Петербургские ученые разработали уникальные сваи для устойчивого строительства на вечной мерзлоте
Инженеры Санкт-Петербургского политехнического университета Петра Великого разработали конструкцию облегченной буроопускной сваи из стеклопластика со сниженной материалоемкостью, а также создали адаптивную цифровую модель, позволяющую прогнозировать ее поведение в многолетнемерзлых грунтах. Разработка имеет большой потенциал внедрения при строительстве инфраструктуры в Арктике. Работы осуществлялись при поддержке федеральной программы «Приоритет-2030».
Строительство на территориях распространения многолетнемерзлых грунтов (ММГ) сопряжено с высокими рисками деформаций и разрушений фундаментов из-за сложных геокриологических условий и изменения климата. Широко применяемые сегодня традиционные решения имеют высокую стоимость и при этом недостаточно надежны и адаптивны к неоднородным грунтам, что особенно критично для развития инфраструктуры в Арктической зоне.
Исследователи Научно-технологического комплекса «Новые технологии и материалы» Института машиностроения, материалов и транспорта СПбПУ создали конструкцию буроопускной сваи из стеклопластика, применив оригинальную технологию изготовления макетов. Она заключается в особом способе намотки армирующего материала. Все это позволило снизить вес конструкции сваи более чем на 6%, а материалоемкость – на 5% при одновременном росте несущей способности по сравнению с традиционными решениями.
Кроме того, инженеры разработали адаптивную цифровую модель взаимодействия сваи с многолетнемерзлыми грунтами. Такая модель способна прогнозировать поведение сваи в ММГ грунте с точностью до 95%. Технология объединяет стендовые испытания (которые проводятся в Якутске) и цифровое моделирование, позволяя оперативно подбирать оптимальные параметры свай под нестандартные и разнородные грунтовые условия.
Как отметил инженер-исследователь НТК «Новые технологии и материалы» Иван Карпов, работа над проектом потребовала нестандартного синтеза материаловедения и цифрового инжиниринга.
«Нам удалось не просто создать более легкую и прочную сваю, а сформировать целостную технологию – от виртуального проектирования до стендовых испытаний, адаптированную под экстремальные условия Арктики. Это результат, который делает строительство на вечной мерзлоте не только более надежным, но и экономически оправданным» – прокомментировал он результаты работы.
Разработка «политехников» позволяет снизить общие затраты на возведение фундаментов в условиях многолетнемерзлых грунтов до 10% за счет использования полимерных материалов, новой конструкции сваи, а также ускорения проектирования с помощью цифровой модели. Повышенная надежность фундаментов снижает риски аварий и дорогостоящих ремонтов, обеспечивая долгосрочную устойчивость объектов инфраструктуры, что особенно актуально для территорий Крайнего Севера. Новая технология может быть востребована в нефтегазовой отрасли, энергетике и жилищном строительстве, а ее масштабируемость дает большие возможности коммерциализации.
«Эта перспективная разработка является еще одним важным результатом петербургских исследователей, достигнутым в ходе реализации программы стратегического академического лидерства «Приоритет-2030». Ее применение будет во многом способствовать обеспечению национальных интересов освоения и развития Арктической зоны нашей страны. Сегодня на базе петербургских вузов и научных организаций развернута масштабная работа в этом направлении. Мы и дальше будем оказывать им необходимую поддержку. Развитие науки и новых технологий – один из ключевых приоритетов для нашего города, - подчеркнул Владимир Княгинин.
В планах разработчиков до 2030 года пройти путь от стендовых и натурных испытаний до опытно-промышленной эксплуатации и промышленного освоения технологии. Планируется полная верификация цифровой модели, патентование ключевых решений и разработка регламентов серийного производства свай. В перспективе технология может быть внедрена в строительные нормы. Дальнейшее развитие проекта предполагает масштабирование производства и адаптацию решения под различные типы многолетнемерзлых грунтов.
В перечень проектов, которые будут реализованы с использованием средств федерального бюджета в рамках комплексной государственной программы «Строительство», добавлены мероприятия, направленные на развитие здравоохранения, агропромышленного комплекса и научно-технологического потенциала страны. Распоряжение об этом подписано.
В перечень включены проекты по строительству комплекса зданий в Екатеринбурге для Уральского научно-исследовательского института охраны материнства и младенчества, строительству медицинского блока для создания клинического центра ионной углеродной терапии и реконструкции здания для размещения прототипа импульсного источника нейтронов в городе Протвино Московской области.
Также добавлен проект по реконструкции Куйбышевского обводнительно-оросительного канала (вторая очередь) в Самарской области. Он будет реализован в рамках госпрограммы вовлечения в оборот сельскохозяйственных земель и развития мелиоративного комплекса.
Перечень объектов, которые будут построены в рамках комплексной государственной программы «Строительство», утверждён в 2023 году и ежегодно актуализируется. В него входят приоритетные с точки зрения государства проекты стоимостью более 3 млрд рублей, на реализацию которых выделяется бюджетное финансирование. В перечень таких объектов входят крупные социальные учреждения – медицинские, спортивные и образовательные центры, музеи, объекты коммунальной и транспортной инфраструктуры.
Принятое решение прокомментировал заместитель Председателя Правительства Марат Хуснуллин.
«Комплексная государственная программа “Строительство„ способствует устойчивому развитию строительной отрасли и достижению национальных целей развития страны. Она позволяет концентрировать ресурсы на ключевых объектах, обеспечивая их своевременный ввод, а также наиболее эффективное использование бюджетных средств», – отметил вице-премьер.
По его словам, особое внимание в программе уделяется социальной сфере.
«Например, только в сегменте здравоохранения сегодня строится и реконструируется более 100 объектов. Среди них – детские реабилитационные центры в Евпатории и Новосибирской области и другие значимые учреждения, которые позволят вывести медицинскую помощь на новый уровень», – заключил он.
Подписанным документом внесены изменения в распоряжением Правительства от 7 февраля 2023 года № 267-р.