Главное условие надежности свайного фундамента на вечной мерзлоте – это сохранение самой мерзлоты

Главное условие надежности свайного фундамента на вечной мерзлоте – это сохранение самой мерзлоты

НИА-Заполярье / 02.11.2020 13:52

Компания «Норникель» к 2021 году воссоздаст мерзлотный мониторинг индустриальных строений в Норильском промышленном районе на базе передовых технологий. В планах — расширение системного наблюдения за состоянием зон многолетней мерзлоты и воздействием на них колебаний климатической обстановки.

Корреспонденты «Кислород.ЛАЙФ» разбираются в технологии свайного фундирования, разработанной и усовершенствованной именно в условиях Таймыра, истории строительства заполярного города и новом этапе полной модернизации всей строительной отрасли на полуострове.

Норильск почти всем обязан железобетонной свае в вечной мерзлоте: без технологии свайного фундирования, разработанной и усовершенствованной именно в условиях Таймыра, здесь вырос бы совершенно другой город – менее комфортный, более громоздкий и очень опасный. Прошедшие десятилетия эксплуатации жилищного фонда, зданий и сооружений, в том числе промышленных, показали высокую надежность свайных оснований. На таких же опорах здесь держатся и трубопроводы, и виадуки, и линии электропередач, и множество других объектов жизнеобеспечения. Практически любой, даже самый коварный грунт на вечной мерзлоте, может, как ни странно, стать надежным основанием для любого строительства – естественно, при условии грамотного использования методик свайного фундирования.

Фото с сайта kislorod.life

Но у этого метода есть важная составляющая – дома на сваях с проветриваемым подпольем могут стоять прочно, как на скале, только «при правильной эксплуатации», так как мерзлота не терпит небрежного к ней отношения. Важно как постоянное наблюдение за каждым сооружением по окончанию строительства, так и – при необходимости – использование экстренных мер для сохранения вечномерзлого грунта в «рабочем», то есть замороженном состоянии (для этого есть, к примеру, специальные охлаждающие установки).

Многолетняя практика эксплуатации всех построенных на сваях зданий в Норильске показала, что именно последующий уход за фундаментами – самый важный фактор обеспечения надежности построек любого типа. А главное условие для надежности на вечной мерзлоте – это сохранение этой самой мерзлоты. Для этого и зимой, и летом под домом должно быть холодно, поэтому основная часть жилых домов в Норильске и приподнята над землей. Полутора-двухметровое (иногда и больше) расстояние от первого этажа до вечномерзлого грунта – так называемое «проветриваемое подполье» – гарантия того, что в почву не проникнет тепло отапливаемого дома, мерзлота не оттает и не осядет, и здание не деформируется.

Опыт строителей Норильска доказал, что освоить эффективное строительство домов на сваях – лишь часть успеха. Чтобы такие постройки оказались долговечны и надежны, необходимо было обеспечить особый режим их эксплуатации, постоянный контроль и своевременный ремонт. Этим в городе исторически занимались специализированные лаборатории и предприятия, такие, например, как «Спецфундаментстрой», который с 1964 года отвечал за сохранность и состояние фундаментных конструкций. «В Норильске умели беречь мерзлоту и хранить. Заместитель директора комбината Веревкин ежедневно объезжал город с утра, смотрел, открыты ли вентиляционный «продухи» зимой, закрыты ли летом», - вспоминал историк норильского строительства Евгений Сорочкин.

Связь науки и практики

Как рассказал «Кислород.ЛАЙФ» самый титулованный и опытный мерзлотовед Норильска, директор НПО «Фундамент» Али Керимов, еще в 1959 году в Норильске был создан комплексный отдел, который входил в состав Красноярского «ПромСтройНИИпроекта» Госстроя СССР. Первым руководителем этой структуры стал легендарный Михаил Василевич Ким – бывший заключенный Норильлага, к тому время уже полностью реабилитированный, и будущий лауреат Ленинской премии (он вместе с 11 соратниками получит ее в 1966 году «за разработку и внедрение принципиально новых методов индустриального строительства в условиях Крайнего Севера»). До этого Ким два десятилетия работал начальником мерзлотной станции и отдела изысканий проектной конторы Норильского ГМК.

В конце 1980-х отдел стал структурным подразделением столичного Научно-исследовательского, проектно-изыскательского и конструкторско-технологического института оснований и подземных сооружений (НИИОСП им. Н.М. Герсеванова). Значение этого профильного научного учреждения сегодня трудно переоценить – именно оно стало разработчиком всевозможных СНиПов, ГОСТов и других нормативных документов, в том числе и для строительства на вечномерзлых грунтах. В норильском отделе работало тогда порядка 30-40 человек, которые научно сопровождали практически все строительно-монтажные работы на Таймыре, причем от стадии проектирования до непосредственной реализации. Это была уникальная практика, когда разработчик нормативов непосредственно принимал участие в процессе их практического применения! Более того, мог разрабатывать рекомендации для каждого из возводимых объектов и даже имел возможность экспериментировать. Таким образом, генеральный проектировщик («Норильскпроект») мог решать все, даже самые сложные вопросы фундаментостроения, прямо на месте – с помощью специалистов НИИОСП.

А вот мониторингом состояния вечномерзлых грунтов, а также расположенных на них зданий и сооружений занималась другая организация – Центральная мерзлотная лаборатория, работавшая в структуре Норильского ГМК. С середины 1930-х годов и практически до наших дней мерзлотный надзор состоял из трех видов контроля: наблюдения за температурным режимом грунтов оснований, геодезического контроля осадок свайных фундаментов и визуального осмотра состояния подполий зданий (с фиксацией повреждений строительных конструкций). Главным инструментарием контролеров были температурные трубки, которые закладывали при возведении зданий и после сдачи объекта передавали в ведение лаборатории. Они и служили индикаторами состояния мерзлых грунтов и фундаментов. В качестве термотрубок использовались стальные трубы диаметром, как правило, два дюйма, устанавливаемые как совместно со сваями, так и в специально пробуренные скважины, местоположение и глубина которых определялись отдельным проектом.

Установка трубок и тогда была делом затратным, но только такие устройства позволяли своевременно реагировать на растепление вечной мерзлоты. Специалистам мерзлотной лаборатории достаточно было несколько раз в год снять показания приборов и убедиться в наличии приемлемой для эксплуатации здания температуры. При отсутствии термотрубок следить за поведением вечномерзлых грунтов и свай под объектами было значительно сложнее. Приходилось бурить отдельные скважины, чтобы добраться до необходимых глубин и опять же произвести замеры. Иногда к этому подходили формально, что оборачивалось печальными последствиями…

Интересно, что Центральная мерзлотная лаборатория НГМК выполняла еще и надзорные функции, причем не только в период эксплуатации объектов, но и с первых дней строительства, начиная с приемки скважин под сваи. Например, лаборатория могла выдать строителям или эксплуатирующим службам предписание с перечнем профилактических, или исправляющих работ – в случае, если появлялась опасность растепления грунта, деформации, или любой другой угрозы фундаменту. И эти документы тогда были обязательны к исполнению! Сейчас такие же обязательные предписания может выдать только Служба строительного надзора и жилищного контроля Красноярского края, которая является органом краевой исполнительной власти, осуществляющим государственный строительный надзор, госконтроль и надзор в области долевого строительства многоквартирных домов, а также государственный жилищный контроль. Проще говоря, надзор и контроль давно перешли на уровень края, что, учитывая специфику и географическую обособленность Норильска, не могло не сказаться негативно на качестве эксплуатации технических подполий зданий и сооружений.

В середине 1990-х годов структура мерзлотной лаборатории комбината была расширена и дополнена за счет объединения с другими специализированными службами контроля, у нее появились новые направления и полномочия (например, гидротехнический надзор). Назвали новую организацию Управлением по надзору за состоянием оснований и фундаментов (УНСОФ). Мониторинг велся не только на промышленных объектах, но и на всех жилых домах Большого Норильска, поскольку жилфонд тогда еще оставался частью градообразующего предприятия. УНСОФ выполнял надзорные функции и своевременно сигнализировал о проблемах, зачастую еще до их появления. В результате обеспечивалась надежность построенных на мерзлом основании зданий. «Основная задача и суть геотехнического мониторинга заключается в том, что мы должны быть на пять-шесть шагов впереди проблемы. Не столько следить за деформациями после их появления, сколько предвидеть их задолго до этого. Для специалиста проблемы видны за много лет до их внешнего проявления», - говорит Али Керимов.

Две эти организации, филиал НИИОСП им. Н.М. Герсеванова, которым руководил Керимов, и УНСОФ «Норникеля», эффективно взаимодействовали вплоть до конца ХХ века, наглядно демонстрируя единство теории и практики. И вместе с «Норильскпроектом» стояли на страже проблем с фундаментами.

Эпоха перемен

Но в начале нового века весь жилой фонд Большого Норильска был снят с баланса Норильского ГМК и передан в ведение муниципалитета. Жилищно-эксплуатационные конторы (ЖЭКи) быстро стали частными управляющими компаниями. Все затратные структуры при этом упразднялись. Филиал НИИОСП вынужден было также выйти «на рынок», конкурируя с другими организациями, зачастую не имевшими даже малой толики того опыта и знаний, которыми обладала эта организация. «Но конкуренты стоили дешевле, и это являлось основой при выборе организации для проведения мерзлотно-технического надзора. Знания и практика ушли на второй план. Аналогичная ситуация сложилась и в области научно-технического сопровождения. Незаметно, но быстро появилось много «специалистов», «экспертов» в области мерзлотоведения, которые стали выдвигать версии, давать заключения, даже не имея исходных данных. Наши опытные мерзлотники, глядя на работу новоявленных «коллег», придумали пронизанный горькой иронией термин – «наблюдение за смертью зданий». Это когда делаются заключения о состоянии объекта, констатируются факты, и так вплоть до его полного разрушения, при этом эффективных мер по спасению сооружения не принимается. Практика оказалась губительна для бюджета города, несла потенциальную опасность для жильцов некоторых домов, а ответственности за это действующим законодательством не было предусмотрено», - сетует Али Керимов.

В 2010 году норильский отдел НИИОСП им. Н.М. Герсеванова пришлось закрыть. Головная организация стала акционерным обществом, господдержка была свернута, вдобавок ко всему сверху еще и спустили план по доходности! «Себя мы окупали, но гарантировать прибыль при отсутствии востребованности нашей работы в те годы не могли», - вспоминает Керимов. После консультаций на уровне муниципалитета и Минстроя РФ, в Норильске было образовано Научно-производственное объединение «Фундамент» – самостоятельная организация, ставшая правопреемником норильского отдела НИИОСП. Ему досталась не только интеллектуальная собственность института, но и весь накопленный на территории опыт.

Свою деятельность НПО «Фундамент» начало с мониторинга самой большой и сложной части города, находящейся тогда в ведении УК «Энерготех». Это историческая часть Норильска и несколько кварталов новостроек, где расположились разные серии жилых зданий, построенных в период с 1950 года до конца ХХ века. По словам Али Керимова, выбор локации был не случайным: в этом районе были представлены практически все существующие в Норильске типы фундаментов – от самых старых домов до современных построек. Такое сочетание представляло большой интерес с научной точки зрения, и позволяло изучать динамику изменений в жилых домах комплексно и максимально широко. К сожалению, охватить большее количество объектов НПО «Фундамент» не могло по объективным причинам – для этого нужно было больше специалистов. «Взяли столько работы, сколько смогли в тех обстоятельствах, чтобы оставаться на плаву», – резюмировал Керимов.

Эпоха перемен с ее катаклизмами нарушила и соблюдение принципа «правильной эксплуатации». В итоге за постсоветский период из-за растепления грунтов и безграмотного управления в Норильске разрушились десятки зданий. Одни из них снесли до фундамента, другие стоят в трещинах, к счастью, уже без жильцов. Еще в 2009 году в Норильске появился список жилых зданий, числящихся на особом контроле по состоянию грунтов и несущих конструкций. В нем было более 250 домов – четверть жилищного фонда! С тех пор список сильно поредел. В основном данные в него собирали за счет постоянного мониторинга, который вело УНСОФ. В «группе риска» тогда оказались и красивейшие здания сталинской застройки. Норильчанам памятна история здания НИИ сельского хозяйства Крайнего Севера, которое в 2009 году неожиданно дало трещину, не совместимую с дальнейшим пребыванием в нем людей. Сразу и бесповоротно. Повезло, что разрушения начались ночью, когда в здании никого не было. Похожие инциденты в некоторых домах Норильска и Дудинки разворачиваются и сейчас.

«Я с 1997 года – член межведомственной комиссии по признанию непригодными для эксплуатации жилых домов. Ежегодно один-два дома признают непригодными для жизни. В ста процентах случаев – из-за деформации фундаментов», - рассказывал в одной из публикаций «Таймырского телеграфа» Али Керимов. Он уверен, что если бы все осталось в том единственно верном режиме работы мерзлотных служб города, который сформировался и эффективно работал еще в конце прошлого века, то все могло быть не в пример лучше. И можно было бы спасти до 80% разрушенных ныне домов Норильска: «Строить можно везде, но крайне важно не только какой тип фундамента выбрать в конкретном месте, но и как потом сохранять его. При этом ничего не надо изобретать. Есть нормативы, положения, ГОСТы и другие нормативы».

Важно подчеркнуть, что с надзором и сохранением промышленных сооружений все сложилось не в пример лучше. Хотя УНСОФ также был расформирован, в структуре Заполярного филиала «Норникеля» появился Центр диагностики, в задачи которого вошел и мониторинг состояния всех индустриальных строений. Взаимодействие этого подразделения с НПО «Фундамент» продолжается и по сей день. И список «спасенных» промышленных (и не только) объектов Большого Норильска в результате работы специалистов-мерзлотников занимает 17 страниц! Среди них пиковая котельная на ТЭЦ-1, промплощадка рудника «Скалистый», административное здание и ФОК АО «Норильскгазпром», норильский телецентр, крытый каток «Умка» и многие другие значимые сооружения. Все они продолжают успешно эксплуатироваться.

На новом этапе

В 1970-х для изучения перспектив свайного строительства в Норильске была создана подземная мерзлотная лаборатория – в ближней тундре, недалеко от нынешней улицы Лауреатов (названной в честь всех 11 авторов метода свайного фундирования). На разной глубине, до 20 метров, там было организовано несколько комнат, куда выходили торцы свай, и ученые могли вживую наблюдать за «поведением» этих конструкций в вечной мерзлоте под разной нагрузкой. В конце 1990-х годов эта лаборатория, увы, погибла: неподалеку ремонтировали коллектор, и ее нечаянно затопили. Судьба этого научного учреждения ярче всего характеризует ту недавнюю эпоху, когда были утрачены не только навыки и способы жизни на Крайнем Севере, но и традиции.

Инцидент на ТЭЦ-3, случившийся 29 мая этого года, подстегнул процессы возвращения к истокам. Жизнь ведь всегда движется если не по кругу, то по спирали точно: «Норникель» уже заявил, что к 2021 году воссоздаст – на базе самых передовых современных технологий – мерзлотный мониторинг. Глава компании Владимир Потанин отмечал в недавнем интервью «Россия-24», что подходы к строительству, эксплуатации и обеспечению промышленной безопасности на таких территориях, как Таймыр, должны быть кардинально пересмотрены. Сам «Норникель» планирует дополнительно инвестировать в ближайшую пятилетку более 100 млрд рублей только в энергетическую инфраструктуру Норильского промышленного района, причем с упором на повышение уровня промышленной безопасности всех объектов, в том числе тех, что построены на вечной мерзлоте.

«Приоритетом развития нашей компании является устойчивый рост производства, который невозможен без развития инфраструктуры. Именно поэтому «Норникель» синхронизирует инвестиции в модернизацию топливно-энергетического комплекса с развитием горнорудной и металлургической базы. Особое внимание уделено вопросу состояния вечной мерзлоты. Мы планируем расширить системное наблюдение за состоянием зон многолетней мерзлоты и воздействием на них колебаний климатической обстановки на Таймыре, чтобы обеспечить максимальную безопасность инфраструктуры, которая обеспечивает как наши производственные мощности, так и жителей городов Норильского промышленного района», - заявил по этому поводу первый вице-президент – операционный директор «Норникеля» Сергей Дяченко.

Только в 2021 году планируется охватить геотехническми мониторингом более 500 объектов «Норникеля», что в 2,5 раза больше, чем было в текущем году. Для этого в Заполярном филиале предусмотрено увеличение численности сотрудников Центра диагностики на 20% и внедрение дополнительных методов исследования грунтов и строительных конструкций (только на закупку нового оборудования выделено 25 млн рублей), которые позволяют получить больше информации о техническом состоянии здания и своевременно выполнить мероприятия по повышению его надежности. Например, георадиолокация грунтов помогает определить верхнюю границу мерзлоты и глубину сезонно-талого слоя, не участвующего в расчете несущих способности свай, без необходимости бурения дополнительных термометрических скважин. А сейсмоакустическое зондирование – выявить произошедшие за время эксплуатации изменения внутри железобетонных конструкций.

Все данные вскоре будут стекаться в единую диспетчерскую, позже к ней подключат и систему мониторинга линейных объектов «Норильсктрансгаза» и АО «НТЭК» (магистральных газопроводов и опор ЛЭП соответственно). Общая информационная система обеспечивает контроль и предупреждение ЧС, независимо от служб, которые эксплуатируют объект. «Мы – как индикатор безопасного технического состояния здания. Если в процессе мониторинга выявляем какие-то нарушения, будь то в грунтах или в конструкциях, то сигнализируем об этом эксплуатирующему предприятию. А уже его задача – или самостоятельно устранить нарушения, или привлечь для этого проектные и ремонтные организации», – рассказал «Таймырскому телеграфу» заместитель директора Центра диагностики Виктор Шкода. Параллельно продолжается и разработка системы спутникового отслеживания деформационных движений наиболее значимых объектов Заполярного филиала, которая также будет интегрирована в общую информационную систему.

По словам замдиректора ЗФ «Норникеля» по управлению промышленными активами Максима Котельникова, перед компанией сейчас стоит масштабная задача полной модернизации всей строительной отрасли на Таймыре. Это и внедрение современных методов предпроектных исследований, и проектирование, и строительство зданий и сооружений в зоне распространения многолетнемерзлых грунтов, и, что особенно важно, применение современных стройматериалов, техники и средств геотехнического мониторинга. В целях апробации оптимальных типов фундаментов в изменяющихся геокриологических условиях в Норильске при поддержке ЗФ «Норникеля» планируется создание исследовательского полигона.

По данным Али Керимова, на полигоне будут проходить испытания различных типов фундаментов с использованием современных технологий и материалов, устойчивых к воздействиям низких отрицательных температур, апробация лабораторных методов исследований грунтов в условиях застроенной площадки, и многие другие исследования. Планируется также определение фоновых климатических параметров (тенденция изменения температуры мерзлых грунтов на различных глубинах, тенденция изменения температуры воздуха, влияние климатических изменений на температуру грунтов, оценка величины снежного покрова и его плотности, скорости ветра и др.). Все это необходимо для целей корректировки несущей способности грунтов мерзлого основания и фундаментов.

На уровне Минстроя РФ сейчас планируется обновление действующих СП «Основания и фундаменты зданий и сооружений на многолетних мерзлых грунтах. Правила производства работ» (этим занимается как раз НИИОСП им. Н.М. Герсеванова). В конце сентября Али Керимов сообщил, что после 10 лет с момента ликвидации Норильского отдела НИИОСП им. Н.М. Герсеванова головной институт, НПО «Фундамент» и НИЦ «Строительство» подписали новый лицензионный договор о совместной деятельности. Фактически, это означает, что НИИОСП возвращается в Норильск. И все организации города теперь смогут получить качественную экспертизу состояния своих объектов, а также прогноз на будущее, у этого учреждения прямо на территории. Керимов рассчитывает, что теперь результативность надзора за состоянием фундаментов в НПР существенно вырастет.

Интересно, что в Стратегии развития Арктической зоны РФ на период до 2035 году, которую президент утвердил 26 октября, прописано, что именно в Норильске должен быть создан научно-исследовательский центр технологий строительства и мониторинга состояния зданий и сооружений на северных и арктических территориях. По факту, речь идет о воссоздании такого центра, и в географическом плане это очень правильный выбор.