Применение полимерной теплоизоляции для фундаментов и оснований на многолетнемерзлых грунтах

Абраменков П.М.,
эксперт Российской ассоциации полимерных энергоэффективных технологий (РАПЭТ),
начальник технического отдела по инфраструктурным проектам ООО «ПЕНОПЛЭКС СПб».

В соответствии со Стратегией развития Арктической зоны Российской Федерации (АЗРФ) и обеспечения национальной безопасности на период до 2035 года, утвержденной Указом Президента № 645 от 26.10.2020, поставлены задачи по комплексному развитию населенных пунктов, выполняющих функции в области национальной безопасности или базы для развития минерально-сырьевых центров. Развитие опорной сети населенных пунктов в криолитозоне сопряжено с необходимостью обеспечения бесперебойного функционирования портовой и логистической инфраструктуры, в том числе Северного морского пути. Сложные инженерно-геологические условия, риски проявления термокарстовых явлений, льдистые грунты (или ледогрунт) в основании при строительстве зданий и сооружений повышают ответственность при проектировании и последующей эксплуатации объектов капитального строительства.

Использование современных технических решений с применением полимерных материалов, таких как экструзионный пенополистирол, гидроизоляционные и дренажные мембраны, а также другие геоматериалы, позволяет эффективно регулировать температурно-влажностный режим грунтов основания и земляного полотна при строительстве в районах многолетней мерзлоты.

При устройстве фундаментов отапливаемых зданий и сооружений в криолитозоне преимущественно применяется I принцип использования многолетнемерзлых грунтов в соответствии с разделом 6.1, СП 25.13330 “Основания и фундаменты на вечномерзлых грунтах”, т.е. сохранение мерзлого грунта в исходном состоянии, благодаря чему обеспечивается достаточная несущая способность основания. Как правило, для отапливаемых сооружений предусматривается вентилируемое подполье (высотой не менее 0,6м) с целью минимизации техногенного теплового воздействия на грунты основания. Экструзионный пенополистирол эффективно применяется при теплоизоляции свайного основания с целью минимизации теплопоступлений через мостики холода (железобетон, сталь), а также для предотвращения деформаций при оттаивании грунта вокруг оголовков (см. Рис.1). При строительстве фундаментов на подсыпках наиболее часто применяют ленточные фундаменты с устройством проветриваемого подполья. Насыпь с применением теплозащитных экранов должна предотвращать сезонное оттаивание грунтов основания с учётом техногенного теплового воздействия от отапливаемого сооружения. При выполнении прогнозного расчёта температурного режима грунтов не учитывают снежный покров и дополнительные теплопоступления от солнечной радиации в проветриваемом подполье. Теплозащитные экраны из экструзионного пенополистирола монтируют горизонтально в теле земляного полотна под пятой заложения фундаментов, при недостаточной высоте отсыпки или количестве вентиляционных продухов, а также соответствующем расчётном обосновании – в теле насыпи в пределах всей площади подполья (см. Рис.2).

Рис.1. Принципиальная схема устройства теплозащитного экрана из экструзионного пенополистирола у оголовка сваи.

Рис.2. Принципиальная схема устройства фундамента с проветриваемым подпольем по отсыпке с применением теплозащитного экрана из экструзионного пенополистирола.

Для малых в плане и компактных сооружений применяются фундаменты на отсыпке с устройством вентилируемых труб с расчётным обоснованием их шага расположения, диаметра, минимальной скорости воздуха в трубах. Теплозащитные экраны из экструзионного пенополистирола в данном случае устраиваются под пятой фундамента в соответствии с принципиальной схемой на Рис.3.

Рис.3. Схема устройства теплозащитного экрана из экструзионного пенополистирола в основании фундамента на отсыпке с устройством вентилируемых труб.

Применение экструзионного пенополистирола позволяет решить проблему термокарста, а также значительно уменьшить влияние тепловыделений при проектировании непроходных каналов для инженерных сетей при их примыкании к фундаментам в условиях плотной городской застройки. При этом важно учитывать возможный перенос теплоты в процессе фильтрации поверхностных вод и комплексно подходить к выбору проектного решения. На Рис.4 отображены результаты моделирования распределения тепловых полей конструкции коммуникационного канала с применением сплошной внешней теплоизоляции из плит XPS толщиной 100мм в программном комплексе Frost 3D для условий г.Норильск с учётом расчётной температуры воздуха в канале +10,76 °С (расчёт в соответствии с формулой В.36, СП 61.13330) с фиксацией результата при наиболее неблагоприятном сочетании граничных условий.

Рис.4. Картина распределения тепловых полей разреза конструкции коммуникационного канала (20 годовых циклов, фиксация результатов август и апрель, моделирование в программном комплексе Frost 3D).

Техническое подразделение ассоциации РАПЭТ постоянно ведёт работу по совершенствованию внутренней документации (стандартны организаций), является инициатором множества научно-исследовательских и научных работ в отношении строительных конструкций, систем теплоизоляции для объектов нового строительства и реновации, с учётом климатических, сейсмических, инженерно-геологических особенностей регионов. Совместно с АО “НИЦ “Строительство” разработан стандарт организации СТО 36554501-061-2019 “Проектирование и устройство теплоизоляции заглубленных конструкций (помещений) зданий и сооружений”, в состав которого входят материалы для проектирования (рабочие чертежи узлов и примыканий), примеры расчётов и таблицы подбора толщины теплоизоляции с привязкой к климатическим параметрам, определяемых в соответствии с СП 131.13330 (среднегодовая температура, годовая амплитуда среднемесячных температур), а также руководство по применению теплоизоляции из экструзионного пенополистирола при проектировании и устройстве фундаментов зданий и опор трубопроводов на подсыпках на многолетнемерзлых грунтах (Москва, 2009г.).