Петербургские ученые разработали сваи для строительства в Арктике

Исследовательская группа кафедры геотехники СПбГАСУ создала новую конструкцию свай для строительства в условиях вечной мерзлоты, выполненных из композитных материалов с модифицированной поверхностью. Несущая способность инновационных моделей сопоставима с железобетонными аналогами, в отличие от металлических конструкций им не страшна коррозия. В строительстве такие сваи окажутся значительно дешевле, ведь композитные конструкции легче, их проще перевозить, а именно логистика составляет одну их ключевых статей расходов для объектов Крайнего Севера.

- Сейчас ведется подготовка к масштабным испытаниям, - говорит один из авторов исследования, доцент кафедры геотехники СПбГАСУ Сергей Ланько.

Ланько - один из молодых ученых университета. Сфера научных интересов Сергея - возведение фундаментов в условиях вечномерзлых грунтов. В СПбГАСУ для исследовательской работы в этом направлении созданы все условия.

Вуз обновил оборудование в мерзлотной лаборатории, которая позволяет моделировать условия отрицательных температур.

Сердце лаборатории - это мерзлотная камера площадью девять квадратных метров. Там можно задавать температуру до минус 25 градусов. Именно в этой камере исследовательская группа промораживала образцы грунта с металлическими, железобетонными и композитными моделями.

Испытания показали: холод композитным конструкциям не страшен.

Также для испытаний на морозостойкость конкретных соединений в университете есть несколько современных криокамер.

- В условиях вечной мерзлоты нельзя строить, как в средней полосе России. Должен быть иной подход, как при проектировании кварталов, так и при непосредственном строительстве любого здания или инженерного объекта, - отмечает исследователь и приводит пример: на Крайнем Севере часто выходят из строя опоры линии электропередачи: их буквально выталкивает из земли.

Дело в том, что мерзлый грунт с поверхности протаивает в теплый период года, а в зимний период происходит промораживание этого слоя, из-за чего происходит увеличение грунта в объеме, которое называется морозным пучением. На практике это приводит к тому, что железобетонные или металлические сваи поднимает на величину до полутора метров.

- Идея разработки таких свай пришла к нам совместно с моим магистрантом, а ныне аспирантом, Андреем Бояринцевым, которого мой коллега устроил на работу на один из объектов на Севере. Там для защиты свай от морозного пучения использовали устаревший метод обмазки технической смазкой и обмоткой пленкой. После этого возникла мысль о создании композитной сваи с различными поверхностями, которые бы хорошо работали в абсолютно разных условиях.

Авторы идеи полагают, что композитные сваи окажутся более надежными и не будут подвергаться выталкиванию при морозном пучении грунтов.

Производители композитных материалов уже заинтересовались разработкой. Каждый год в арктических широтах температура повышается в среднем на полградуса, постепенно территории, сотни лет скованные мерзлотой, начинают оттаивать. И при строительстве на Крайнем Севере этот момент необходимо учитывать.

Сергей Ланько говорит, что сегодня есть методики прогноза температурного режима грунтов с учетом ежегодного повышения температуры воздуха. Также в ближайшие годы перед специалистами по мерзлым грунтам неизбежно встанет новая проблема: по данным исследования НИИОСП, большая часть зданий крупных городов, построенных в вечной мерзлоте, может перейти в аварийное состояние из-за растепливания вечной мерзлоты. Соответственно, уже сейчас исследователям необходимо предлагать решения для усиления фундаментов зданий и инженерной инфраструктуры.

И хотя при таянии грунтов часто говорят о глобальном потеплении, нередко этот процесс не имеет к нему никакого отношения. Исследователь объясняет: растепливание грунтов может происходить при любом строительстве.

Исследования мерзлых грунтов производятся в нескольких вузах страны, поэтому инженерные кадры очень востребованы. Как полагает Сергей Ланько, в данной сфере есть большой простор для научных изысканий. Программы по развитию Арктики предполагают строительство значительного числа объектов, а также восстановление существующей инфраструктуры. Многие проекты уникальны и требуют новых исследований вечной мерзлоты.