Подмораживает… Это хорошо
Освоение северных территорий нашей страны происходит на протяжении последних четырех столетий. Северные широты — настоящая кладовая Земли. Только открыть эту кладовую не так-то просто: огромные пространства и суровый климат проверяют на прочность исследователей, а вечная мерзлота надежно хранит золото и алмазы, нефть и газ, медь и никель.
ДОМА НА КУРЬИХ НОЖКАХ
Как строить города и дороги за Полярным кругом, как сделать холод союзником, а не врагом? Об этом мы беседуем с Сергеем Стрижковым, заместителем генерального директора по науке научно-производственной фирмы «Дорцентр», профессором Тюменского государственного архитектурно-строительного университета, почетным строителем РФ.
— Сергей Николаевич, что такое вечная мерзлота и почему ее нужно изучать?
— Вечная мерзлота — это грунт, находящийся в замерзшем состоянии даже летом. Научное название — территория криолитозоны. Она занимает около 65 процентов площади России. В нашем регионе вечная мерзлота начинается севернее Сургута и доходит до Карского моря.
Сейчас идет активное освоение приарктического шельфа, полярного Урала, полуострова Ямал. Строительство на вечной мерзлоте затруднено тем, что здания и сооружения, нефтепроводы, газопроводы -тепловыделяющие объекты. Это как горячий утюг поставить на ледяную поверхность. Грунты, конечно, не лед в чистом виде, а земля, насыщенная влагой и замерзшая. Вода эта очень древняя, досталась в наследство от морей, которые покрывали территорию нашего края миллионы лет назад. Потом наступил очередной ледниковый период, и грунты замерзли. Кстати, засоленные грунты на участках мерзлоты наиболее опасны, так как сильнее проседают при растеплении.
В тундре небольшой растительный покров защищает мерзлый грунт от воздействия солнечной радиации, дождей. Когда при работе этот покров сдирают, нарушают его целостность, грунт начинает растепляться: лед тает, земля, насыщенная влагой, теряет твердость и прочность. Поэтому очень важно сохранить мерзлоту, чтобы не было разрушения зданий, что уже построены на северных землях.
— Расскажите, как строят на вечной мерзлоте?
— Существуют два принципа строительства. Первый — с сохранением грунтов в твердомерзлом состоянии. Второй — с растеплением земли в основании. Более экологичный и надежный — первый. Второй применялся очень давно, когда не было технических решений и устройств, которые сохраняют мерзлоту. Сегодня созданы такие технологии, которые позволяют сохранять грунт в замороженном состоянии, чтобы крепче держался фундамент. Например, мы строим дома, образно говоря, на курьих ножках. Их можно увидеть в Салехарде, Якутске, Норильске и других северных городах. В грунт забивают сваи и дом поднимают от земли на 1,5-2 метра, устраивая проветриваемое подполье. Получается воздушное пространство, где свободно циркулирует холодный воздух. Зимой грунт под зданием охлаждается, летом тоже хорошо сохраняется холод, так как здание дает тень, не позволяет солнцу его нагревать. Это, конечно, достаточно примитивный метод, но весьма действенный.
ПОДМОРОЗИМ ТУНДРУ
— Такой способ — единственный для строительства на территориях вечной мерзлоты?
— Наука не стоит на месте. Придуманы устройства, которые позволяют дополнительно замораживать грунт. Это парожидкостные термосифоны, а строители их называют термостабилизаторы. Они представляют собой герметичную стальную трубу, которая заполнена хладагентом, как в холодильнике.
Труба максимально заглубляется в грунт. За счет разницы температур наружного воздуха (минус 30-40 градусов) и грунта, температура которого не ниже минус пяти градусов, импульс холода из надземной части трубы устремляется вниз. Устанавливая такие термостабилизаторы возле каждой сваи, мы природный холод загоняем в землю, к фундаментам и основаниям строительных конструкций и геотехнических систем, укрепляя грунт. А коротким северным летом дополнительно промороженный грунт не успевает оттаять.
Подобные устройства используют не только в России, активное применение им нашли также на Аляске и в Северном Китае при строительстве железной дороги в Тибете.
— Это дорогая технология?
— Вовсе нет по сравнению с искусственным замораживанием электрическими холодильными машинами, какие используются, например, на ледовых аренах. Ведь эти термостабилизаторы энергонезависимы, работают автономно, аккумулируя природный холод. Диаметр металлической трубы 4-5 см, длина — 10-15 метров, она надежно служит около 50 лет.
КОГДА НАСТУПИТ ЛЕДНИКОВЫЙ ПЕРИОД
— И все-таки холод — союзник человека или главный враг?
— Скорее, союзник. Проблема в том, что меняется климат, зимы становятся теплее, лето продолжительнее. Ученые фиксируют, как вечная мерзлота деградирует под воздействием даже природно-климатических факторов, не говоря уже о техногенном вмешательстве человека. Мы сегодня наблюдаем уменьшение площади криолитозоны, она сжимается, как шагреневая кожа, вечномерзлые грунты расепляются, превращаются в болота, озера. Как знаменитые воронки на Ямале. Они появились как раз из-за деградации вечной мерзлоты, а выбросы теплого газа только ускорили этот процесс. Так образуются термокарстовые озера, в процессе потепления атмосферы их размеры только увеличиваются, а это очень опасно.
— Что в ситуации растепления делать людям, живущим и работающим на этих территориях?
— Недавно в Тюменский госуниверситет приезжал профессор Гренобльского университета (Франция) — лауреат Нобелевской премии -Доминик Рейно и читал открытую лекцию о том, как изменяется климат на нашей планете. В разных местах земного шара это происходит по-разному, и на представленных им термограммах было видно, что нагревание у полюсов происходит сильнее, чем на экваторе. Это опасная тенденция для наших городов, таких как Уренгой, Надым, Салехард и других. В результате проводимого геотехнического мониторинга мы фиксируем осадку фундаментов, трещины в домах, аварии на нефтегазопроводах из-за просадок и деформаций грунтовых оснований. Некоторые здания и сооружения ведь были построены без учета изменений климата. Мы предлагаем при строительстве в районах вечной мерзлоты брать за основу не только строительные нормативы, но и учитывать прогнозы по изменению климата.
Технические решения — что делать, если грунт поплыл, — существуют. Они позволяют предотвратить просадки как на уже построенных зданиях и сооружениях, так и на вновь возводимых. Необходимо дополнительно промораживать грунт и тем самым повышать несущую способность оснований.
— Сейчас северные территории осваиваются весьма интенсивно, как вы считаете, стоит ли продолжать?
— Это вопрос экономики в большей степени. Мы вынуждены двигаться в этом направлении, так как основные запасы ресурсов находятся за Полярным кругом. Сегодня инженеры должны грамотно и аккуратно осваивать Север, иметь на вооружении технические решения для различных условий. Осваивать северные территории нам все равно придется, значит, надо быть максимально готовыми к любым сюрпризам природы.
***
фото: Сергей Стрижков.