грунты на севере скованы вечной мерзлотой что осложняет строительство
Как строить на «вечной мерзлоте»
Вечная мерзлота. Автор фото Андриан Колотилин, GeoPhoto.ru
Мерзлота впервые была описана ещё русскими землепроходцами Сибири, а её систематическое изучение началось с 90-х годов XIX века, в связи со строительством железных дорог. При Русском географическом обществе в Петербурге тогда же была создана комиссия для изучения мёрзлых пород, куда входили И.В. Мушкетов, А.И. Воейков, В.А. Обручев, М.А. Рыкачев, К.И. Богданович. В 1929 г. по инициативе М.И. Сумгина и при поддержке В.И. Вернадского в Академии наук СССР была организована Комиссия по изучению вечной мерзлоты (КИВМ) под председательством В.А. Обручева, а в 1939 г. – на её базе Институт мерзлотоведения им. В.А. Обручева АН СССР в Москве, который включал мерзлотные станции в Арктике и Сибири.
При освоении территорий с вечной мерзлотой возникают различные воздействия на окружающую среду и здания и инженерные сооружения. Во-первых, обычно происходит масштабное воздействие на природные условия в целом, изменяющие микроклимат, растительный покров, режим поверхностных и подземных вод, влажность и состав слоя сезонного протаивания и другие. Это приводит к изменению температур горных пород, глубины оттаивающего летом слоя, положения кровли и подошвы мерзлоты. Изменяются гидрологические и гидрогеологические условия, свойства горных пород, биосфера региона. Таким образом, возводить здания и инженерные сооружения приходится в иной обстановке, чем та, что была до возникновения нарушений, при проведении инженерных изысканий для строительства. Это необходимо учитывать, выполняя прогноз мерзлотных условий района освоения. Во-вторых, различные виды хозяйственного освоения территорий криолитозоны при различных видах строительства (гражданского, промышленного, линейного, гидротехнического) – для целей горнодобывающей промышленности и подземного строительства, развития сельского хозяйства – подразумевают различные виды воздействия на мёрзлые породы и, соответственно, различную их реакцию, что также необходимо учитывать при прогнозе мерзлотных условий. Такой мерзлотный прогноз выполняется на основе инженерных изысканий и научно-исследовательских работ, включающих оценку существующих условий на территории, возможных техногенных воздействий, тепловые расчёты и моделирование температурного режима горных пород, разработку защитных и природоохранных мероприятий. Это нужно выполнять ещё до начала капитального строительства.
По мнению выдающегося геокриолога В.А. Кудрявцева, основателя кафедры геокриологии в МГУ, при этом недостаточно описать существующие мерзлотные условия, «фотографию», по его выражению. Мало лишь измерить температуру в скважинах, которая регистрируется там сегодня, потому что она изменяется. Необходимо выявить закономерности формирования и развития вечной мерзлоты и сезонного оттаивания, оценить роль различных природных факторов, влияющих на температурный режим горных пород. Например, снег имеет выраженное отепляющее влияние, и при сокращении мощности снежного покрова будет наблюдаться понижение температур грунтов, и наоборот. Растительные напочвенные покровы, наоборот, как правило, охлаждают грунты, и при их нарушении, скажем, гусеничной техникой, происходит повышение температур грунтов, оттаивание мерзлоты, термокарст и другие неблагоприятные процессы. Затем следует использовать эти закономерности при составлении мерзлотного прогноза.
Первые сведения об способах возведения сооружений на вечной мерзлоте приведены в 1876 г. в работе инженера И.А. Лопатина, а затем этот вопрос был изучен профессором Николаевской инженерной академии В.П. Стаценко в 1922 г., который и предложил впервые для сохранения грунтов основания в мёрзлом состоянии устраивать проветриваемые подполья. Что касается свай, то ещё в 1907 г. Н.А. Белелюбский применил их при сооружении моста на Екатерининской железной дороге. Эффективный способ изготовления бетонных свай был предложен русским инженером А.Э. Страусом – так называемые набивные бетонные сваи изготовлялись непосредственно в буровой скважине, в том числе с арматурным каркасом. Сваи Страуса получили распространение в том числе за границей и применяются до сих пор. Сегодня на таких сваях построено, и продолжает строиться значительное количество инженерных сооружений в китайском Тибете.
В Якутске в 1932–1936 гг. впервые была построена Центральная электростанция на фундаментах в виде колонн с башмаками и проветриваемым подпольем, консультировал строительство выдающийся мерзлотовед Н.А. Цытович. Интересно, что в проектировании принимали участие специалисты как Советского Союза, так и иностранные инженеры. Мировая практика ещё не знала такого крупного строительства в условиях вечной мерзлоты, вдали от промышленных районов. Консультант по строительству Днепрогэса Х. Купер отмечал, что проект имел проблемы, «из решения, которых технический мир почерпнул много поучительного».
Первые сваи при возведении зданий на вечномёрзлых грунтах применили строители Воркуты в 1937 г. В 40-е годы их стали использовать в Якутске под руководством Е.Л. Жорницкого, а в 50-е гг. в Норильском промышленном районе под руководством инженера М.В. Кима, бывшего заключённого Норильлага, изучавшего свойства вечной мерзлоты с 30-х годов и получившего впоследствии за жилищное строительство в Норильске Ленинскую премию. Затем В.К. Дмоховский, генерал-майор инженерно-технической службы (1943 год) показал, что винтовые сваи имеют преимущество в применении перед забивными при необходимости устройства фундамента в условиях вечной мерзлоты.
Сегодня сваи применяются и на магистральных трубопроводах на территории Сибири и в Северной Америке. На территории распространения мерзлоты допускается применение трёх видов прокладки: подземной, наземной в насыпи и надземной.
Однако наземный способ прокладки трубопроводов часто не реализуется из-за высокого риска отказов, прежде всего из-за оттаивания в летнее время, которое приводит к погружению трубопровода. С другой стороны, для нефтепроводов часто другой вариант невозможен, из-за высокой температуры нефти и возможности оттаивания мерзлоты. Поэтому их устанавливают на сваи, как большую часть Трансаляскинского нефтепровода в США. На участках с повышенными значениями среднегодовых температур грунтов, а также с большой мощностью сезонноталого слоя применяют установку термостабилизаторов – сезонно-действующих охлаждающих устройств.
Термосифоны охлаждают сваи, поддерживающие надземный трубопровод Транс-Аляска к северу от реки Юкон. © S.A. Harris
Термостабилизатор (термосифон) – сегодня важная часть многих проектов в криолитозоне. Он работает по принципу переноса зимой естественного холода в основание фундамента и пассивного состояния летом. Когда впервые его придумали в Америке, использовалась обычная труба с керосином. Зимой верхняя часть трубы охлаждается, холодный керосин опускается вниз и понижает температуру грунтов, а летом такой циркуляции нет. Сейчас совершенствуются технологии устройства, увеличивается их эффективность, применяется аммиак, углекислый газ. В Тюмени создано большое предприятие по производству термостабилизаторов «Фундаментстройаркос», которое активно работает в Российской Арктике.
Технологии совершенствуются и в строительстве, изменяется материал свай, его шероховатость, конструкции, способы установки, но принцип, так называемый I принцип строительства на вечномерзлых грунтах, в большинстве случаев остаётся – сохранение грунтов в мёрзлом состоянии. Впрочем, обеспечить мерзлое состояние оснований бывает сложным делом, особенно на территории застройки, если наблюдается снегонакопление или нарушение поверхностного стока.
Здание на железобетонных сваях, построенное по I принципу строительства, с сохранением мёрзлого основания и проветриваемым подпольем, в зоне сплошного распространения многолетнемёрзлых пород в п. Харасавэй, полуостров Ямал. © A. Осокин
Впрочем, иногда может применяться и II принцип – с предварительным оттаиванием, например, если по прогнозу мерзлота рано или поздно оттает, следовательно, лучше это каким-то образом сделать ещё до строительства, или даже в процессе эксплуатации, если здание допускает деформации, и в этом случае основание также будет устойчивым. Необходимо быть осторожным при использовании этого принципа, осадки грунтов при оттаивании могут быть неожиданно велики, а их прогноз непрост.
Есть и промежуточный вариант – в частности, так называемый «метод стабилизации», если состояние частично опущенной кровли мерзлоты методами тепловой мелиорации поддерживается в стабильном состоянии. При этом необходим тщательный мерзлотный прогноз и контроль за состоянием основания.
Охлаждающие термостабилизаторы в проветриваемом подполье в условиях влияния подстилающих оттаивающих многолетнемёрзлых грунтов, кровля которых находится на некоторой глубине (Воркута). Таким образом поддерживается стабильное состояние положения кровли вечной мерзлоты (метод «стабилизации») и устойчивость фундамента © А.Брушков.
Автор: Анатолий Викторович Брушков, доктор геолого-минералогических наук, заведующий кафедрой геокриологии геологического факультета МГУ им. М.В. Ломоносова.
Чем грозит потепление строительству на мерзлоте
Газопровод, который был подземным, а теперь оказался на поверхности в результате оттаивания вечной мерзлоты. Фото Г. Гривы.
Cтроительство и эксплуатация зданий и инженерных сооружений в районах распространения вечной мерзлоты имеют свои особенности. Они обусловлены суровостью климатических и сложностью инженерно-геологических условий, требующих особых методов, знаний и стандартов.
Как известно, тренд потепления с градиентом около 0,6-0,7ºС за сто лет наблюдается уже второе столетие, и за последние десятилетия средняя температура воздуха в Российской Арктике местами повысилась на градус и даже более. Вот как на это прореагировали ландшафты: увеличилась пучинистость грунтов (свойство увеличивать объём при замерзании); активизировались процессы термокарста и термоденудации (разрушения рельефа в связи с оттаиванием); увеличилось количество криогенных оползней и интенсифицировалось вязкое течение грунта на склонах; увеличились темпы термоэрозии и оврагообразования; резко увеличились площади выгорания бореальных лесов с последующей деградацией вечной мерзлоты; разрушаются льдистые берега до 15 метров в год. Эти естественные процессы на огромных территориях усиливаются хозяйственной деятельностью человека, особенно при строительстве линейных сооружений большой протяжённости.
Очаговый характер освоения начинает сменяться фронтальным. Растёт аварийность геотехнических систем. По некоторым данным, криогенные факторы являются причиной 23% отказов технических систем и 29% потери добычи углеводородов. Это выпучивание колон, каркасов зданий, термокарстовые просадки, различные деформации сооружений и технических систем. Вдоль магистральных газопроводов происходит заболачивание, подтопление систем и, как следствие, всплывание магистральных газопроводов (см. фото заставки). Во многом это связано с экономией на изысканиях, устаревшими стандартами и нормами, с нарушением режима эксплуатации. Криогенные факторы разрушительны и для тёплых, и для охлаждённых трубопроводов. Серьёзные проблемы возникают при строительстве железных дорог и автодорог. Во всех городах, построенных на мерзлоте, растёт число разрушений и аварий.
Деформации на взлётно-посадочной полосе аэропорта Инувика. Фото правительства Канады 2013 года, отсюда.
Закрыли мерзлотные службы, нарушаются правила эксплуатации, а оттаивающая мерзлота делает своё дело. Это происходит из-за отсутствия системного подхода к проблеме, из-за сокращения специалистов с профессиональным геокриологическим образованием в проектных и изыскательских учреждениях, отступления от выработанных ранее подходов к освоению северных районов, стандартов изысканий, проектирования и строительства, утраты знаний и опыта. Продолжается увеличение масштабов освоения территорий с криолитозоной и одновременно ухудшение качества изысканий, проектирования, строительства и эксплуатации сооружений.
На территориях со сплошным распространением многолетнемёрзлых пород, к которым относится Арктическое побережье России, строительство сооружений осуществляется с использованием оснований по принципу I, т.е. с сохранением его мёрзлого состояния. При этом в качестве охлаждающего устройства используется вентилируемое подполье, а основного вида фундамента – сваи под тяжёлые сооружения и фундаменты на подсыпках под лёгкие сооружения, которые не выделяют тепла.
В большинстве случаев, из-за почти повсеместного распространения на Арктическом побережье засолённых мёрзлых грунтов и их высокой льдистости, они находятся в пластичномёрзлом состоянии. По наблюдениям, группы жилых домов в посёлках Амдерма, Диксон, Тикси, Певек продолжают деформироваться более пятидесяти лет. Поэтому расчёт оснований и фундаментов сооружений должен, по действующим нормативным документам, осуществляться как по несущей способности, так и по деформациям. Однако на практике это обязательное требование редко выполняется, что представляет собой одну из распространённых ошибок.
Разрушение многоквартирного дома в Амдерме, побережье Карского моря, в связи с повышением температуры и потерей несущей способности свай в засолённых мёрзлых грунтах. Фото А.В. Брушкова.
Кроме того, в расчётах оттаивания засолённых грунтов часто не учитывается фазовый переход грунтовой влаги в диапазоне отрицательных температур, а также увеличение периода оттаивания. Это приводит к уменьшению прогнозной глубины оттаивания и, как следствие, увеличенным осадкам фундаментов, что оказывается причиной деформаций сооружений.
Результат развития чаши оттаивания под деревянным домом в п. Амдерма на побережье Карского моря. Фото A.В. Брушкова.
Значительной проблемой являются на побережье снежные заносы. Многие посёлки в Арктике расположены на территориях со среднегодовой скоростью ветра более 6 м/сек. Застроенная территория представляет собой преграду на пути ветрового потока, и поэтому здесь отлагаются большие массы снега. Известны снежные завалы высотой до двух-трёх этажей и более. При этом снег, как правило, оказывает сильное отепляющее влияние, что также является причиной деформации сооружений. Для защиты от снежных заносов пока недостаточно применяются решения застройки в виде закрытых групп зданий, разделённых коридорами для пропуска снегового потока.
Важной задачей остаётся сохранение при строительстве мохорастительного покрова, способного охлаждать грунты на 1-2 и более ºС. Поэтому вертикальная планировка на застраиваемой территории часто устраивается на подсыпках. Однако часто происходит нарушение этого принципа и, как следствие, деформации сооружений. Следует рекомендовать широкое применение сплошной подсыпки, а также сочетание подсыпок с теплоизоляционными материалами, которые позволяют уменьшить её расчётную высоту, что рекомендовал в своё время выдающийся инженер-геокриолог Ю.Я. Велли и другие.
Большое значение имеет выбор места строительства. Посёлок Буор-Хая был спроектирован на мощном прослое льда. При строительстве площадка потеряла устойчивость, с образованием грязевого потока, направленного в сторону моря. Строительство пришлось прекратить, а посёлок перенести на новое место. По этой же причине в посёлке Черском при строительстве комплекса служебно-жилых зданий пришлось выполнить трудоёмкие работы по сплошной подсыпке территории. Значительный ущерб для линейных сооружений был нанесен оврагообразованием на территории посёлков Диксон и Тикси.
Обрушившаяся из- за неравномерной просадки фундамента секция здании в посёлке Черский. Фото В.Романовского, отсюда.
При отступании морских берегов со скоростью более трёх метров в год многие здания в небольших посёлках оказываются в опасной близости к морю. Известны примеры разрушений, вызванных термоабразией в посёлках Варандей, Амдерма, Харасавэй и других местах.
Непосредственной причиной деформаций является часто изменение температурного режима при строительстве, преимущественно из-за теплового влияния зданий или попадания сточных вод в основание. В посёлке Диксон в своё время затраты на восстановление деформирующихся зданий достигали 25% и более от их балансовой стоимости. В то же время подсчёты на примерах Амдермы и Якутска показали, что расходы на содержание мерзлотной службы в 24 раза меньше, чем затраты на ликвидацию последствий деформаций зданий.
Ущерб от деформаций зданий и инженерных сооружений на Арктическом побережье очень велик и составляет, по-видимому, многие миллиарды рублей в год. При этом ремонт и восстановление отдельных зданий обходится в 25-100% от их начальной стоимости. Однако методика оценки общего ущерба от опасных криогенных процессов на уровне территорий и регионов пока в деталях не разработана, несмотря на ряд предпринятых попыток.
В целом обследования состояния зданий и сооружений в городах и посёлках на Арктическом побережье показывают, что число деформированных объектов составляет 25-50% от общего их числа. С учётом возраставших объёмов строительства абсолютные значения экономического и социального ущерба всё время увеличивались. «Уроки деформаций зданий в Арктике наглядно свидетельствуют о необходимости резкого повышения требований к выбору площадок, качеству изысканий и проектирования, организации контроля за строительством и созданию мерзлотной службы по эксплуатации» – писал Ю.Я. Велли ещё в 1990 г., и с тех пор мало что изменилось.
Катастрофические деформации и практически полное разрушение наблюдалось на десятках зданий в северных посёлках, теплосетях Диксона, канализационных сетях Амдермы. Разрушились водопропускные железобетонные трубы в Тикси, плотины в районе Тикси, Диксона, Певека. Из-за затопления подмерзлотными засолёнными водами строительной площадки прекращалось строительство 48-ми квартирного жилого дома и детского сада в Амдерме, 125-квартирного дома в посёлке Пирамида (остров Шпицберген).
Автодороги в районе Тикси и Певека устроены на песчано-гравийной насыпи, в основании которой залегают льдистые засолённые суглинки. Нарушение торфо-мохового слоя в период строительства, недостаточная высота насыпи (0.4 м) привели к вытаиванию льда. Образовались провалы, целые участки дорог после 2-3 лет эксплуатации погружались в грунты основания. Это наблюдалось и на Ямале, и в других местах. Часто выходят из строя опоры сетей электроснабжения, линий связи и водопроводов из-за слабого смерзания с засолёнными породами и интенсивного сезонноталого слоя. На участке развития криопэгов в морской лагуне зимнее промерзание вызывает интенсивные деформации пучения опор кабеля связи аэропорта Амдерма.
Примеры разрушений зданий, построенных на мёрзлых грунтах из-за потери несущей способности основания, Амдерма.
Дом с просевшим фундаментом в Якутске.
Постройка зданий, особенно повышенной этажности, приводит к изменению условий инсоляции поверхности и, как следствие, изменению температур грунтов оснований, отличающихся от проектных, и деформациям зданий и сооружений. Необоснованная перепланировка поверхности, подсыпка в сочетании с утечками воды и нарушением условий стока также может вызвать негативные последствия.
Есть и другие причины деформаций зданий, частая из них – недостаточная устойчивость к воздействию внешних факторов (например, солёных вод) и морозостойкость бетона строительных конструкций. Особенно часто это наблюдается в Арктике (Норильск) и в районах с резко континентальным климатом и значительными колебаниями температур (Якутск). Страдают также трубы и линии связи.
Выпучивание старых деревянных свайных фундаментов в Якутске – ещё один распространённый процесс, связанный с изменением водно-теплового режима грунтов.
Таким образом, примеры и причины деформаций зданий и инженерных сооружений в Арктике многочисленны и известны давно. Деградация вечной мерзлоты, связанная с потеплением, приведёт к новым негативным последствиям. Для их предотвращения и для устойчивого социально- экономического развития Арктики необходима разработка системы мероприятий, включающих подготовку специалистов, совершенствование методик и стандартов проектирования и строительства, создание сети мерзлотных станций и мониторинга за состоянием мерзлоты. Важна также аргументированная оценка возможных изменений климата и их последствий для температурного режима грунтов и их несущей способности в качестве оснований зданий и сооружений.
Автор: Анатолий Викторович Брушков, доктор геолого-минералогических наук, заведующий кафедрой геокриологии геологического факультета МГУ им. М.В. Ломоносова.
Строительство на мерзлоте: опыт и новшества
Издание Сибирского федерального университета
Looking at the map of the Krasnoyarsk area, one can notice that our northern land is endless and … empty. In Evenkiya and at Taimyr the occupancy rate is only 0.03-0.06 people for square kilometer. Nevertheless, this severe land, the extremely Northern one (the Taimyr peninsula owns the northernmost point of the Eurasia), is successfully explored.
Если посмотреть по карте Красноярского края на наши северные пространства, они необозримы… и пустынны! В Эвенкии и на Таймыре показатель населенности составляет всего лишь 0,03-0,06 человека на квадратный километр. И все же эта суровая земля, крайне далекий север (на полуострове Таймыр расположена самая северная точка евразийского континента) сегодня успешно осваивается человеком.
Область вечной мерзлоты, которая занимает две трети площади нашей страны, называют стратегическим тылом России, ее кладовыми, топливно-энергетической базой и валютным цехом. Здесь работают комбинаты, шахты и карьеры, проложены дороги, построены порты и аэродромы. И стоят на вечных льдах целые города, в которых строительство каждого дома можно считать подвигом.
О том, как возводят здания на северных территориях, об особенностях заполярных сооружений и роли энергосберегающих технологий в условиях сурового климата мы побеседовали с заместителем первого проректора СФУ по науке и международному сотрудничеству, доктором технических наук, профессором Рашитом Назировым(Р.Н.) и доктором технических наук, профессором, советником Российской академии архитектуры и строительных наук и преподавателем кафедры архитектуры гражданских и промышленных зданий Юрием Гончаровым(Ю.Г.), принимавшим непосредственное участие в строительстве домов Заполярья.
Город на краю Земли
— Рашит Анварович, Юрий Михайлович, можно ли выделить особые принципы строительства в условиях Севера?
Р.Н.: Кардинальных различий в возведении домов на Севере и «на материке» нет. Однако особенности есть. Общие принципы строительства основаны на фундаментальных законах физики. Прежде всего, необходимо обеспечить надёжную теплоизоляцию дома. Это означает применение продуманных конструктивных схем зданий, которые гарантируют отсутствие «мостиков холода», использование эффективных материалов и энергосберегающих технологий. И, конечно, это особенности строительства фундаментов.
Ю.Г.: Строить дом на ледяном панцире, который постоянно меняет свою структуру, очень сложно. Рыхлые грунты — песчаники, галечники и глины — в условиях вечной мерзлоты ведут себя самым непредсказуемым образом. Возведенные на них сооружения нагревают грунт, и он теряет монолитность, начинает подтаивать и смещаться. Известны случаи разрушения неправильно построенных домов в Чите, «плывут» некоторые участки БАМа. А в Канаде, например, жителям пришлось покинуть целых два небольших города, построенных в годы войны: их дома вечная мерзлота буквально вывернула из земли. Так что строить основания зданий на мерзлоте можно, только приняв специальные меры для поддержания постоянной температуры грунта.
— Например, строить на сваях?
Р.Н.: Да. Хотя сегодня на Севере применяются два варианта возведения фундаментов: не только на сваях, когда создается зазор между грунтом и основанием и обеспечивается естественная вентиляция мерзлой поверхности, но и непосредственно на грунте. В последнем случае необходима высокая теплоизоляция, которая позволит сохранять грунт в естественном состоянии.
Ю.Г.: Надо сказать, что сегодня достижения науки позволяют строить дома в любых условиях, даже на льдах. Существует множество видов свай, например, буронабивные — одна из ведущих разработок красноярских ученых. Согласно этой технологии специальная буровая установка высверливает в мерзлоте отверстие, в скважину опускается арматурный каркас и заливается бетоном. Сегодня при строительстве используют бетоны специальных составов, с присадками, которые не успевают замерзнуть в процессе заливки. Если раньше при установке свай грунт оттаивали паром в течение нескольких месяцев, то бурение позволило в разы ускорить этот процесс.
— Кто и когда впервые применил свайные технологии строительства на Севере?
Ю.Г.: В Якутии деревянные дома давно уже устанавливали на деревянных чурбанах. Но применение свай при возведении крупнопанельных домов — это изобретение 60-х годов прошлого века. Автором этого способа строительства фундаментов был инженер-строитель Михаил Ким, один из бывших заключенных Норильлага, который изучал свойства вечной мерзлоты еще с 30-х годов.
Строительство будущего Норильска начиналось на скальных породах, где фундаменты можно было ставить обычным способом. И когда в конце 30-х здесь начал работать проектный отдел, собранный из сосланных архитекторов и инженеров, опыта строительства на вечной мерзлоте не существовало нигде в мире! Благодаря идеям Кима, который предложил ставить дома на сваях, жилищное строительство в Норильске в начале 60-х приобрело широкие масштабы. Десяти архитекторам и строителям города, в том числе и Михаилу Киму, в 1966 году была присуждена Ленинская премия «за разработку и внедрение принципиально новых методов индустриального строительства в условиях Крайнего Севера». В их честь названа улица Лауреатов…
— А как в вечной мерзлоте решается проблема коммуникаций?
Ю.Г.: В небольших северных посёлках их прокладывают поверху, а вот в Норильске все трубы уложены под землей на глубине 6 м — в три раза глубже, чем в Красноярске. Коллекторы проходят в отдалении от домов, чтобы уберечь от тепла мерзлые грунты под зданиями. А дорогу, под которой проведены коммуникации, чистят от снега особенно тщательно, чтобы ветер остужал землю.
Строительство города Норильск, 1980-е гг.
— Кстати, о сильных ветрах Норильска. Можно ли бороться с этой стихией градостроительными методами?
Ю.Г.: Сильные ветры и частые метели — это еще одна особенность северного климата, с которой сталкиваются проектировщики и строители. На Таймыре, в Норильске крайне тяжелые погодные условия. Скорость ветра в один метр в секунду, по ощущениям человека, понижает температуру воздуха на два градуса. Например, когда температура - 400 и дует ветер в 18 м/с, мороз получается на уровне — 800! Местный климат по жесткости уступает только антарктическому. Для борьбы с ветром норильские кварталы строили замкнутым контуром, с минимальным числом площадей и узкими разрывами между домами, компактно. Благодаря этому получалось снижать скорость ветра. Фасады и крыши заполярных домов отличаются ровными линиями и простыми профилями — это служит профилактике снежных заносов.
— Какие именно научные учреждения занимались вопросами северного строительства?
Ю.Г.: Большие масштабы строек на Севере в трудных погодных условиях требовали постоянных научных разработок. Еще в 1957 году была организована Якутская комплексная научно-исследовательская станция — специально для изучения строительных технологий, разработки норм и инструкций, накопления опыта работы в мерзлотных условиях. Была в Якутии создана и лаборатория технологии стройматериалов. В 1962 году обе эти организации объединились в Якутский отдел Красноярского НИИ по строительству Академии строительства и архитектуры СССР. Мне довелось несколько лет возглавлять его. Впоследствии Красноярский НИИ по строительству был переименован в ПромстройНИИпроект, где, без преувеличения, объединились лучшие силы страны в области заполярного строительства. Наши научные разработки востребованы до сих пор!
P.Н.: К сожалению, надо признать, что сегодня в вопросе возведения зданий на северных территориях во многом утрачена преемственность поколений. Очень немногие люди по-настоящему владеют практикой подобного строительства. Организации, которые ведут работы сегодня, строят по СНиПам, разработанным еще в советское время. А вот новых научных и теоретических разработок почти не ведется. Часто проект делает организация, которая имеет об объекте весьма смутное представление.
— Как активно идёт строительство на Севере в наши дни? Народ сейчас оттуда скорее уезжает…
Р.Н.: Динамика строительства городов на вечной мерзлоте будет расти благодаря разработкам новых месторождений на севере края. Например, освоение Ванкорского месторождения способствует развитию Игарки. Всего один факт: пассажиропоток в городе за последние полтора года увеличился почти в три раза! В связи с проектами освоения Нижнего Приангарья активно развиваются Богучаны… Это, безусловно, положительные моменты.
Точка отсчета
-Так или иначе, все сегодняшние масштабные промышленные проекты на Севере имеют отношение к энергетической отрасли. А недавно в стране был принят закон «Об энергосбережении». С чем это связано в широком смысле?
— Анализ климатических параметров населенных пунктов, расположенных на территории нашего края, показывает: Красноярск является наиболее «благоприятным» городом с точки зрения проектирования тепловой защиты (упрощенно говоря, именно в нашем городе с наименьшими затратами можно построить дом, в котором жильцам будет тепло).
Р.Н.: Все началось с энергетического кризиса 70-х годов. Но если вспомнить, нефть тогда стоила 17 долларов за баррель. Сейчас — около 80-100. И эта цифра будет только расти. В США, например, проблему энергосбережения рассматривают в числе основных, ее решение способствует обеспечению национальной безопасности. Несмотря на все меры по сбережению энергии, ее потребление, скажем, в жилищно-коммунальной сфере, будет увеличиваться на 1,5 – 2% ежегодно, причем в структуре потребления энергоносителей, по западной статистике, снизится доля потребления нефти, а использование энергии, вырабатываемой ГЭС и АЭС, останется примерно на прежнем уровне.
— Есть ли такие прогнозы в России?
Р.Н.: Должны быть, но они пока не стали всеобщим достоянием. Разработка программ по энергосбережению ведется на всех уровнях: федеральном, региональном, муниципальном. Уже с 1 января 2010 года вступили в силу требования Закона об обеспечении снижения потребления энергии и воды в государственных или муниципальных организациях. А до 1 января 2011 года органы государственной власти и местного самоуправления должны обеспечить завершение мероприятий по оснащению зданий, строений, сооружений приборами учета потребляемой воды, природного газа, тепловой и электрической энергии.
Предприятия будут обязаны принимать меры по дополнительной теплоизоляции помещений, утилизации и рекуперации тепла. Государство поставило в деле энергосбережения «точку отсчета». Наш университет, как бюджетное учреждение, должен по сравнению с прошлым годом уменьшить потребление энергии на 3%, а в течение пяти лет — на 15%. Деньги, которые выделяет на энергетические расходы федеральный бюджет, будут соответственно уменьшаться. При размещении заказов на поставку товаров и оказание услуг должны учитываться требования энергетической эффективности этих товаров.
— В чем именно заключаются энергосберегающие технологии?
Р.Н.: Это, во-первых, автоматическое регулирование теплового режима зданий и применение альтернативных, в том числе возобновляемых источников энергии (солнечные батареи, тепловые насосы и др.). Если взять административно-бытовые здания, то в нерабочие часы и дни, например, можно экономить на их освещении и отоплении. Во-вторых, это использование нового техрегламента по освещению с отказом от традиционных ламп накаливания — оно позволит сэкономить до 40% электроэнергии. В-третьих, утилизация тепла. Мы впустую тратим тепло, сливая горячую воду в канализацию. По строительным нормам в большей части помещений должен быть обеспечен один воздухообмен в час, а это значит, зимой нужно нагреть воздух, к примеру, от минус 40 до 21 градуса. Принимая во внимание объем здания, можно представить, сколько требуется энергии только на отопление. Эту тепловую энергию можно использовать. Если будет реализовано все, что предписывает закон, в ближайшие 2-5 лет можно будет сэкономить (по разным оценкам) от 15 до 40% энергии.
Продиктовано Севером
— Есть ли конкретные мероприятия по энергосбережению для районов Крайнего Севера?
Р.Н.: Все перечисленное имеет прямое отношение к северным территориям. Ну а в связи с тем, что Север потребляет намного больше энергии, мероприятия по ее экономии здесь приобретают еще большее значение. Например, расчетная температура при проектировании зданий в Москве — минус 28, в Красноярске — а это еще не север — показатель уже минус 40, в Богучанах дома строят, рассчитывая на минус 46, в Игарке — на минус 49, в Эвенкии — минус 55. Этот показатель рассчитывается по средней температуре самой холодной пятидневки. Помимо этого существует такая характеристика, как градусо-сутки отопительного периода, показывающая длительность отопительного периода и его среднюю температуру. Так вот, если для Москвы этот показатель составляет 4943 градусо-суток, то в Красноярске он равен 6575, а в поселке Ессей — 11532, почти в три раза больше, чем в столице.
— Как тогда там сэкономить?
Р.Н.: Только благодаря применению новых технологий. Развивая сырьевые отрасли, мы должны тратить полученную прибыль на разработку и внедрение новых способов энергосбережения. Необходимо вкладывать деньги в науку, в проекты. Не надо «стесняться» и заимствовать то хорошее, что есть в других странах. В Красноярском крае институт «Пром-стройНИИпроект» разрабатывает концепцию «Сибирского дома». К сожалению, СФУ пока не участвует в этом проекте, хотя есть предложение от института заняться разработкой эффективного жилья совместно. Реализация такого социального проекта, несомненно, даст толчок к развитию кластера специальных и энергоэффективных технологий, затраты на которые в условиях неослабевающего спроса на жилье должны быстро окупиться.
— Как, по-вашему, стоит ли вообще жить на Севере? Не проще ли добывать полезные ископаемые вахтовым методом, как это уже практикуется сегодня?
Ю.Г.: Я считаю, что жить на Севере можно. А к морозу привыкаешь быстро. Я, например, приехал туда с юга, из Дагестана, в январе 1959 года — и остался на десятилетия. В Норильске мы с женой год жили в бараке, с «удобствами» во дворе, потом в течение 11 лет — в доме, где бытовые условия тоже были трудными. Но Север проверяет людей, и в этом его особая прелесть.
Р.Н.: Надо использовать имеющийся у нас уникальный опыт возведения городов на Крайнем Севере. Университет может предложить комплексные решения всех основных проблем Заполярья, тем самым улучшая жизнь северян. На севере Сибири есть все полезные ископаемые, необходимые человеку. Глубокое освоение этих территорий неизбежно. И мы должны быть готовы к этому.