Строительство на вечной мерзлоте — потенциал в два триллиона долларов США

Тема строительства на вечномёрзлых грунтах представляется более чем актуальной – очевидно, что в свете открытых объемов углеводородов в российской Арктике объём строительства на данных территориях будет только возрастать.

fc84dd11dd153e0d773274ffafe21add.jpg

Так, в Ямало-Ненецком автономном округе ежегодно добывается примерно 90% российского газа, что составляет около 20% мировой добычи (разведанные запасы ЯНАО достигают четверти мировых). На полуострове Ямал и в прилегающих акваториях уже открыто 11 газовых и 15 нефтегазоконденсатных месторождений, чьи разведанные и предварительно оценённые запасы составляют примерно 16 трлн. куб. метров газа, а прогнозные – около 22 трлн., конденсата – почти 231 млн. тонн, нефти – более 291 млн. тонн.

Масштабы транспортного, промышленного и жилищного строительства в ЯНАО также возрастут в разы, чтобы удовлетворить темпам развития экономики региона и росту численности населения, которое к 2020 году увеличится на 10%.

Ямал в циркумполярном мире уже занял прочную позицию центра арктических преобразований. В ближайшие десять лет регион будет соединён железнодорожным сообщением с Воркутой. Через его территорию пройдет Северный широтный ход.

В округе будет построен большой морской порт, в три раза превышающий по своим производственным возможностям порт Мурманска. «Ямал – это уникальный регион, который имеет очень большой инвестиционный потенциал, связанный с добычей углеводородного сырья. Он оценивается в два триллиона долларов США», – подчеркнул губернатор автономного округа Дмитрий КОБЫЛКИН.

Он также сообщил, что на строительство железной дороги Надым – Салехард потребуется затратить около 158 миллиардов рублей. «Это полностью инвестиционный проект, связанный с перевозкой углеводородного сырья, – сказал он. – Грузоперевозки обеспечат возврат денежных средств за 10-15 лет».

0baf81561c6d3ce4ab8810d88c7ca9e3.jpg

Экспертное мнение

Все проекты в зоне вечной мерзлоты должны быть экспериментальными

Академик Владимир МЕЛЬНИКОВ, доктор геолого-минералогических наук, член президиума Сибирского отделения РАН, директор Института криосферы Земли СО РАН (Тюмень)

Для решения проблемы сопряжения экономического освоения Арктики с сохранением её экологического равновесия нужна, прежде всего, политическая воля. В целом проблема очень серьёзная, особенно для России, которая оказалась самой богатой на мерзлоту и самой богатой на полезные ископаемые, которые на 75% расположены в зоне этой мерзлоты. Изменения происходят, но крайне медленно.

Мы ратуем за то, чтобы проекты на новые объекты в зоне вечной мерзлоты все были экспериментальными, чтобы все стройки имели обязательное научное сопровождение. Потихоньку понимание важности такого подхода пробивает себе дорогу, и число обращений к нам за консультациями начинает увеличиваться, но очень-очень медленно.

Почему все проекты должны носить статус экспериментальных? Потому что мы пережили фазу потепления. Это была естественная фаза. До неё, с 1946 по 1975 годы, планета находилась в фазе похолодания. Тогда в Якутии нередки были зимние температуры в – 60...65 градусов по Цельсию. В нынешнюю 30-летнюю фазу таких температур ни разу не отмечалось. В результате потепления мы зафиксировали серьёзную деградацию, другими словами – оттаивание мёрзлых пород, особенно проявившееся в некоторых районах России. Больше всего это характерно для Центральной Якутии и Западной Сибири, меньше – для европейского Севера.

Институт мерзлотоведения вместе с коллегами из Германии уже 14 лет проводит экспедиции в районе устья реки Лены и в море Лаптевых. Они изучают подводную мерзлоту, разрушение берегов, изменения флоры и фауны. Примерно тем же перечнем проблем в Карском море занимается Институт криосферы Земли. В частности, установлено, что полуостров Ямал подвержен оползнеобразованию на очень пологих склонах, за минувшие 30 лет интенсивность этих процессов возросла и они продвинулись к северу.

В связи с потеплением увеличилась мощность протаивания мёрзлых пород. Это привело к снижению несущей способности почвы, таким образом, при строительстве сооружений необходимо учитывать, что от фазы похолодания к фазе потепления диапазон изменения свойств грунта резко меняется. Поэтому наши нормы и регламенты строительства должны это учитывать. Стационарные исследования в течение 30-40 лет показали, что чувствительность грунтов к потеплению различна. Имеются аналогичные районы с высокой чувствительностью, что резко сказывается на свойствах горных пород. Поэтому и нужны эксперименты, предваряющие проект, дабы знать, с чем имеем дело в конкретном случае.

Мерзлота создаёт особые условия для освоения территорий: для сельского хозяйства, добычи полезных ископаемых, строительства, то есть возникает масса практических вопросов, которые необходимо решать, опираясь на знания о закономерностях распространения, залегания мёрзлых пород, их связи с климатом и деятельностью человека.

58dd68c1af0ab670e591c8478077ca8b.jpg

Строительство на вечномёрзлых грунтах: технологии, проблемы качества, перспективы

Г. ДОЛГИХ, генеральный директор НПО «Фундаментстройаркос», к.т.н., почетный строитель России:

На сегодняшний день вечномёрзлые грунты занимают до 70% территории России. Причем здесь сконцентрированы основные углеводородные запасы нашей страны, которые, как известно, ещё долгие годы будут оставаться становым хребтом экономики. Поэтому решению проблем строительства на мерзлоте всегда придавалось и придаётся особое внимание, т. к. вечномёрзлые грунты чрезвычайно многообразны и, учитывая их недостаточную изученность, очень опасны.

Разновидность грунтов простирается от мелкодисперсных осадочных до мелко- и крупнообломочных, спаянных льдом.

Строительная глубина оснований и фундаментов большинства сооружений составляет, как правило, 10-15 м. Для специфических объектов (мосты, плотины, скважины) она существенно больше. На этой глубине встречаются самые различные типы грунтов как по составу, так и по мерзлотному состоянию, в т. ч. чистые льды, твердомёрзлые грунты, пластично-мёрзлые и талые.

Последнее при отсутствии сквозного «талика» означает заглублённую кровлю вечномёрзлых грунтов. Весьма существенно, что всё это многообразие может существовать на одной строительной площадке и даже в пределах одного здания или сооружения, причём в «черезполосицу» по глубине.

Практика строительства показывает, что здания и сооружения строятся в основном с сохранением мёрзлого состояния грунтов оснований на весь период эксплуатации, т.е. по I принципу строительства зданий и сооружений на вечномёрзлых грунтах.

28f00bf3dd289a381b7d77f0e24648d4.jpg

При этом применяются два основных технических решения: проветриваемые подполья и холодные этажи, которые действуют в качестве охлаждающего инструмента, компенсирующего теплопритоки от зданий и сооружений; здания и сооружения на подсыпках, охлаждаемых трубами и каналами. В последнее время доля сооружений, возводимых на охлаждаемых насыпях, непрерывно и существенно возрастает из-за очевидных экономических и эксплуатационных достоинств.

Применение охлаждающих каналов уменьшается из-за существенных недостатков; применение охлаждающих труб возрастает: это и американские насосные системы, и российские безнасосные системы «ГЕТ» и «ВЕТ» (горизонтальные и вертикальные естественнодействующие трубчатые соответственно). Применяются также слабонаклонные индивидуальные СОУ (сезоннодействующие охлаждающие устройства), но применение их ограничено из-за слабой мощности и существенных помех при эксплуатации.

В целом технических средств обеспечения устойчивости зданий и сооружений на вечномёрзлых грунтах в настоящее время вполне достаточно. Тем не менее существует огромное количество деформирующихся зданий и нарушенных сооружений, причём нарушения эти возникают и во время строительства, и во время эксплуатации. Что происходит?

Ответ на этот вопрос лежит в многочисленных нарушениях строительных норм и правил, которые происходят на всех стадиях строительного процесса и в период эксплуатации, а также в возникших уродливых взаимоотношениях между организациями, дающими заказы на выполнение работ, и организациями, принимающими заказы на это выполнение.

c2722d557caf71cb51633233eeb97ef6.jpg

Строительный процесс многоступенчатый: обоснование инвестиций; генеральный план; инженерные изыскания и проектные работы на стадии «проект» и стадии «рабочая документация»; строительство оснований и фундаментов и далее зданий и сооружений на этих фундаментах.

Ситуацию с нарушениями можно проанализировать на конкретных примерах. Так, при строительстве Салехардского аэровокзала из-за ошибок в инженерных изысканиях была «пропущена» в начале, а затем «найдена» мерзлота. Пришлось изменять принцип использования грунтов основания и промораживать оставшиеся «талики» уже под построенным зданием. В г. Надыме основания и фундаменты двух жилых домов были спроектированы организацией, не имеющей профессиональных знаний по вечномёрзлым грунтам. В результате оба дома покосились на 20…30 см по верху зданий.

На Верхнечонском месторождении построен 20-тысячный резервуар с проветриваемым подпольем на свайном фундаменте. В результате низкой квалификации строителей и слабого контроля в условиях сложного состояния вечномёрзлых грунтов основания и некоторые сваи (а это опаснее, чем все сваи) не понесли проектной нагрузки.

Это недостаточность культуры эксплуатации, заботы проектировщиков, качества строительства. В последнее время приходится постоянно сталкиваться с одним очень опасным явлением, связанным с тендерным выбором субподрядчиков.

В погоне за низкой ценой многие генподрядчики привлекают временные бригады, неквалифицированные коллективы и предприятия, которые не имеют понятия о вечномёрзлых грунтах. В результате теряется ответственность за качество систем стабилизации грунтов и наносится невосполнимый ущерб.

Тем не менее подобная концентрация внимания на негативных примерах отнюдь не говорит о том, что безответственное строительство на вечномёрзлых грунтах – явление повальное. В целом у большинства заказчиков есть понимание – с насколько шатким основанием приходится иметь дело, и в России имеется уникальный опыт успешного строительства в условиях мерзлоты, научные разработки и постоянно востребованные высококлассные специалисты.

6481d39d354d3764a333d727ea17f7c8.jpg

А. Б. ОСОКИН, кандидат геолого-минералогических наук, заместитель директора Инженерно-технического центра ООО «Газпром добыча Надым»

Строительная практика последних десятилетий на севере Западной Сибири свидетельствует о том, что под воздействием многолетних изменений климатических условий и локальных техногенных факторов мерзлотно-геологические условия участков промышленной и гражданской застройки претерпевают существенные изменения.

Отмечается повсеместная деградация многолетней мерзлоты: повышение среднегодовых температур мёрзлых грунтов в отрицательном диапазоне и оттаивание их с поверхности. Данные обстоятельства приводят к развитию деформаций зданий и инженерных сооружений, а также к возникновению осложнений при новом строительстве, связанных с необходимостью предпостроечного промораживания (охлаждения) грунтов и поддержания проектных температурных условий в течение всего срока эксплуатации объектов.

С учётом имеющегося опыта и наблюдаемых тенденций основным вектором развития фундаментостроения в условиях Арктики должен стать переход от концепции адаптации объектов капитального строительства к мерзлотно-геологическим условиям территории, характерной для 1970-80-х годов, к концепции управления мерзлотно-геологическими условиями территории застройки с использованием современной строительной криотехники, на основе моделирования взаимодействия инженерных объектов с многолетнемёрзлыми грунтами, с учётом прямого и опосредованного воздействия всего комплекса природных и техногенных факторов.

Такой подход реализуется при строительстве объектов обустройства Бованенковского нефтегазоконденсатного месторождения на полуострове Ямал. Впервые при проектировании оснований и фундаментов крупного промышленного комплекса в криолитозоне закладывается резерв надёжности в связи с наблюдаемой тенденцией многолетнего потепления климата. Думаю, что данные принципы должны использоваться при капитальном строительстве в Арктике во всех отраслях хозяйства.

95695eb6bcd86808c69191db140ca5e7.jpg

Комментарии