0
0
На сваях над мерзлотой: как строят дома на Ямале и в других регионах Крайнего Севера
Ямал и другие регионы Крайнего Севера стоят на вечной мерзлоте, которая постепенно меняется под влиянием климата. В таких условиях строителям приходится искать особый подход к возведению домов, например, устанавливать их на сваи. Какие инженерные решения используются для сохранения вечномерзлых грунтов и с какими проблемами сталкиваются застройщики — разбирался «Север-Пресс».
Почему сваи стали основным решением для Крайнего Севера
Главная причина строить дома на сваях — вечная мерзлота и ее поведение при нагревании. Верхний слой грунта на Севере летом оттаивает, а зимой снова замерзает. Если поставить тяжелый дом прямо на такой грунт (как делают в средней полосе России), тепло от здания начнет прогревать землю под ним. Мерзлота под фундаментом растает, превратится в грязевую кашу, и здание начнет проседать, крениться и покрываться трещинами. Сваи позволяют пройти этот нестабильный, оттаивающий слой и опереться на прочный, стабильный мерзлый грунт, который находится на глубине нескольких метров и не меняет своих свойств круглый год.
«Смысл свайного фундамента на мерзлоте не просто в том, чтобы «уйти поглубже». Свая передает нагрузку здания на более глубокий слой грунта и при определенных условиях работает совместно с мерзлым грунтом за счет смерзания поверхности сваи с грунтом».
Ирина Карапетова
доцент Финансового университета при правительстве РФ
Фундамент всегда проектируют с учетом теплового режима земли. Чтобы сохранить мерзлоту, дом стараются приподнять над поверхностью, делают холодное проветриваемое подполье и теплоизоляцию, а иногда добавляют вентиляционные каналы или сезонные охлаждающие устройства (это прямо предусмотрено строительным Сводом правил).
«Поэтому принцип можно сформулировать так: на Севере проектируют не просто фундамент, а систему «здание — фундамент — грунт — теплообмен».
Ирина Карапетова
доцент Финансового университета при правительстве РФ
Особенности проектирования домов на вечномерзлых грунтах: два принципа
При проектировании домов в подобных условиях учитываются принцип использования грунта в качестве основания, а также тепловое и механическое взаимодействие сооружения с ним. В Своде правил о проектировании фундаментов на вечномерзлых грунтах есть два таких принципа.
Принцип I
При первом принципе строительства, когда грунт нужно сохранить в мерзлом состоянии, используются свайные, ленточные, столбчатые и плитные фундаменты. Чтобы мерзлота под зданием не таяла, применяют специальные охлаждающие устройства и снижают тепловое воздействие дома на землю.
Термостабилизация грунтов — это еще и выгодно: она позволяет снизить стоимость строительства до 50% и почти вдвое сократить сроки работ, отметила руководитель проектной компании LAW Architect, сотрудник кафедры архитектуры Уральского федерального университета Варвара Семенова.
На практике чаще всего выбирают свайные фундаменты. Причина в том, что по правилам нужно оставлять проветриваемое техническое подполье высотой не менее 1,2 метра, а если под домом проходят коммуникации — не менее 1,4 метра.
Принцип II
При втором принципе грунты используют в талом или оттаивающем состоянии. Это значит, что землю либо специально размораживают до нужной глубины еще до начала стройки, либо допускают ее оттаивание уже во время эксплуатации здания.
Такой подход применяют, когда:
- под землей находятся скальные или другие прочные породы, которые при оттаивании почти не дают усадки;
- вечная мерзлота распространена неравномерно (пятнами);
- по техническим причинам невозможно обеспечить надежность здания, если сохранять грунт в мерзлом состоянии.
При втором принципе выбор фундамента сильно зависит от того, на какой глубине находится прочный несущий слой грунта. Чаще всего он залегает очень глубоко, поэтому делать обычные столбчатые фундаменты невыгодно и нецелесообразно.
Для этого принципа используют монолитные и сборные железобетонные ленты, железобетонные плиты, столбчатые фундаменты или сваи.
Какие типы свай используются в вечной мерзлоте
Упрощенно можно выделить несколько видов:
- Буроопускные сваи. Сначала устраивается скважина, затем в нее опускается свая, а пространство между сваей и грунтом заполняется раствором. Важную роль играет смерзание сваи с окружающим грунтом.
- Опускные сваи. Их погружают в предварительно оттаявший грунт.
- Забивные/бурозабивные решения. Использование зависит от конкретных грунтовых условий и технологии устройства.
- Винтовые сваи — их завинчивают в грунт. В частности норматив допускает их применение в пластичномерзлых грунтах, но важны определенные условия и результаты испытаний.
- Буронабивные и другие специальные конструкции. Они тоже возможны, но должны быть обоснованы расчетами и испытаниями. То есть различие не сводится к форме сваи. Важны способ устройства, температура и свойства грунта, характер передачи нагрузки и изменение свойств основания со временем.
«Строительство на Севере — это всегда вызов, где выбор типа свай (забивных ЖБ, стальных трубчатых, буроопускных, буронабивных или винтовых) диктуется геологией, температурным режимом грунтов и нагрузкой от здания. Например, для легких панельно-каркасных домов винтовые сваи становятся отличным решением: они минимизируют земляные работы и ускоряют сроки устройства фундамента. Но это не панацея. Требуется точный расчет глубины и диаметра свай, надежная антикоррозийная защита и строгий контроль монтажа».
Татьяна Суворова
глава экспертного центра «ИЖС ТЕХНОНИКОЛЬ»
Что произойдет, если вечная мерзлота под домом будет таять
Оттаивание — один из главных рисков при строительстве на мерзлоте. В мерзлом грунте лед буквально входит в его структуру, работая как цемент. Когда температура повышается, и лед тает, механические свойства грунта резко меняются. Особенно это опасно для льдистых грунтов: после оттаивания земля уплотняется и проседает, а значит, фундамент может потерять опору.
«При этом опасно не только само уменьшение несущей способности, но и то, что процесс может идти неравномерно. Например, под одной частью здания грунт оттаивает сильнее из-за теплового воздействия, чем под другой. Тогда фундамент получает разные осадки».
Ирина Карапетова.
доцент Финансового университета при правительстве РФ
Чтобы сохранить мерзлоту и поддерживать нужный тепловой режим, в проектах фундаментов по первому принципу предусматривают:
- вентилируемые подполья или холодные первые этажи;
- вентилируемые трубы, каналы или фундаменты в основании здания;
- сезонные охлаждающие устройства (жидкостные или парожидкостные) — вертикальные, наклонные или анкерные;
- другие меры (например, теплозащитные экраны), которые уменьшают нагрев грунта от здания.
Отдельно выделяют системы ГЕТ и ВЕТ. Это разветвленные сети тепловых трубок с общим контуром и испарителем, которые централизованно обеспечивают циркуляцию хладагента и его конденсацию. Горизонтальные системы (ГЕТ) используют для замораживания грунта на больших площадях, а вертикальные (ВЕТ) — для управления температурой на большой глубине.
Дома на сваях и изменения климата
Изменение климата предъявляет инженерам более высокие требования при проектировании объектов на Севере. Теперь приходится учитывать не только текущую температуру грунта, но и то, как она может измениться за весь срок службы здания.
Искусственная поддержка теплового режима помогает, однако полностью защититься от климатических изменений невозможно. Поэтому особенно важными становятся прогнозирование и регулярный мониторинг состояния грунтов.
«Я бы выделил три главных условия надежного строительства на Севере. Первое заключается в качественных изысканиях: ошибки в оценке грунтов на начальном этапе могут привести к серьезным последствиям уже в процессе эксплуатации. Второе условие заключается в комплексном проектировании, когда фундамент, тепловая защита здания, вентиляция подполья и водоотведение рассматриваются как единая система. Третье условие заключается в постоянном контроле состояния объекта после ввода в эксплуатацию, включая измерение температуры грунта и наблюдение за деформациями».
Алексей Лукьянчиков
основатель инжиниринговой компании «Элемент», член-учредитель Ассоциации НОТЕХ
Эксперты делают вывод, что строительство на вечной мерзлоте требует комплексного подхода, при котором здание, фундамент, грунт и теплообмен проектируются как единая система, а не как отдельные элементы.
На Ямале уже установлено 15 пунктов наблюдения за вечной мерзлотой. До конца года добавят еще три. Система поможет прогнозировать геотехнические риски из-за потепления — «Север-Пресс» узнал, как будет развиваться мониторинг.
Читайте «Север-Пресс» в мессенджере «Макс».
0
0
Теги: