ОСОБЕННОСТИ СТРОИТЕЛЬСТВА ЖИЛЫХ ЗДАНИЙ В УСЛОВИЯХ СЕВЕРА

Освоение Севера сопровождается строительством городов в условиях вечной мерзлоты. В статье рассказывается об основных способах строительства жилых зданий на Крайнем Севере, особенностях и трудностях их возведения.

Самым северным, холодным и непригодным для жилья регионом Земли является Арктика. Она занимает огромную территорию – более 30 млн кв. км, из которых 14 млн кв. км – арктическая суша, складывающаяся из северных владений таких стран, как Россия, США, Канада, Гренландия (входящая в состав Дании), Швеция, Финляндия, Норвегия, Исландия. 80% арктической суши принадлежит России и Канаде.

Для Арктической зоны характерны экстремальные климатические условия: отрицательная среднегодовая температура, полярные ночи, сильные ветры и метели. Зона вечной мерзлоты занимает практически две трети территории России. Здесь находятся шахты и карьеры, проложены дороги, построены аэродромы и порты. На вечных льдах возведены целые города, где строительство жилых домов – настоящий подвиг.

Строить дом в условиях вечной мерзлоты невероятно сложно – ледяной панцирь постоянно меняет свою структуру. Рыхлые грунты, нагреваясь от возведенных на них зданий, теряют свою монолитность, начинают «таять» (до нескольких сантиметров в год) и смещаться. Принципы строительства жилых домов в Арктике должны быть основаны на фундаментальных законах физики. Особое внимание стоит уделить поддержанию температуры грунта, возведению фундамента и теплоизоляции дома. Строительство жилых объектов в зоне вечной мерзлоты должно сопровождаться применением современных технологий и энергосберегающих материалов. Конструкция дома должна гарантировать отсутствие температурных мостиков, через которые тепло мгновенно выходит из помещения.

В зависимости от природных условий, вида почвы и особенностей объекта используют два способа строительства:

1. На мерзлых грунтах.
2. На грунтах в оттаивающем и оттаявшем состоянии.

При возведении жилых домов по первому, более популярному, способу используются конструкции и технологии, способствующие сохранению грунтов в мерзлом состоянии: холодные подполья, холодные первые этажи, охлаждающие каналы и трубы, термоизолирующие насыпи и т.д.; по второму – применяется предварительное искусственное оттаивание вечномерзлого грунта и замена льдонасыщенных грунтов на талые песчаные или крупнообломочные.

Перед закладкой фундамента в обязательном порядке необходимо проведение инженерно-геокриологических работ с целью прогнозирования поведения грунта при строительстве зданий и последующей эксплуатации постройки. После проведения исследований инженерами принимается решение об использовании того или иного способа строительства.

На сегодняшний день благодаря достижениям науки есть возможность строить жилые дома в любых природных условиях, даже на вечных льдах. Существует множество видов свай, позволяющих возвести надежный фундамент на мерзлоте. Если полвека назад века арктический грунт перед установкой в него свай оттаивали паром в течение месяцев, то сегодня строителям достаточно проделать буровыми установками отверстие в почве, вставить туда арматурный каркас и залить бетон со специальными присадками, которые не успевают замерзнуть в процессе заливки. Впервые строить дома на сваях предложил советский инженер Михаил Ким, в 1966 году получивший Ленинскую премию «за разработку и внедрение принципиально новых методов индустриального строительства в условиях Крайнего Севера».

Возведение фундамента – далеко не единственная проблема, с которой сталкиваются инженеры при строительстве зданий на Крайнем Севере. Наличие мерзлоты, которая порой достигает нескольких сотен метров, существенно осложняет прокладку коммуникаций. Сезонное оттаивание грунтов, нестабильность ледяных покровов, низкая несущая способность талой почвы – все это вынуждает прокладывать трубопроводы над поверхностью земли. Такие теплотрассы, особенно в период сильных морозов, подвергаются серьезным испытаниям и нагрузкам: трубы охлаждаются до недопустимых значений, угроза их замерзаний и как следствие выхода из строя становится более чем реальной. Это заставляет теплоизолировать трубопроводы, строить промежуточные котельные и т.д. Зачастую такие меры ведут к высокой аварийности теплотрасс и к остановке подачи воды.

Существует и более безопасный, но более сложный способ прокладки коммуникаций: например, в Норильске все трубы проложены под землей на глубине свыше 6 метров, а коллекторы расположены в серьезном отдалении от домов, чтобы уберечь грунт от оттаивания.

Стоит также отметить, что стальные трубы, проводящие «арктическую» воду с низким содержанием pH и высокими показателями железа, служат в 2-3 раза меньше своего нормативного срока. [2, с. 15]

Аномально низкая температура, сильные ветры и суровые метели – еще одна неприятная особенность северного климата, осложняющая строительство жилых домов в Арктике. Чтобы проживание в домах было максимально комфортным, городские кварталы проектируют очень компактно, замкнутым контуром, с минимальным наличием площадей и широких длинных улиц – таким образом получается существенно снижать скорость ветра. Фасады и крыши заполярных домов отличаются простыми профилями – это способствует их упрощенной очистке от снежных заносов.

Из-за огромной удаленности арктических территорий от производственных цехов, заводов и фабрик осложняется доставка сырья и материалов к месту строительства, которая к тому же в большинстве случаев возможна лишь в период летней навигации – 4-5 месяцев в году. Если на «материке» для строительства жилых домов применяются, в основном, монолитные и кирпичные технологии, то на Крайнем Севере возведение зданий по ним – полный анахронизм. [1, с.2]

С учетом всех особенностей региона наиболее подходящей технологией для возведения домов на Севере является модульное строительство. Главное преимущество данной технологии заключается в том, что дома из модулей – заранее изготовленных частей – строятся в кратчайшие сроки. Также к достоинствам модульного строительства можно отнести:

• минимальную материало-, трудо- и энергоемкость;
• минимальный вес стройматериалов и как следствие их удобную доставку к месту строительства;
• повышенная безопасность зданий;
• экологичность и долговечность сооружений.

Район города из модульных домов может быть возведен буквально в течение недели. Помимо практичности такие дома имеют прекрасный внешний вид, а жилье в них отличается повышенной комфортабельностью.

Еще одной особенностью строительства жилых домов на Крайнем Севере является цветовое оформление зданий – важно избегать серых, невыразительных тонов, которыми отличаются зимние ландшафты при низком, чаще всего облачном небе и продолжительной ночи. При помощи ярких цветов – желтого, красного, зеленого – можно выделить не только пространственные ориентиры, но и поднять настроение местным жителям. Использование цвета в массовом жилищном строительстве является наиболее вариантным средством композиции и действенным средством борьбы против однообразия и монотонности, особенно на Крайнем Севере. Использование красного и оранжевого цвета теплого спектра в вечернее время и дни полярных ночей придает домам контрастности на фоне снежного покрова. В условиях плохой освещенности или низкого солнца такие цвета усиливают видимость зданий. [3, с.8]

В заключение можно сказать, что любое вмешательство человека в специфическую и уязвимую северную природу должно быть тщательно продумано и подвержено серьезным исследованиям. Прежде чем начинать строительство на Крайнем севере, необходимо произвести инженерно-геокриологические работы, определить среднемесячную температуру региона, выбрать способ прокладки трубопроводов и теплотрасс. Возведение жилых домов в условиях вечной мерзлоты должно производиться с использованием современных технологий: от закладки «самоохлаждающегося» фундамента до утепления домов инновационными материалами. Строительство городов на Севере – ключ к исследованию земли Арктики.

Список литературы:

1. Алёшина, Т. (б.д.). Строительство на мерзлоте: опыт и новшества. Получено 8 Сентябрь 2016 r., из Сибирский форум: http://sibforum.sfu-kras.ru/node/106 (Дата обращения 7.09.2016)
2. Елагина О.Ю., Ефименко Л.А., «Традиционные и перспективные стали для строительства магистральных газонефтепроводов». 2011 г.
3. Строительство в высоких широтах. Принципы, возможности и перспективы. (б.д.). Получено 8 Сентябрь 2016 r., из Строительный эксперт: http://ardexpert.ru/article/5072 (Дата обращения 7.09.2016)