В России необходимо разработать глобальную систему геотехнического мониторинга за зданиями и сооружениями в городах, расположенных на вечномерзлых грунтах.
Кто не знает: от 60 до 65% территории России — это районы вечной мерзлоты, главным образом в Восточной Сибири и Забайкалье. Именно поэтому строительство на вечной мерзлоте для нас актуально, как, пожалуй, ни для кого другого. И не просто так НИЦ «Строительство» определило это в качестве одной из приоритетных, даже программных задач.
Россия обладает самой большой в мире территорией, большая часть которой расположена в зоне распространения вечномерзлых грунтов. Эта территория практически не заселена, на ней расположено не более десяти крупных городов, таких как Якутск, Норильск, Воркута, Мирный, а также малые населенные пункты. Для данного региона характерны низкие температуры воздуха, зимой достигающие -50С, и непродолжительный — 2-3 месяца — летний период. Районы эти слабо заселены, но в настоящее время интенсивно осваиваются. Развитию Крайнего Севера способствует большое количество залежей углеводородов и других полезных ископаемых. А освоение территории влечет за собой строительство зданий, сооружений и сопутствующей инфраструктуры.
При проектировании зданий и сооружений в районах распространения вечномерзлых грунтов проектировщики сталкиваются с проблемой обеспечения устойчивости сооружений. Вечномерзлые грунты — это грунты, имеющие в своем составе лед. Находясь в мерзлом состоянии, они являются очень хорошим основанием и способны воспринимать значительные нагрузки, практически не деформируясь, поэтому основная задача проектировщиков, строителей и эксплуатирующих организаций — обеспечить сохранность вечномерзлого грунта в естественном состоянии.
Для сохранения мерзлого состояния грунтов предусматривается ряд мероприятий, к которым относятся проветриваемые подполья, охлаждающие трубопроводы, закладываемые в основание сооружения, сезонные охлаждающие устройства (СОУ) и другие конструкции. Основной недостаток данных конструкций заключается в том, что без надлежащей эксплуатации и обслуживания они выходят из строя и перестают работать, в результате чего происходит оттаивание грунтов основания и возникают значительные деформации фундаментов сооружения. Так, если проветриваемое подполье эксплуатируется неправильно, если в зимний период продухи в подполье не открываются и не очищаются от снега, то в результате туда не поступает холодный воздух, охлаждающий грунт основания. Если же в летний период продухи не закрываются, происходит поступление теплого воздуха и как следствие увеличение оттаивания грунтов основания. Отсутствие надлежащим образом организованного наблюдения за охлаждающими трубами приводит к их засорению различным мусором, в результате чего данная конструкция выходит из строя, то же относится и к СОУ, если не вести наблюдение за их эксплуатацией.
Из анализа проведенных наблюдений за разрушенными зданиями на вечномерзлых грунтах известно, что подавляющее большинство аварий произошло изза неверной эксплуатации этих зданий и несвоевременного принятия решений о ремонте или реконструкции (усилении) для устранения негативных факторов, влияющих на несущую способность грунтов основания.
В настоящее время нефтяные и газовые компании, интенсивно осваивающие районы вечномерзлых грунтов, проложили нефтегазопроводы большой протяженности. Службы геотехнического мониторинга этих организаций с помощью тепловизоров ведут наблюдения за температурой грунтов оснований вблизи фундаментов линий трубопроводов, за работой сезонных охлаждающих устройств, а также за деформациями фундаментов сооружений. Наблюдение же за зданиями и сооружениями, расположенными в городах и населенных пунктах, практически не ведется.
Более двадцати лет назад, в советское время, существовали мерзлотные службы, которые занимались именно эксплуатацией и наблюдением за проветриваемыми подпольями и охлаждающими устройствами, следили за своевременным открытием и закрытием продухов в определенные периоды года, а также проводили замеры температур в основании сооружений и деформации фундаментов. В настоящее время такие службы либо полностью отсутствуют, либо существуют только в определенных районах или на небольшом числе объектов. Но центральной объединяющей организации, ведущей наблюдение за деформациями фундаментов и температурными режимами грунтов основания, нет.
В принятом в 2012 году СП 25.13330 «Основания и фундаменты на вечномерзлых грунтах» сотрудниками НИИОСП им. Н.М. Герсеванова НИЦ «Строительство» разработана глава о геотехническом мониторинге, где подробно описаны требования, которые должны выполняться на стадии проектирования, указаны параметры, которые необходимо контролировать в период строительства и эксплуатации сооружений. Однако для уже существующих зданий и сооружений применение данного СП невозможно в силу того, что эти здания построены достаточно давно и наблюдения за ними практически не ведутся. Отсутствуют данные наблюдений за температурным режимом грунтов оснований и за деформациями, что создает определенное беспокойство за сохранность этих зданий.
Учитывая важность сохранения зданий и сооружений криолитозоны, следует разработать глобальную систему геотехнического мониторинга за зданиями и сооружениями в городах, расположенных на вечномерзлых грунтах с устройством термометрических скважин, установкой геодезических марок, гидрогеологических скважин, обеспечить систематические наб людения за температурой грунтов основания, осадками сооружений и уровнем подземных вод для наиболее ответственных сооружений. Это позволит обеспечить сохранность данных сооружений, будет способствовать своевременной разработке и применению мероприятий, позволяющих сохранять здания от деформаций.
Следовало бы поручить одной из научно-исследовательских организаций аккумулировать поступающие данные системы геотехнического мониторинга для разработки указанных выше мероприятий и в дальнейшем для анализа поведения основания в вечномерзлых грунтах, что позволило бы в дальнейшем проектировать основания и фундаменты более качественно, исключая ошибки предшественников. Кроме того, необходимо разрабатывать инновационные методики устройства фундаментов с использованием специфических свойств данных грунтов.