❄️ Объекты на вечной мерзлоте

Модуль #224. Проектирование объектов в зоне многолетнемёрзлых грунтов (ММГ) на севере Казахстана (СКО, Костанайская, Павлодарская обл. близ границы РФ) и анализ опыта Норильска/Ямала. Термостабилизирующие сваи Long Yang Cooling, термосифоны СВВ-25 (CO₂ заполнение), грунтовые охладители, защита фундамента от оттайки. СНиП 2.02.04 «Основания и фундаменты на ММГ», СН РК 5.01-01, ГОСТ 25100 (Классификация грунтов), СП 25.13330.

1. Принципы строительства на ММГ

СНиП 2.02.04 определяет 2 основных принципа:

Принцип I (сохранение мёрзлого состояния): для зданий с тёплым контуром на льдонасыщ. грунтах. Проветриваемое подполье h≥1.2 м между зданием и грунтом, термосифоны для отвода летнего тепла, теплоизоляция перекрытия 1-го этажа min 200 мм.
Принцип II (допущение оттайки): для надёжных пластичных грунтов и малоэтажных зданий. Расчёт деформаций при оттайке (ε≤8% для каменных, ≤4% для кирпичных), фундамент-плита с прогрессивным армированием.
Сваи Long Yang Cooling (термосваи) — стальная труба Ø219-426 мм заполнена CO₂ или аммиаком, конденсация на верх. оребрении выше уровня снега, испарение внутри сваи отводит тепло из грунта (естеств. конвекция, без энергии).
Геокриологический мониторинг скважинами 5-10 м с термисторами (год за годом контроль глубины оттайки/промерзания).
Запрет утечек тепла: канализация с теплоспутниками, водоснабжение в каналах с тепловыми защитами, отопл. трубы НЕ в грунте.

Упражнение 1 — Свайное основание

5-этажное жилое здание 60×15 м на грунтах с льдистостью I=0.4 (льдонасыщенные пески), глубина мёрзлой кровли 2.5 м, температура грунта −2°C. Какое решение по СНиП 2.02.04?

Ленточный фундамент мелкого заложения 1.5 м — экономичноСвайный из забивных свай С40-12 длиной 8 м без термостабилизацииПлитный фундамент с подушкой из щебня без вентилируемого подпольяСвайно-винтовое с термостабилизацией: сваи буроопускные Ø325 мм L=12-15 м (заведение в твёрдомёрзлый слой ≥8 м), Long Yang Cooling термосифоны на каждой 2-3 свае (расход 0.06-0.08 шт/м² застройки), проветриваемое подполье h=1.5-2.0 м с защитной решёткой от снега, ростверк ж/б B30 H=600 мм с теплоизоляцией PIR 200 мм снизу, мониторинг температуры свай (3 термистора по высоте) с дист. передачей в DCS, расчёт несущей способности по СП 25.13330 с учётом снижения cмёрз. за счёт повышения t° на 0.5°C через 30 лет (глобальное потепление), СНиП 2.02.04 + СП 25.13330

Упражнение 2 — Кол-во термосифонов

Здание 60×15 м (900 м²) на 5 этажей. Расход термосифонов СВВ-25 по нормам 0.04-0.05 шт/м² застройки для умеренного температурного режима (t°грунта −2°C, годовая теплоотдача из здания 30 Вт/м²). Сколько штук термосифонов нужно?

N = S_здания × норма + 20% запас на критические зоны
(углы, входы, под коммуникациями)

Подсказка: 900 × 0.04 = 36 шт; +20% = ~42 шт термосифонов (расставлены по периметру 2×60+2×15=150 м через 3.6 м + усиление на углах).

Упражнение 3 — Бюджет на ММГ

5-этажный жилой дом 60×15 м (4500 м² общ. площ.) в зоне ММГ. ССЦ + специфика: свайно-винтовое основание 60 свай Ø325 мм L=15 м + ростверк — 580 млн тг, 42 термосифона СВВ-25 + мониторинг датчики — 180 млн тг, проветриваемое подполье H=2 м (стены, продухи, защита от снега) — 240 млн тг, теплоизоляция перекрытия 1 эт. PIR 200 мм + защитная мембрана — 165 млн тг, монолит каркас + перекрытия 4500 м² (бетон B30 с морозостойкостью F300) — 2.4 млрд тг, фасад НВФ с теплоизоляц. 250 мм + витражи с трип. стеклопак. — 980 млн тг, отопление с теплоспутниками канализ./водопр. внутри здания — 380 млн тг, автономная электростанция + резерв (зимы −45°C, аварии сети) — 420 млн тг, благоустройство в условиях ММГ (тротуары на свайн. ростверке) — 280 млн тг, проектирование + геокриологические изыскания + мониторинг 1 год — 720 млн тг, НР+СП на 25% увеличены за счёт сезонности и климата — 435 млн тг. Стоимость?

Цель: ~6.8 млрд тг (допуск ±10%). 0.58+0.18+0.24+0.165+2.4+0.98+0.38+0.42+0.28+0.72+0.435 = 6.78 млрд тг. Удельная стоимость ~1.5 млн тг/м² — в 2 раза выше юга РК из-за термостабилизации и сезонности.

Упражнение 4 — Защита от термокарста

Утечка тепла из здания может привести к локальному оттаиванию ММГ и термокарсту (просадке грунта до 2 м). Какие защитные меры обязательны?

Только увеличить толщину утеплителя перекрытия 1-го этажаОтопление при +18°C круглый год — это нормаКомплексная защита: 1) Тепловой барьер — проветриваемое подполье H=1.5-2 м с продухами 25-30% площади, ориентированными на господств. ветры; 2) Термосифоны Long Yang по периметру; 3) Сеть мониторинга — 8-12 термических скважин глубиной 5-10 м с термисторами (1 на 100 м² застройки), измерения 4 раза/год; 4) Канализация и водопровод внутри здания — НЕ закопаны в грунт, проложены по тёплым каналам с теплоспутниками + теплоизоляция; 5) Сток дождевой воды от здания через ливнёвку с отводом ≥30 м от фундамента; 6) Обязательная вентиляция подвального пространства; 7) Запрет посадки деревьев и кустарников в радиусе 5 м (затрудняют сезонное промерзание); СНиП 2.02.04 + СП 25.13330Газовое отопление вместо электрического

Нормативы: СНиП 2.02.04 (Основания на ММГ), СП 25.13330, СН РК 5.01-01, ГОСТ 25100, ГОСТ 24847 (Грунты ММГ).

Реальные объекты: Жилые дома Норильска, Ямбург ЯНАО (Газпром), г. Игарка, объекты Salym Petroleum, северо-Казахстанские пограничные посты.