Пересмотр СП 25 учитывает изменения климата и повышает безопасность сооружений в Арктической зоне
Минстрой России пересмотрел требования к проектированию оснований и фундаментов зданий и сооружений на многолетнемерзлых грунтах, направленные на обеспечение безопасности строительства в криолитозоне страны.
В связи с наличием многолетнемерзлых грунтов наблюдаемое в мире в последние годы изменение климата имеет особое значение и в целом для криолитозоны, и для Арктики России. Повышение температуры воздуха вызывает их деградацию и интенсификацию опасных криогенных процессов, негативно отражающихся на устойчивости зданий и сооружений. С повышением температуры многолетнемерзлых пород уменьшаются их прочностные свойства и возрастают их деформационные характеристики, что впоследствии ведет к разрушению объектов капитального строительства.
В настоящее время, в городах, расположенных на территории криолитозоны и Арктической зоны России, а это около 65% всей территории, существует большое количество острых вопросов, связанных с эксплуатацией жилищного фонда и новым строительством.
«Зачастую эта проблематика обусловлена именно отсутствием в нормативно-технической базе современных технологий, инновационных материалов, а также соответствующей методологии расчетов. В принципе изменения климата требуют переосмысления подходов строительства в Арктической зоне РФ. Благодаря разработанному проекту пересмотра СП 25 «Основания и фундаменты на вечномерзлых грунтах» снизится опасность возникновения аварийных ситуаций при длительной эксплуатации зданий и сооружений, возведенных в криолитозоне», – сообщил заместитель министра строительства и ЖКХ РФ Дмитрий Волков.
Пересмотр СП 25 обеспечивает внедрение новых и усовершенствованных способов фундаментостроения на многолетнемерзлых грунтах, а также уточненных методик расчетов по прочности и деформациям, обусловленных необходимостью учета изменения климата при проектировании оснований и фундаментов, а также появлению новых способов определения свойств мерзлых и оттаивающих грунтов.
«Изменения, внесенные разработчиками в текст свода правил СП 25 «Основания и фундаменты на вечномерзлых грунтах», призваны закрыть существующие пробелы в проектных требованиях и позволят в будущем избежать необходимости разработки целого ряда специальных технических условий, связанных с возможностью применения прямошовных труб для устройства свай в вечномерзлых грунтах, использования сухих смесей для заполнения металлических свай, а также возможности передачи части проектных нагрузок на сваи в процессе замораживания основания. Результаты работы получили согласование и высокую оценку организаций нефтяной и газовой отраслей. Вносимые изменения позволят достичь существенной экономии средств при строительстве в условиях Крайнего Севера, в том числе за счет отсутствия длинного плеча доставки бетонного раствора и необходимости организации растворных узлов на площадке. Эта экономия оценивается на уровне свыше 400 млн рублей в год», – прокомментировал важность готовящегося документа директор НИИОСП им. Н.М. Герсеванова АО «НИЦ «Строительство» Игорь Колыбин.
На основании анализа разрабатываемых специальных технических условий (СТУ) и обсуждения с заинтересованными организациями проработаны вопросы по использованию электросварных прямошовных труб в качестве свай и заполнения внутренней полости труб сухой цементно-песчаной смесью (ЦПС). Применение ЦПС позволит сократить установочные сроки производства работ приблизительно на 20% относительно существующих трудозатрат при использовании растворов.
«СП 25 – документ из ТОП-2 по количеству разработанных и согласованных Минстроем России в 2019 г. Всего за указанный год было зарегистрировано около 100 СТУ, большая часть из которых носила повторяющийся характер. По результатам работ над пересмотром этого документа необходимость в подобных СТУ будет исключена», – отметил заместитель директора ФАУ «ФЦС» Александр Неклюдов.
В целях модернизации наиболее распространенного способа устройства свайных фундаментов на многолетнемерзлых грунтах для сокращения сроков строительства в проект включены положения по проходке лидерных скважин для установки буроопускных свай с помощью струйной технологии, а также расчеты теплового взаимодействия сооружений с многолетнемерзлыми грунтами. При выполнении таких работ следует учитывать внесение в массив грунта тепла вследствие применения раствора бетона при устройстве буроопускных полых свай для заполнения их внутренней полости. Использование струйной технологии также позволит значительно сократить время разбуривания скважин в массивах прочного мерзлого грунта.
В составе документа предусмотрена возможность применения в многолетнемерзлых грунтах буроинъекционные сваи, что позволит избежать целой серии аварийных ситуаций, связанных с деформированием фундаментов существующих зданий вследствие повышения температур основания за счет их усиления. Эта технология применима для крепления защитных сооружений от опасных геологических и геокриологических, в том числе склоновых процессов.
Новые положения СП 25 также связаны и с расширением и уточнением величин удельного сцепления и угла внутреннего трения многолетнемерзлого грунта, определением критерия перехода мерзлых грунтов из пластичномерзлого состояния в твердомерзлое.
Кроме того, учтены требования к железобетонным конструкциям, расположенным в слое сезонного промерзания-оттаивания, подвергающимся попеременному замораживанию и оттаиванию в водонасыщенном состоянии при проектировании зданий с полами по грунту в районах с расчетной зимней температурой наружного воздуха ниже минус 40°С.
По словам Андрея Алексеева, руководителя ЦГГИ НИИОСП им. Н.М. Герсеванова АО «НИЦ «Строительство», в последние годы были завершены научно-исследовательские и опытно-конструкторские работы, в результате выполнения которых появились новые данные, позволяющие дополнить и уточнить отдельные положения по проектированию оснований и фундаментов зданий и сооружений на многолетнемерзлых грунтах. Именно эти новые данные отображены в проекте пересмотра СП 25.
Минстрой России отразит в нормативной базе новые подходы к методам расчета конструкций с полимерной композитной арматурой, а также уточнит требования к проектированию усиления конструкций композитными материалами.
Соответствующая работа по внесению изменений в СП 295 «Конструкции бетонные, армированные полимерной композитной арматурой. Правила проектирования» и СП 164 «Усиление железобетонных конструкций композитными материалами. Правила проектирования» находится на завершающем этапе. Обновленные документы появятся в начале 2021 года.
«Преимуществ у композитных материалов достаточно, чтобы способствовать их более широкому внедрению в строительный комплекс. У таких материалов высокая коррозионная стойкость, радиопрозрачность, высокие диэлектрические свойства. Простая технология изготовления и малый вес позволяет экономить на спецтехнике как при возведении конструкций с применением композитной арматуры, так и при усилении несущих конструкций композитами. Стоимость одного погонного метра стальной и композитной арматуры одного и того же диаметра примерно одинакова. Несмотря на очевидные плюсы для большого количества подотраслевых направлений строительства, в России применение композитных материалов долгое время тормозилось. И, прежде всего, из-за отсутствия актуальной нормативной базы. Сейчас мы шаг за шагом переламываем ситуацию, в том числе путем пакетного обновления документов по стандартизации, когда под конкретную точечную задачу корректируется весь необходимый для внедрения технологии комплект сводов правил и стандартов. В данном случае мы говорим о существенных уточнениях расчетной части проектирования», – сообщил заместитель министра строительства и ЖКХ РФ Дмитрий Волков.
Композитные материалы могут быть использованы при различных строительных работах. Так, композитную полимерную арматуру рекомендуется применять для армирования конструкций при строительстве дорожно-транспортной и городской инженерной инфраструктуры, объектов сельхозназначения, химических производств, сооружений водоподготовки и водоочистки, мелиорации, также и при строительстве шахт, тоннелей, морских и припортовых сооружений, сооружений, эксплуатируемых в условиях высоких электромагнитных полей. А также для армирования фундаментов, трубопроводов, опор линий электропередач, конструкций, эксплуатируемых в условиях воздействия агрессивных сред. В гражданском строительстве композитную полимерную арматуру рекомендуется применять пока только для армирования фундаментов малоэтажных зданий.
«Композитные материалы часто используют для восстановления несущей способности железобетонных конструкций, которая могла снизиться в процессе эксплуатации сооружения, при реконструкции объекта, а также для того, чтобы избежать перегрузку конструкций при перепрофилировании объекта. Одним из главных плюсов усиления конструкций композитными материалами является возможность оставить сооружение в его габаритах. Эта возможность крайне актуальна для городов с плотной застройкой. Еще пара весомых аргументов в пользу этой технологии – не нужны энергозатратные сварочные работы и времязатратные «мокрые» технологии», – добавил Дмитрий Волков.
Что нового появится в СП 295 «Конструкции бетонные, армированные полимерной композитной арматурой. Правила проектирования» и СП 164 «Усиление железобетонных конструкций композитными материалами. Правила проектирования» рассказал один из разработчиков проектов изменений, главный научный сотрудник НИИЖБ им. А.А. Гвоздева АО «НИЦ «Строительство» Тахир Мухамедиев.
По его словам, в Изменение CП 295 включены новые положения по методам расчета конструкций с полимерной композитной арматурой, в том числе: диаграммы деформирования бетона при одноосном растяжении, расчет упругопластического момента сопротивления сечения с учетом неупругих свойств бетона растянутой зоны сечения, расчета прочности изгибаемых конструкций таврового или двутаврового сечений с высотой сжатой зоны, превышающей ее граничное значение.
«Экономическая эффективность Изменения 295 обеспечивается за счет более точной расчетной оценки прочности и трещиностойкости конструкций из бетона с полимерной композитной арматурой. Утверждение проекта документа будут способствовать снижению материалоемкости от 13% до 7% при обеспечении трещиностойкости и деформативности конструкций с композитной полимерной арматурой из бетона класса от В20 до В60 соответственно. То есть, при проектировании, например, типовых балок с углекомпозитной арматурой экономия за счет снижения расхода арматуры составляет в сегодняшних ценах приблизительно 760 рублей на погонный метр балки или порядка 13 % общего расхода композитной арматуры», – объяснил Тахир Мухамедиев.
Говоря об Изменении СП 164 «Усиление железобетонных конструкций композитными материалами. Правила проектирования», Тахир Мухамедиев сообщил, что новые подходы, отраженные в документе, позволят также снизить расход элементов усиления из композитных материалов на 5-7 % при обеспечении жесткости конструкций из бетона класса от В40 до В15 соответственно.
Проект Изменения СП 164 включает в себя новые правила для расчета трещиностойкости усиленных композитными материалами конструкций, которое учитывает различие неупругих свойств разных классов бетона растянутой зоны сечения. В составе документа также – новые правила назначения расчетного сопротивления растяжению полимерного композита при выполнении расчетов на прочность при действии длительных нагрузок, а также новые зависимости для учета начального напряженно-деформированного состояния конструкции при ее усилении.
По словам заведующего кафедрой «Строительные материалы» Казанского государственного архитектурно-строительного университета, советника РААСН Альфреда Сулейманова, необходимо продолжать активную работу по развитию нормативной базы для внедрения полимерных композиционных материалов. В частности, на сегодняшний день не существует стандартизованных методик для установления частных коэффициентов надежности полимерных композитов для заданных условий эксплуатации.
«Материаловеды, разработчики полимерных композиционных материалов не стоят на месте, и, безусловно, композиты нового поколения будут обладать необходимыми эксплуатационными свойствами. Таким образом, сейчас важна также и необходима подготовка нормативных документов, где будут регламентированы методы оперативного определения частных коэффициентов надежности таких материалов с учетом специфики условий эксплуатации конструкций. И для решения этой проблемы мы уже начали работу с подведомственным учреждением Минстроя – ФАУ «ФЦС», – рассказал о проводимой работе Альфред Сулейманов.