ЖБИ для вечной мерзлоты: какие изделия выбрать для строительства на Крайнем Севере

Две трети территории нашей страны скованы вечной мерзлотой. Это около 11 миллионов квадратных километров — колоссальное пространство, где сосредоточены месторождения нефти, газа, алмазов и редких металлов. Здесь живут и работают миллионы людей: Норильск, Якутск, Салехард, Воркута — все эти города стоят на промёрзшем грунте. И каждое здание, каждый мост и трубопровод в этих краях должны выдерживать условия, которые южным регионам просто не снились. Ошибка в выборе материалов обходится здесь не просто дорого — она может стоить целому дому жизни.

Основа любого капитального объекта на Крайнем Севере — надёжный фундамент. И главную роль в его устройстве играют сваи жби, которые погружают в мёрзлый грунт на глубину от 6 до 16 метров. Именно свайные фундаменты с проветриваемым подпольем позволяют сохранить промёрзшее основание в стабильном состоянии и не дать зданию «поплыть» при сезонном оттаивании верхнего слоя почвы. Этот принцип был предложен ещё в 1959 году инженером Михаилом Кимом для застройки Норильска и с тех пор доказал свою эффективность тысячами успешно эксплуатируемых зданий.

Два принципа возведения зданий на мёрзлых грунтах

Действующий свод правил СП 25.13330.2020 устанавливает два базовых подхода к проектированию на многолетнемёрзлых грунтах. Первый принцип — сохранение мёрзлого состояния. Грунт под зданием не должен оттаивать ни во время стройки, ни за весь срок службы. Для этого конструкцию поднимают над землёй на свайном поле, а холодный воздух свободно циркулирует в подполье. Второй принцип допускает частичное оттаивание, но тогда конструкции рассчитывают на возможные просадки. Первый вариант применяется значительно чаще, потому что он предсказуемее и безопаснее.

Выбор принципа — не прихоть проектировщика. Перед началом работ проводятся масштабные геокриологические изыскания: измеряют температуру грунта на разных глубинах, определяют его льдистость, засолённость и несущую способность. Без этих данных невозможно грамотно подобрать тип фундамента и рассчитать нагрузку.

Какие железобетонные конструкции востребованы на Севере

Ассортимент изделий для северного строительства во многом совпадает с «южным», но требования к материалу кардинально отличаются. Вот перечень конструкций, без которых не обходится ни один проект в зоне многолетней мерзлоты:

• Забивные и буроопускные сваи — несущая основа практически каждого здания. Длина подбирается так, чтобы нижний конец находился в зоне стабильно отрицательных температур.
• Ростверки и фундаментные балки — связывают сваи в единый каркас. Их монтируют с зазором от грунта не менее 15 сантиметров, чтобы обеспечить вентиляцию подполья.
• Плиты перекрытия повышенной морозостойкости — применяются в жилых домах, промышленных цехах и складах. Марка по морозостойкости — не ниже F200.
• Колонны и ригели — элементы каркасных зданий, которые несут основную нагрузку от кровли и этажей.
• Дорожные плиты — незаменимы при устройстве временных и постоянных подъездных путей к промышленным площадкам.
• Лотки и элементы водоотведения — критически важны в районах, где летнее таяние верхнего слоя грунта приводит к заболачиванию территории.

Требования к бетону: морозостойкость решает всё

Главный враг бетона на Севере — вода. Она проникает в поры, замерзает, расширяется и буквально разрывает материал изнутри. Именно поэтому для арктических условий используют смеси с повышенной морозостойкостью и водонепроницаемостью. Показатель морозостойкости обозначается буквой F и числом, которое указывает количество циклов замораживания-оттаивания, которые бетон выдерживает без потери прочности.

Для обычного строительства достаточно марки F100–F150. Для суровых зим Западной Сибири нужна марка F200–F300. А вот для объектов в зоне экстремальных перепадов температур — гидротехнических сооружений, мостовых опор, конструкций с переменным уровнем воды — применяют бетон F300–F500 и выше. В состав таких смесей входит высококачественный портландцемент М500, гранитный щебень с показателем F300 и специальные воздухововлекающие добавки, которые снижают внутреннее давление при замерзании воды.

Рекомендуемые характеристики бетона по условиям эксплуатации

Климат меняется — и это меняет правила игры

Арктика теплеет в 3–4 раза быстрее, чем остальная планета. По данным Института мерзлотоведения им. П. И. Мельникова СО РАН, глубина сезонного оттаивания грунта в Ямало-Ненецком автономном округе увеличивается на 26–36 сантиметров каждое десятилетие. Это колоссальная цифра, которая напрямую влияет на устойчивость фундаментов. В Норильске более 75 процентов зданий стоят на свайных основаниях, и любое изменение температурного режима грунта отражается на их состоянии.

Что это значит на практике? Проектировщикам приходится закладывать бо́льший запас прочности. Длина опорных элементов увеличивается, чтобы достичь стабильного горизонта мерзлоты. Марка бетона повышается. Системы термостабилизации грунта — специальные охлаждающие устройства, вмонтированные рядом с фундаментом, — из экзотики превращаются в стандарт. Компания «Норникель», например, уже развернула масштабную сеть мониторинга мерзлоты в Норильском районе с двадцатью наблюдательными скважинами глубиной до 200 метров.

На что обращать внимание при заказе изделий для северных объектов

Если вы проектируете или строите объект в зоне мерзлоты, к выбору поставщика железобетона стоит подходить особенно тщательно. Вот ключевые моменты, которые нельзя игнорировать:

• Паспорт качества с указанием марки по морозостойкости. Не соглашайтесь на формулировки «примерно F200». Требуйте протокол испытаний по ГОСТ 10060-2012.
• Соответствие проектной документации нормам СП 25.13330.2020. Этот свод правил — главный регулятор для объектов на мёрзлых грунтах.
• Защита арматуры от коррозии. В зоне сезонного промерзания-оттаивания металл подвергается агрессивному воздействию. Толщина защитного слоя бетона должна соответствовать требованиям СП 28.13330.
• Логистика и условия доставки. Транспортировка тяжёлых конструкций по зимникам и ледовым переправам — отдельная инженерная задача. Уточняйте габариты и массу каждой позиции заранее.
• Опыт производителя в поставках для северных регионов. Завод, который регулярно отгружает продукцию на объекты ХМАО, ЯНАО или Якутии, понимает специфику и готов обеспечить нужное качество.

Вместо заключения

Строить на вечной мерзлоте — значит играть по жёстким правилам. Природа здесь не прощает экономии на качестве и халатности в расчётах. Каждый элемент — от опорной конструкции в глубине мёрзлого грунта до плиты перекрытия на пятом этаже — обязан выдерживать экстремальные нагрузки. Повышенная морозостойкость, водонепроницаемость, антикоррозийная защита — это не опции, а обязательные условия.

Хорошая новость в том, что российская инженерная наука накопила огромный опыт в этой области. Технологии отработаны, нормативная база обновлена, а современные заводы-производители способны обеспечить продукцию с нужными характеристиками. Главное — не пренебрегать проектными изысканиями, правильно выбирать материалы и работать с проверенными поставщиками. Тогда даже в суровых условиях Заполярья здание простоит десятилетия, не потеряв ни прочности, ни надёжности.