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.
На Димитровском мосту завершён первый этап ремонта — движение транспорта открыто по всем шести полосам. Запланированный на этот год объём работ выполнен вовремя и с хорошим качеством — об этом заявил мэр Новосибирска Максим Кудрявцев на выездном совещании.
«В этом году у нас большая программа ремонта мостовых сооружений. Напомню, что мы ремонтируем сразу шесть мостов. Четыре объекта вводим в этом году и два — переходят на следующий. Самый крупный объект — Димитровский мост, его ремонт будем продолжать в следующем сезоне. Но весь объём работ, который мы закладывали на этот год, выполнен вовремя и с хорошим качеством, — подчеркнул мэр Максим Кудрявцев. — Мы обещали горожанам, что откроем шестиполосное движение на мосту до зимы и это обещание выполняем. Мы понимаем, что если будет много снега, то эта важная транспортная артерия не будет работать в полную силу».
Ремонт Димитровского моста разбит на четыре этапа. В этом сезоне завершили первый этап: отремонтировали тротуар и проезжую часть правой полосы по направлению на левый берег, уложили гидроизоляцию и новое двухслойное асфальтобетонное покрытие. Сделаны монолитные железобетонные цоколи ограждений, восстановлены гранитные парапеты и перила, смонтировано барьерное ограждение, нанесена разметка.
К следующему этапу ремонта подрядная организация приступит весной, как только позволят погодные условия.
«На следующий год мы также пойдём полосой — теперь уже с левого берега на правый. Вернёмся к реверсивному движению, которое себя оправдало. С его помощью мы распределяем транспортные потоки, переключая в зависимости от нагрузки. Будем настраиваться на следующий год работать еще более интенсивными темпами, чтобы максимально быстро сдать этот объект», — отметил мэр Максим Кудрявцев.
До следующего строительного сезона вдоль полос движения будут стоять ограничительные блоки. Директор МКУ «Гормост» Виктор Слепец пояснил, для чего они нужны: «Ограничительные блоки сейчас стоят на границах раздела деформационных швов. После завершения первого этапа конструкция нового шва находится выше старого, поэтому по технологии нам пришлось поставить ограничительные блоки для защиты конструкций от повреждений. Эти блоки будут стоять в течение всей зимы и будут сняты после завершения следующего этапа работ».
По словам Виктора Слепца, после завершения всех четырёх этапов работ Димитровский мост сможет работать без капитального ремонта ещё 25 лет. Дорожное покрытие должно прослужить не менее пяти лет — такую гарантию даёт на него подрядчик. Здесь применены новые типы асфальтобетонного покрытия, которые позволяют выдерживать интенсивные нагрузки.