Крайний север России

ОСОБЕННОСТИ СТРОИТЕЛЬСТВА
В РАЙОНАХ КРАЙНЕГО СЕВЕРА
И НА ПРИРАВНЕННЫХ К НИМ
ТЕРРИТОРИЯХ

Такие районы занимают почти третъ нашей страны, если учесть не только вы-
сокие широты, но и территорию с вечной мерзлотой, которая простирается от
Воркуты до берегов Тихого океана и охватывает весь северо-восток, включая По-
лярный Урал, Ханты-Мансийский округ, Таймыр, Якутию и Чукотку. Южные грани-
цы мерзлоты простираются до Читинской области.

Мы вынуждены покорятъ Север, и этот процесс активизируется, причем много-
кратно и в самое ближайшее время.

Освоение Крайнего Севера началось в
30-е годы прошлого века. Тогда не было
опыта масштабных строительных работ в
полярных широтах. За рубежом в то вре-
мя на мерзлоте возводили только деревян-
ные одноэтажные дома. Паши предше-
ственники, осваивая суровую, необжитую
тундру, разработали эффективные для
того времени технические решения, обес-
печивающие устойчивость, долговеч-
ность и высокие эксплуатационные ка-
чества возводимых зданий.

Но Север не тот край, где можно жить
без проблем...

Как же сегодня обеспечивается каче-
ство строительства, точнее, надежность
фундаментов, оснований зданий и соору-
жений? Предварительно остановимся на
специфике инженерно-геологических ус-
ловий, в которых здесь приходится стро-
ить дома, прокладывать дороги, возводить
мосты и тянуть многокилометровые тру-
бопроводы.

Физико-механические свойства мерз-
лых пород имеют существенные особен-
ности.

Наличие льда в порах и трещинах пред-
определяет их повышенную сжимаемость,
пониженное сопротивление сдвигу и
склонность к пластическим деформаци-
ям. При оттаивании лед превращается в
воду и происходит резкое снижение проч-
ностных свойств грунта. Мерзлые грун-
ты при длительной нагрузке проявляют
пластичные свойства.

Различают многолетнюю и сезонную
мерзлоту. Если горные породы находятся
в мерзлом состоянии более трех лет, их
относят к многолетнемерзлым. Мощность
многолетней мерзлоты может достигать
нескольких сотен метров. Толща таких по-
род подстилается немерзлыми и перекры-
вается сверху талыми или сезонно-талы-
ми отложениями.

В условиях Севера приходится сталки-
ваться с характерными явлениями, кото-
рые могут вносить существенные коррек-
тивы в проектирование зданий и соору-
жений.

Талики — прослои талых отложений
среди многолетнемерзлых пород, которые
обычно возникают в результате фильтра-
ции воды. Талики представляют серьез-
ную опасность, так как талые, несвязные
водонасыщенные грунты обладают очень
низкой несущей способностью.

Солифлюкция — медленное оплывание
тонкодисперсных грунтов в период отта-
ивания. Это явление может возникнуть
даже при небольшом уклоне поверхнос-
ти в 3-4 градуса.

Скорость перемещения грунтов состав-
ляет несколько сантиметров в год, но это-
го достаточно, чтобы здание «поехало».

Бугры пучения — следствие промерза-
ния пород при поступлении напорных
подземных вод. Они могут иметь диаметр
30–40 м, а высоту 1-2 м и более. Появле-
ние таких бугров часто ведет к сносу по-
строенных зданий.

Морозобойные трещины — появляют-
ся в результате неравномерного замерза-
ния массива по глубине, особенно при
резком похолодании. Ширина таких тре-
щин нередко достигает 0,2-0,5 м, а глу-
бина 10 м и более. Естественно, ленточ-
ные фундаменты при этом попросту раз-
рываются.

Термокарст — результат локального
вытаивания льда в грунтах, после чего
образуются провалы (поноры), которые
заполняются водой. Глубина поноров мо-
жет достигать нескольких метров, а диа-
метр — десятков, а иногда и сотен метров.
Термокарст развивается при уничтожении
растительного покрова, планировке стро-
ительных площадок и прочих земляных
работах.

Наледи — возникают как следствие
промерзания грунтов на участках подзем-
ного стока воды, часто формируются на
склонах долин и в руслах рек и ручьев.

На территориях, где есть мерзлота, в
основном используют свайные фундамен-
ты, которые устойчивы до тех пор, пока
стоят в мерзлых грунтах. Поэтому основ-
ная задача строителей и эксплуатацион-
ников заключается в сохранении их от-
рицательной температуры, так как при
оттаивании они теряют свою прочность.
Однако в самом ходе строительства, про-
кладки инженерных коммуникаций фор-
мируется сложная природно-техногенная
среда, меняется геокриологическая ситу-
ация, происходят отепление грунтов и
потеря их несущей способности. Причин
для размораживания грунтов много, это
утечки, снижение отражающей способно-
сти солнечных лучей, снежные заносы,
нарушение растительного покрова и т. д.

Утечки из водонесущих коммуника-
ций — тяжелая и повсеместная проблема.
По разным оценкам, в среднем по стране
они составляют до 50-80 %, и чем изно-
шеннее трубы, тем больше потери. Так,
например, в Екатеринбурге коммуналь-
щики начисляют плату за потребление
горячей и холодной воды, исходя в сред-
нем из 700 л в сутки на человека. А сколь-
ко фактически мы потребляем? Те, у кого
стоят счетчики, знают: от силы 50-100 л
в сутки. Значит, остальное — утечки, за
которые платит потребитель, не имеющий
счетчика. В других городах и населенных
пунктах ситуация ничуть не лучше.

Утечки осложняют состояние город-
ской среды, а на Севере — многократно.

Часть зданий там построена с наружной
системой водопроводов. Ее основные
минусы: необходимость тщательной теп-
лоизоляции, затруднения для проезда ав-
тотранспорта, неприглядный архитектур-
ный вид городов. Другая часть домов по-
строена с подземной прокладкой санитар-
но-технических коммуникаций в специ-
альных коробах. Здесь свои недостатки:
утечки зачастую не видны, вода уходит в
землю, и начинается оттаивание грунтов
оснований, сваи «зависают», так как
грунт из мерзлого превращается в несвяз-
ное, да еще и водонасыщенное состояние.

Хуже всего то, что оттаивание, как
правило, бывает локальным и затрагива-
ет лишь часть свай. Тогда нагрузку несут
лишь те сваи, вокруг которых сохрани-
лась мерзлота. Возникает неравномерная
осадка, иногда весьма значительная и
опасная. Здание может сильно деформи-
роваться и рухнуть, если вовремя не об-
наружить данное явление и оперативно
его не устранить. Кстати, то и другое -
весьма сложные задачи.

Конечно, существуют специальные
службы контроля термического состояния
геологической среды, которые ведут мо-
ниторинг, анализируют графики термо-
изоплет...

Но сколько надо пробурить геотерми-
ческих скважин для установки термодат-
чиков? И на какой глубине они стоят?
Вверху все может быть заморожено, а низ
свай — в образовавшемся талике, тогда
они становятся «висячими» и несущая их
способность под большим вопросом. Та-
кая служба исключительно важна, но для
объективной оценки ситуации требуется
очень много геотермических скважин,
регулярность наблюдений и оператив-
ность их обработки.

Отепляющее воздействие оказывают
не только утечки из водопроводных сис-
тем, но и сами короба, в которые они уло-
жены. Так как температура воды в тру-
бах заведомо выше окружающей среды,
то вокруг них массив неизбежно размо-
раживается даже при соответствующей
теплоизоляции. Начинается оттаивание
грунтов под трубами, которое сопровож-
дается неравномерной осадкой основания
трубопроводов, что может привести к их
порыву. Но это еще не все. Короба для
подземной укладки водонесущих комму-
никаций во время сезонного оттаивания
служат своеобразной галереей для поверх-
ностного стока атмосферных осадков;
происходит интенсивное глубокое размо-
зических свойствах глин. Строительство
в таких случаях консервируется на год и
более, так как сваи нагружать нельзя.

В пластичномерзлых грунтах, облада-
ющих незначительной несущей способ-
ностью, под 4-секционный дом часто при

раживание подстилающих пород, которо-

го бы не было при коммуникациях, уло-
женных в землю. Глубокое оттаивание
особенно опасно, так как оно может за-
тронуть нижнюю часть свай, и тогда они
«поедут». И это еще не все. Допустим,
лето короткое, грунты снова замерзли,
сваи устояли. По при многократном от-
таивании и замерзании грунты разуплот-
няются, теряют свои прочностные свой-
ства, снижается их несущая способность.

В связи со значительной ветровой на-
грузкой в тундре висячие (вмороженные)
сваи испытывают значительные изгиба-
ющие напряжения. Для обеспечения
прочности усиливают их армирование в
верхней части, но это ведет к увеличе-
нию расхода металла, а с другой сторо-
ны, усиленное армирование свай повы-
шает их теплопроводность. В итоге грунт
вокруг свай успевает оттаять за летний
период, и они перестает выполнять свою
функцию.

При наличии в разрезе глинистых от-
ложений процесс смерзания свай с грун-
тами может растянуться на длительное
время. Отмечались случаи, когда смерза-
ние продолжалось до полутора лет. При
этом тип свай не имеет принципиально-
го значения, так как причина в теплофи-
ходится устанавливать до 300 свай дли-
ной порядка 20-25 м. Из-за неустойчи-
вости грунтов скважины крепят обсадны-
ми трубами. В итоге сметная стоимость
одного только фундамента достигает 20-
40 % от общих затрат на строительство.

В умеренных широтах распространен
так называемый буроопускной тип свай,
когда сначала бурится скважина на необ-
ходимую глубину, затем она заполняется
расчетным количеством бетона или це-
менто-песчаного раствора и с помощью
вибропогружателя опускается до забоя
сама свая. При этом раствор или бетон
должны выйти на поверхность, что будет
свидетельствовать о полном заполнении
пустого пространства между стенками
скважины и сваей. Однако бетон и це-
ментные растворы не твердеют при низ-
ких температурах, так как гидратации
частиц цемента не происходит. Для уско-
рения процесса схватывания в условиях
низких температур часто применяют хло-
ристый кальций, но его использование
снижает конечную прочность цементно-
го камня и коррозионную стойкость са-
мих свай. Иногда идут по пути заполне-
ния затрубного пространства суспензией
из песка или хвостов обогатительных фаб-
рик с последующим их промораживани-
ем. Но оседание песка (хвостов) в раство-
ре неизбежно ведет к увеличению про-
центного соотношения воды (а позже
льда) в верхней части колонны, которая
будет не в состоянии воспринимать из-
гибающие нагрузки. Качественная уста-
сокращает количество свай для устрой-
ства фундаментов, но, что существенно,
позволяет свести к минимуму негативные
воздействия, связанные с отеплением
грунтов и их размораживанием. Однако
при глубоком залегании скального осно-

новка свай представляет собой сложную

операцию и требует совершенствования.
Бурозабивной тип лишен перечисленных
недостатков, но область его применения
ограничена, и он не может в полной мере
заменить предыдущий.

При всем том установка свай любого
типа нарушает сложившееся гидрогеоло-
гическое равновесие. Водоупорные слои
верхней части разреза перестают быть
таковыми, устанавливается гидравличес-
кая связь между горизонтами. Грунтовые
воды уходят ниже глубины сезонного про-
мерзания, и начинается процесс необра-
тимого оттаивания вечной мерзлоты.

Любое вмешательство человека в уяз-
вимую северную природу должно быть
тщательно продумано и подвержено все-
стороннему анализу, прежде чем начинать
какое-либо строительство.

Развитие техники и технологии буре-
ния позволило в последнее время перей-
ти к глубокому заложению свайных фун-
даментов на скальных или вечномерзлых
грунтах ниже отметки оттаивания. Это
вания или значительной толще таликовых
пропластков этот путь не подходит.

Искусственное замораживание грун-
тов способом нагнетания холодного воз-
духа через скважины достаточно эффек-
тивно и апробировано на практике. Не-
достатки метода: он может применяться
только зимой, когда температура воздуха
опускается ниже 20 градусов, для него
требуется большое количество скважин,
так как радиус промерзания грунтов обыч-
но не превышает 1,5 м, помимо буровых
установок для него нужны компрессоры,
трубы.

В статье затронута лишь малая часть
проблем, с которыми сталкиваются стро-
ители на Севере. Проблемы могут быть
решены только совместными усилиями
многих организаций. Институт «УралНИ-
ИАС», в частности, может предложить
опыт оперативного выявления утечек,
укрепления грунтов и проектирования
зданий в особых инженерно-геологичес-
ких условиях.

Интересные вопросы

Проект месяца

проект дома «Мрамор» площадь дома 92 м2


Фотогалерея


Получатель

Расчет стоимости строительства

Общая площадь дома:
Общее количество этажей:
Кровля с покрытием:
Заполнение оконных проемов:
Электрика:
Сантехника:
Отопление:
Отделка фасада:
Внутреняя отделка:
0 руб.