По наблюдениям ученых, с 1980-го по 2010 год в северной зоне ЯНАО среднегодовая температура грунтов на двухметровой глубине повысилась на два градуса. Грунты теряют былую устойчивость, рельсовые дороги "пляшут". Как бы то ни было, подготовлен к реализации в ближайшее время амбициозный для арктического региона проект строительства Северного широтного хода, вынашиваются планы выхода магистрали к порту Сабетта, к Игарке и Норильску. Строящиеся в северных регионах УрФО инфраструктурные объекты нужно сразу проектировать с учетом глобального потепления.

Строительные материалы:

Учитывая трудности с транспортной логистикой в АЗРФ, желательно максимизировать объёмы их производства на месте. Как это осуществить? С применением инновационных технологий и доступных материалов.

Например, компания «ПОЛИПЛАСТ Северо-Запад» разработала композитное вяжущее «Полиграунд», которое может применяться при проведении берегоукрепительных работ в АЗРФ. При смешивании «Полиграунда» с молотым доменным гранулированным шлаком (МДГШ), водой и грунтом возможно производить стройматериалы, такие как балластные маты, «на месте». Причём получаемая плотность грунтобетона (свыше 2 000 кг/м3) может сравниться с «классическими» тяжёлыми бетонами. Испытания проводились при температуре окружающего воздуха -3°С … -5°С. Донный грунт забирался прямо из реки. Поскольку экскаватор работал в непосредственной близости от берега, в грунте были как органические (дерево), так и техногенные (стекло, металл и т.п.) включения. Полученный грунтобетон продемонстрировал высокие показатели прочности, устойчивость к коррозии, водонепроницаемость и морозостойкость. Заключение подтвердило правильность подбора пластификаторов и специализированных добавок, что позволяет говорить о широких возможностях применения грунтобетона в АЗРФ.  

Важным компонентом грунтобетона является модифицированный специалистами компании шлак. Поставщиками гранулированного шлака в промышленных масштабах для нужд проектов расширения портовой инфраструктуры АЗРФ могут выступить крупные металлургические комбинаты, такие как ПАО «Северсталь» (накоплено более 1 млн. тонн шлака) и/или ПАО «НЛМК». С точки зрения транспортной логистики, поставки из Череповца Вологодской области в регионы российской западной Арктики будут несколько дешевле. 

Проблемы мостостроительства:

Обыкновенный мост, приблизительно 100-метровый. Под ним протекает ручей, однако он и создал проблему - растеплил грунт вокруг опоры пролета, спровоцировал вертикальные и горизонтальные деформации. Восстановить мерзлотную прочность без остановки движения реально. Для этого надо смонтировать так называемое сезонное охлаждающее устройство, изолировать опору и постараться ручей обезвредить, сместив его, перенаправив русло. Затем отслеживать состояние сооружения через датчики геомониторинговых скважин, - предлагает сотрудник МГУ кандидат геолого-минералогических наук Владислав Исаев. По его сведениям, в свое время заказчик отказался от дорогих проектных решений по мостовым переходам в пользу простых и дешевых, сэкономил многие миллиарды рублей, но повышение температур, увеличение объема дождевых и снежных осадков потребовали дополнительных капиталовложений в содержание дороги. Судя по всему, в последующем раскошеливаться придется еще больше. Южнее, на Северной и Свердловской железных дорогах, тоже не без волнений: на отдельных участках, находящихся в зоне многолетних мерзлых грунтов (их совокупная протяженность 46 километров), скорость составов ограничена до 18 километров в час, а где-то и до шести - пешком быстрее.

В эстакадную дорогу придется вложить несравнимо больше, чем в обычную. Но она окупит себя за счет низких эксплуатационных затрат. В противостоянии с разрушительным теплом уже найдены какие-то новые, революционные технологические решения? Ответ на этот вопрос профессора кафедры геотехники Санкт-Петербургского архитектурно-строительного университета Игоря Сахарова удивил:

Дороги надо поднимать. На эстакады. Способ вовсе не нов, зато у него масса преимуществ. Однако, этот способ не применяли в условиях Арктики т.к. он очень дорог.  Эстакадная дорога требует больших вложений. Но она окупит себя за счет низких эксплуатационных затрат. Скорость движения будет в два-три раза выше. Дорогу не придется постоянно "штопать" из-за подвижек грунтов. Свайные опоры уйдут в них максимально глубоко, они выдержат нагрузку при движении тяжелых составов на приблизительно четырехметровой высоте над землей, к тому же он экологична, не препятствует передвижению животных.

В целом гибридный вариант - сочетание насыпной дороги с эстакадной, со "взлетом" поездов на геологически сложных, обводненных участках. Слабая сторона эстакад - деформационные швы, довольно быстро изнашивающиеся при интенсивном движении. Впрочем, такого рода проектов для высоких широт даже в сыром виде нет. Кто возьмется?

На сегодняшний день, прокладывать дороги приходится на «ледяном панцире». В условиях вечной мерзлоты песчаники, глины, галечники и другие рыхлые грунты ведут себя непредсказуемо. Тепло, которое создаётся при движении транспорта, нагревает почву. В результате система теряет монолитность и смещается в процессе подтаивания. Поэтому, строить дороги на вечной мерзлоте можно только с применением специальных технологий, помогающих стабилизировать грунт, путём его смешивания с соответствующими добавками. 

Как в случае с берегоукреплением, так и с дорожным строительством технология может задействовать три компонента:

·         Минеральное вяжущее (МДГШ),

·         Химические добавки и полимеры, в т.ч. «Полиграунд»,  

·         Местный грунт (песок, суглинок, глина и т.п.).

С помощью этих технологий можно стабилизировать протаявшие грунты "вечной мерзлоты" и обустраивать земляные дамбы во время паводков, а также использовать донный грунт при проведении дноуглубительных работ на Крайнем Севере в качестве пригруза и каркаса для стабилизации берегов в местах дноуглублений. 

Таким образом, можно использовать техногенные отходы, шлаки и золы для строительства, ремонта и реконструкции объектов транспортной инфраструктуры.

В статье используются материалы из следующих источников:

https://rg.ru/2021/11/24/reg-urfo/poteplenie-zastavit-meniat-tehnologii-stroitelstva-dorog-v-arktike.html

https://goarctic.ru/regions/ukreplenie-beregov-i-stroitelstvo-dorog-novye-materialy/