Надёжная опора: новые решения для возведения фундаментов в зоне многолетнемёрзлых грунтов
Устойчивость любого здания зависит от фундамента. Однако непростые условия зоны многолетнемёрзлых грунтов предъявляют особые требования к строителям. Классические подходы здесь не работают, нужны принципиально иные решения. Как раз о них шла речь на сессии «Фундаменты на ММГ и технологии термостабилизации» в рамках конференции «Нефтегазовая инфраструктура на многолетнемёрзлых грунтах». Организаторами мероприятия выступили «Газпром нефть» и Санкт-Петербургский политехнический университет имени Петра Великого.
Повышаем силу трения: композитные материалы и песок
Одним из ключевых вызовов для обустройства инфраструктуры в криолитозоне называют глобальное потепление. Однако руководитель центра геокриологических и геотехнических исследований НИИОСП им. Н. М. Герсеванова АО «НИЦ «Строительство» Андрей Алексеев считает, что надежность инфраструктуры зависит от качества инженерно-геологических изысканий, проектирования, строительства и эксплуатации сооружений. Соответственно и решения лежат в области разработки необходимых документов, методов учёта изменения климата при проектировании, а также современных конструкций фундаментов и систем геотехнического мониторинга, полагает эксперт.
Какие же инструменты сейчас доступны для нефтегазовых компаний? Если говорить именно о фундаментах, то в условиях ММГ речь идёт в первую очередь о сваях. Как оказалось, здесь многое зависит не только от технологии, но и от используемых материалов.
В частности, Андрей Алексеев призвал не спешить отказываться от деревянных свай. По его словам, дерево до сих пор активно используется за рубежом и показывает неплохие результаты. Есть и более «прогрессивные» варианты: заполнение свай сыпучими материалами или использование композитов.
В последнем случае для лучшего сцепления с грунтом используют композитные сваи с рельефом или комбинацию «рельеф + гидрофильность».
Как отметил представитель НПП «Алтик» Игорь Савин, у изделий из полимеров несущая способность меньше, чем у металлических свай. Но нужно учитывать и то, что композит в 3,5 раза легче. А значит, можно серьёзно сэкономить на доставке. Поэтому особенно выгодно их использовать на удалённых объектах в условиях бездорожья, сказал г-н Савин.
Но насколько новые материалы надёжны? Исследованием изменений свойств полимерных композиционных материалов в условиях многолетнемёрзлых грунтов занялись в Санкт-Петербургском политехническом университете. Как отметил сотрудник вуза Олег Швецов, была подтверждена принципиальная возможность применения подобных материалов. Главное препятствие здесь — в слабой нормативной базе, считает учёный.
Впрочем, для того чтобы добиться хороших результатов, не всегда нужны новые материалы. Иногда со сложными задачами можно справиться и с помощью обычного песка. На одном из промыслов «Газпромнефть-Заполярья» как раз идёт эксперимент по использованию свай с песчаным покрытием. Для крепления песка используют полимерный материал, например, эпоксидную смолу.
О преимуществах нового подхода рассказал Андрей Бояринцев из Санкт-Петербургского государственного архитектурно-строительного университета. По его словам, сейчас для повышения трения используют анкеровку. Из-за этого длина сваи достигает 12 метров, что увеличивает затраты на материалы и транспортировку. Как отметил Андрей Бояринцев, при использовании песчаного покрытия сила трения вырастает в 3 раза по сравнению со сталью. Сейчас предстоит вытащить сваю, чтобы оценить, насколько прочно держится нанесённый песок.
На Крайнем Севере мелочей не бывает
Вернёмся к вопросам проектирования в зоне ММГ. Как отметил Юрий Федоровых из НПО «Фундаментстройаркос», здесь важна каждая мелочь. А если пренебречь отдельными факторами, это может сильно сказаться на конечном результате.
В качестве примера он привёл отсыпку дорог. Казалось бы, какое отношение они имеют к системам термостабилизации? Однако покрытие меняет цвет, а это уже другое отражение солнечного тепла, что сказывается на работе термостабилизаторов, расположенных в приграничной зоне зданий и сооружений. То же самое можно сказать и про скорость ветра. Сейчас эти факторы не всегда учитываются, отметил г-н Федоровых.
Сберегаем холод с помощью теплового насоса
Один из вариантов применения СОУ — предпостроечное промораживание грунта. Однако здесь есть ограничение — результата ждать надо 3 года. Чтобы ускорить процессы, на площадках расчищают снег зимой и используют теплоизоляцию летом. Всё это уменьшает величину талого слоя, но не обеспечивает необходимую степень промерзания, отмечает Егор Локтионов из САФУ им. М. В. Ломоносова.
В качестве альтернативы Егор Локтионов предложил использовать тепловые насосы, питаемые от солнечных батарей. Это позволяет не только отводить тепло из грунта, но и использовать его для отопления и горячего водоснабжения. Авторы методики заявляют об экономии в 41,8% на капитальные вложения по сравнению с традиционным свайным фундаментом.
Конечно, это далеко не все разработки, представленные на конференции. И хотя сделано уже много, но простора для новых открытий здесь ещё достаточно.
«Строительство объектов нефтегазовой инфраструктуры на ММГ — это не только глобальный вызов для промышленности, но ещё и очень важный вызов для науки. Учёные и инженеры в настоящий момент разрабатывают уникальные технологии, материалы, способы проектирования и конструирования для надёжной и безопасной работы в зонах распространения ММГ.
Именно поэтому университет и стал площадкой конференции, объединившей профессиональное научное и инженерное сообщество. Уверен, что конференция позволила консолидировать экспертов для создания новых решений для ММГ», — подвёл итоги исполнительный директор НТК «Новые технологии и материалы» СПБПУ Никита Шапошников.
Фото предоставлены пресс-службой «Газпромнефть-Заполярья»
