Климат вечной мерзлоты и его влияние на строительство

PERMAFROST CLIMATE AND ITS IMPACT ON CONSTRUCTION

Darya Pogozheva

Student of the Engineering Institute of the North Caucasus Federal University, Russia, Stavropol

Аннотация. В статье рассматриваются проблемы, возникающие при строительстве на вечномерзлых грунтах. Они связаны со спецификой основания, используемого под фундамент будущего здания или сооружения.

Abstract. The article deals with the problems that arise during construction on permafrost soils. They are related to the specifics of the foundation used for the foundation of the future building or structure.

Ключевые слова: вечномерзлый грунт, изменение климата, строительство на вечномерзлый грунтах, основания и фундаменты, оттаивание.

Keywords: permafrost, climate change, construction on permafrost, foundations, thawing.

Введение. При строительстве объектов на территории Севера требуется понимать проблемы вечной мерзлоты и уметь их решать.

В последние десятилетия наблюдается повышение температуры воздуха. Соответствующие изменения в вечной мерзлоте и активном слое могут привести к снижению несущей способности грунта, чего, возможно, не ожидалось во время строительства в районах вечной мерзлоты.

Грунты на рассматриваемой территории имеют сильное влияние на строительство и техническое обслуживание дорог, железных дорог, аэродромов, мостов, зданий, плотин, канализационных коллекторов и линий связи.

Тщательное изучение мерзлого грунта должно быть частью планирования любого инженерного проекта на севере.

Принципы проектирования.

Как правило, чаще всего при строительстве пытаются как можно меньше нарушать вечную мерзлоту, чтобы поддерживать устойчивый фундамент.

При возведении зданий и сооружений по первому принципу устраивают вентилируемые подвалы, возводят неотапливаемые первые этажи здания, устраивают теплоизолирующие насыпи, возводят фундамент, который не нарушает тепловой режим вечной мерзлоты. При проектировании по второму принципу используют грунт в оттаявшем состоянии (предварительно или во время эксплуатации).

Таяние вечной мерзлоты и морозное пучение.

Поскольку таяние вечной мерзлоты и действие морозов участвуют практически во всех инженерных задачах, целесообразно рассматривать эти явления в целом. При повышении температур уменьшается несущая способность грунта, тогда устраивают насыпи или площадки из гравия под инженерные работы. Такая насыпь обычно является хорошим проводником тепла и, если она тонкая, может вызвать дополнительное оттаивание вечной мерзлоты.

При этом заполнитель должен быть достаточно толстым, чтобы вместить всю амплитуду сезонных колебаний температуры.

При таких условиях вечная мерзлота не растает.

Под отапливаемым зданием глубокое оттаивание может происходить быстрее, чем под дорогами и аэродромами. Давно известно, что действие мороза, замораживание и оттаивание влаги в земле, приводит к серьезному разрушению структур как в полярных, так и в умеренных широтах. Зимой промерзание грунтовой влаги вызывает смещение грунта вверх, так называемое морозное пучение, а летом избыточная влага в грунте, вносимая в процессе промерзания, приводит к потере несущей способности. Полярные широты идеально подходят для максимального морозного воздействия, потому что большинство низменностей покрыто мелкозернистыми отложениями, а лежащая под ними вечная мерзлота - плохой дренаж.

Изменение климата и его влияние на вечную мерзлоту. Современные научные исследования позволяют понимать и прогнозировать последствия изменения климата для окружающей среды. Большинство инженерных сооружений на вечной мерзлоте опираются на “морозостойкость” или несущую способность мерзлого грунта к несущим конструкциям. Механическая несущая способность вечномерзлых грунтов уменьшается с потеплением, что приводит к ослаблению фундаментов, потенциальному повреждению и возможному выходу из строя зданий, трубопроводов и транспортных средств. Эти факторы делают геокриологические опасности серьезной угрозой нормальному функционированию арктических сообществ и экономическому развитию.

Вместе с тем изменение климата, возможно, уже сказалось на деформациях инженерных сооружений в арктических регионах. При исследовании новостных каналов о состоянии инфраструктуры в промышленно-развитых районах Российской Арктики, можно сделать вывод, что большое количество зданий находятся в потенциально опасных состояниях. Анализ, связанных с этим аварий, показывает, что за последнее десятилетие они выросли, например, на 42% в городе Норильске.

Быстрое изменение климатических условий ставит под сомнение устойчивость конструкций, расчет которых производился на климатических нормах прошлых десятилетий, т.к. там используется относительно низкие коэффициенты безопасности.

Если несущая способность фундаментов под воздействием климатических, экологических или техногенных факторов снизится на 5-35%, то фундамент деформируется и здание может подвергнуться разрушению.

Используя произвольно выбранную величину потепления на 1,5 °с, несущая способность для распространенных типов фундаментов в Якутске, может снизится до того состояния, что вызовет деформацию у фундаментов.

Заключение. Таким образом, строительство в условиях вечной мерзлоты возможно только с учетом специальных мер по поддержанию постоянной температуры грунтов. Результаты показывают, что активный слой реагирует на наблюдаемые изменения климата медленнее, чем температура в верхней части вечной мерзлоты. Повышение температуры вечной мерзлоты, приводящее к соответствующему снижению несущей способности, будет продолжаться. Это вызывает озабоченность по поводу устойчивости инфраструктуры на вечной мерзлоте в условиях прогнозируемого изменения климата в Арктике и сопутствующих социально-экономических последствий.