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.
Дорожная карта по строительству второй очереди кампуса ДВФУ утверждена Министерством науки и высшего образования Российской Федерации. Документ определяет ключевые этапы развития университетского кампуса до 2030 года. Проект рассчитан на период с 2025 по 2030 годы. Его центральным элементом станет строительство двух новых современных гостиничных корпусов общей площадью 76,1 тысячи квадратных метров. Это позволит создать новые места для проживания студентов, аспирантов, научно-педагогических работников и сотрудников университета.
Руководителем регионального штаба по реализации проекта назначен губернатор Приморского края Олег Кожемяко.
«Потребность в развитии кампуса ДВФУ очевидна. Ежегодно всё больше студентов из разных регионов России и стран Азиатско-Тихоокеанского региона выбирают этот вуз для учёбы. В таком решении большую роль играет развитый кампус у моря – его современные учебные корпуса и общежития, возможности для занятия спортом на улице. Важно, что вуз стал главной площадкой для многих международных экономических мероприятий. Такой статус университета подчеркивает и Президент России Владимир Путин, по поручению которого ДВФУ включен в программу “кампусов мирового уровня”. Строительство второй очереди усилит статус университета и позволит расширить возможности привлечения в край молодёжи для учебы и жизни», – прокомментировал глава региона.
Помимо строительства новых гостиничных корпусов, проектом запланировано развитие современной образовательной экосистемы, включая разработку новых практикоориентированных и сетевых образовательных программ совместно с индустриальными партнёрами, и появление новых передовых лабораторий. Особое внимание уделено созданию доступной инфраструктуры для спорта, культуры, общественного питания, а также медицинских и досуговых сервисов.
Координацию работ со стороны ДВФУ обеспечивает ректор Борис Коробец.
«Это отправная точка для начала строительства второй очереди кампуса. При поддержке заместителя председателя Правительства РФ – полномочного представителя Президента РФ в ДФО Юрия Трутнева, Министерства науки и высшего образования РФ и Правительства Приморского края мы реализуем проект, который позволит вывести на новый уровень научно-образовательный потенциал всего макрорегиона – еще больше человек смогут жить, учиться, работать в лучших условиях и стать частью команды ДВФУ», – отметил ректор ДВФУ Борис Коробец.
Проект второй очереди кампуса также нацелен на активную интеграцию в городскую среду через обеспечение пешеходной доступности, организацию мероприятий для жителей Владивостока и создание открытых общественных пространств.
Напомним, в 2024 году по отдельному поручению Президента России Владимира Путина Дальневосточный федеральный университет вошел в программу строительства кампусов мирового уровня в рамках национального проекта «Молодежь и дети». Отметим, что по поручению Президента в стране создается целая сеть современных кампусов. К 2030 году появится созвездие из 25 новых кампусов университетов. Работу по данному направлению ведет Правительство Российской Федерации и Минобрнауки России.