Фундаментпрокт Освоение российской Арктической зоны на официальном уровне признано приоритетным в планах развития страны. Во-первых, это почти пятая часть территории РФ, во-вторых, там имеются огромные запасы разведанных природных ресурсов, в-третьих, это стимулирует развитие Северного морского пути как наиболее перспективного маршрута из Европы в Азию — разумеется, при нормальном развитии прибрежной инфраструктуры для его поддержки.
Освоение — это прежде всего строительство. О его перспективах в районах Крайнего Севера «Стройгазете» рассказал заместитель генерального директора Научно-исследовательского проектно-изыскательского института «Фундаментпроект» Александр РЯЗАНОВ.
Александр Викторович, в последнее время много разговоров об освоении Арктической зоны России. С чем сопряжено строительство в Арктической зоне?
С тем, что Арктические территории полностью лежат в криолитозоне и строительство здесь неизбежно будет сопряжено с многолетнемерзлыми грунтами. Проблема в том, что мерзлые грунты как основание сооружения и их прочностные характеристики зависят от их температуры. Это такой фактор, когда от изменения на десятые доли градуса сильно меняются характеристики грунтов. И тут в дело вмешивается глобальное потепление, от которого в первую очередь страдают южные области криолитозоны, где температура грунтов от 0 до минус 0,5 градусов по Цельсию.
Понятно, что любое колебание климата сразу отражается на температуре грунтов и их несущей способности. Кроме того, вечная мерзлота остро реагирует на нарушение естественных условий. Растительный покров — кустарник, мох, лишайник — служит сформировавшейся естественным образом теплоизоляцией, которая сглаживает колебания климата и делает мерзлоту более стабильной.
И тут приходит строитель…
Приходит строитель, снимает или разрушает гусеничной техникой этот покров, запуская процесс растепления мерзлоты. А ведь советские нормы требовали сохранения этого растительного покрова.
То есть, если откопал в вечной мерзлоте мамонта — закопай его назад, чтобы не нарушать сложившийся природный тепловой баланс?
Фигурально говоря, да. Растепление участка раскопки в конечном итоге обойдется дороже стоимости его бивней.
Понятно, что грунты бывают разные — пески, суглинки, торф. А как вечная мерзлота отражается на скальных породах?
В последние годы специалисты отказались от термина «вечная мерзлота»: она не вечная, как мы теперь видим. Теперь правильно говорить — «многолетняя мерзлота». Что касается скальных пород, то они тоже разные. Условно говоря, есть скальные породы, не трещиноватые, сохранившиеся цельными массивами практически; есть многолетнемерзлые скальные породы, уже разрушенные частично, трещиноватые, где много льда, если они будут оттаивать, будут происходить деформации.
Так что с неразрушенными породами все нормально, а по строительству на трещиноватых скальных породах есть соответствующие технические решения. Например, в Норильске много зданий, которые стоят при оттаивании многолетних мерзлых скальных пород — и ничего: фундаменты там через мерзлые льдистые неустойчивые суглинки опираются прямо на скалу. Мы выступали, кстати, экспертами по печальному происшествию на резервуаре «Норильского никеля», который был построен чуть ли не в 1970-х годах. Так вот, его проектировала проектная организация, которая не специализировалась на мерзлоте, и спроектировала его с некоторыми ошибками. В дальнейшем, в период эксплуатации, на это наложились дополнительные факторы, включая глобальное потепление климата.
Строительство на вечной мерзлоте ведется относительно давно. Работают ли еще старые традиционные технологии, появились ли инновационные методы — и как они сочетаются?
Есть традиции и инновации в части строительства на мерзлоте. Они разные: есть реализуемые технические решения, а есть методики расчета и проектирования, позволяющие выбрать эти или другие решения.
Да, вечная мерзлота есть в Канаде, на Аляске, но другая: грунты, как правило, менее льдистые, и, соответственно, более стабильные. А у нас грунты — порой сплошной лед, и на нем успешно строим, эксплуатируем, пройдя довольно долгий путь, — развивались методы исследования мерзлоты, методы проектирования. Сегодня из организаций, что комплексно специализировались на инженерных изысканиях и проектировании на вечной мерзлоте, остался, к сожалению, практически один «Фундаментпроект». Еще в 1980-е годы институт разработал методику, которой мы до сих пор пользуемся и даже создали на ее основе программный комплекс для 3D-моделирования температур в мерзлом массиве с учетом глобального потепления климата и влияния сооружений, а также охлаждающих установок.
На основании этой программы мы разработали методику проектирования, нормативную документацию по численным методам расчета. С ее помощью можно все привходящие факторы учитывать: как они накладываются друг на друга, как они меняются, можно просто в 3D-модели рассчитывать фундаменты и затем проектировать технические решения. Считать ли это инновацией? Эта технология и методика, основанная еще на советской разработке, пусть еще в древнем интерфейсе, но до сих пор реально работает.
Вы сказали об охлаждающих установках. Это получается — холодильники для грунта?
«Фундаментпроект» с некоторыми другими организациями стоял у истоков так называемой термостабилизации. Это методика устройства искусственного замораживания мерзлоты. Речь идет о неустойчивой высокотемпературной мерзлоте, которая быстро реагирует на малейшие колебания температуры. Чтобы повысить ее инертность, добиться стабильности, мы ставим в основаниях, у фундаментов сооружений термостабилизаторы — герметичные металлические трубки, заполненные фреоном. Они работают по принципу геотермального насоса, только геотермальный насос забирает тепло из грунта и отапливает здание или греет воду, а здесь надо тепло «вытащить» из грунта и сбросить в атмосферу. Такие устройства с определенным шагом ставятся в подполье сооружения. Эти трубки не требуют дополнительной энергии и за счет физики, когда устанавливаются отрицательные температуры воздуха, высасывают тепло из грунта и отдают его наружу. Подобные системы развивались еще в 1950-х годах, но тогда они заполнялись керосином, который медленно циркулировал внутри и как-то охлаждал. Современные технологии позволили использовать металлические трубки 30-40 мм в диаметре, в них фреон гораздо интенсивнее циркулирует.
Такая рекуперация наоборот?
Именно! Иногда мощности таких пассивных термостабилизаторов не хватает, приходится задействовать термостабилизаторы принудительного действия, работающие на электричестве, — мощные холодильники. Так было сделано на Варандейском терминале компании «Лукойл». Там огромные резервуары дизельного топлива стоят непосредственно на грунте, а внутри них температура около +60°С. Около 20 лет назад мы для резервуаров разработали и смонтировали термостабилизаторы, каждый из которых снабжен небольшим холодильным компрессором, в летнее время работающим принудительно, а зимой — естественным образом от холодного воздуха. Эти системы до сих пор успешно работают. Это вообще ноу-хау, которое никто прежде не применял, тем более на реальных объектах.
А есть традиционные рабочие технологии?
Да, есть старое решение: поднять сооружение, поставить его над землей, на сваях, сформировать холодное подполье, чтобы не было теплового влияния, контакта между сооружением и грунтом. Это рабочая до сих пор технология. Ее начали широко применять прошлом столетии, и она хороша была для того климата. Сегодня, с учетом того, что климат значительно меняется, ресурс таких сооружений не всегда может быть обеспечен только подпольем.
А есть ли разница в строительстве точечных и протяженных объектов транспортной и инженерной инфраструктур — дорог, железнодорожных путей, трубопроводов?
Конечно, во всем свои особенности. Наработки в этой части есть, есть и сложности, но нерешаемых проблем нет. Одна из проблем связана с тем, что протяженные объекты могут пересекать много климатических и природных зон.
По площадному точечному объекту производятся инженерные изыскания и проектирование, где достаточно разработать одно-два технических решения на площадку. Дороги же представляют собой протяженные участки, которые могут идти по скальнику или по слабым дисперсным глинистым, песчаным грунтам, по болотам. Здесь важно уже на этапе инженерных изысканий найти правильные подходы к типизации этих грунтовых условий, после чего искать решения, подходящие для данного типа грунта. В принципе, если не скупиться на инженерные изыскания, на построение детальных карт районирования территории по инженерно-геологическим условиям, то все можно сделать качественно.
А с сохранением вечной мерзлоты под инфраструктурными объектами как быть? Ведь неизбежно будут нарушаться природный тепловой баланс, естественная теплозащита?
Подход один — по месту делать вариантное проектирование: смотреть температурный баланс, проектировать мероприятия по защите вечной мерзлоты как от материалов, используемых при строительстве, так и от воздействия, скажем, транспорта на температурный режим. Для сохранения мерзлоты под трассой можно предусматривать защитные слои, насыпи. На самом деле дорога захватывает узкий участок территории под ней, значит, можно в определенных случаях использовать то, что окружающий этот участок мерзлый массив будет оказывать охлаждающее боковое влияние и работать в поддерживающем режиме.
