Строительство на мерзлоте: опыт и новшества

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.

Буронабивной фундамент

— 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.

Строительство БАМа

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.

Якутия, трубопровод

— 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.

инженерные коммуникации, крайний север