимые требования к свойствам сварного соединения свайных опор, являющихся основным элементом в малонагруженных фундаментах на многолетнемерзлых грунтах. Были получены опытные образцы трубных свай из различных сталей, а также из полимерных композиционных материалов. В итоге, по результатам серии лабораторных испытаний, расчетов и полигонных испытаний на площадке Якутского научного центра, специалисты определили пределы работоспособности рассматриваемых решений.

В настоящий момент на основе результатов работы происходит развитие нормативно-технологической документации, в соответствии с приоритетами, определенными Минстроем», — отметил Никита Шапошников.

Внимание на практику

В регионах, где присутствует вечная мерзлота, сегодня также претворяются в жизнь уникальные проекты, которые в дальнейшем могут быть использованы в арктической и субарктической местностях. К примеру, ученые Института строительства и архитектуры Уральского федерального университета имени Б. Н. Ельцина (УрФУ) в Иркутской области на реке Витим вместе с крупной строительной компанией успешно реализовали пилотный проект по вымораживанию подводной части опор моста для обустройства усиленных площадок и работы тяжелой гусеничной техники на замерзшей реке. Он стал первым объектом, на котором усиленная площадка для экскаватора была создана именно таким путем.

«А в районе города Ленска в составе ТОР «Якутия» создается новая тепловая электростанция. «Новоленская ТЭС строится с нуля, на берегу реки Лены, но за пределами сплошной зоны распространения многолетнемерзлых грунтов. По результатам изысканий, они встречаются на участке строительства лишь местами — так называемая «островная мерзлота», поэтому ее влияние на конструктивные решения в проекте в данном случае минимальны», — рассказал эксперт Главгосэкспертизы Андрей Булахтин.

Объект станет основой нового энергокластера на Дальнем Востоке, который будет обеспечивать электроэнергией участки Восточного полигона РЖД, а также разработку сырьевых ресурсов на юге Якутии и другие потребности.

Очевидно, что строительство в арктической зоне сегодня вступает в новую эру. Научные исследования, инновационные технологии и стратегическое планирование — все сосредоточено на создании комфортной и безопасной среды, адаптации к новым требованиям, что позволит не только улучшить качество жизни людей, живущих в Арктике, но и максимально эффективно использовать ее природные ресурсы.