Proceedings of Petersburg Transport University Proceedings of Petersburg Transport University Известия Петербургского университета путей сообщения 1815-588X 2658-6851 72387 10.20295/1815-588X-2023-4-878-890 Общетехнические задачи и пути их решения GENERAL TECHNICAL PROBLEMS AND SOLUTION APPROACH Общетехнические задачи и пути их решения Features of Design and Construction of Buildings in Seismically Hazardous Areas with Permafrost Soils Особенности проектирования и строительства зданий в сейсмоопасных районах с многолетнемерзлыми грунтами Пегин Павел Анатольевич Pegin Pavel Anatol'evich ppavel.khv@gmail.com

доктор технических наук;кандидат технических наук;

doctor of technical sciences;candidate of technical sciences;

 Филимонов Даниил Сергеевич Filimonov Daniil Sergeevich Петербургский государственный университет путей сообщения Императора Александра I Санкт-Петербург Россия Emperor Alexander I St. Petersburg State Transport University Saint-Petersburg Russian Federation Петербургский государственный университет путей сообщения Императора Александра I Россия Emperor Alexander I St. Petersburg State Transport University Russian Federation 17 12 2023 17 12 2023 20 4 878 890 17 12 2023 https://itt-pgups.ru/en/nauka/article/72387/view

Цель: Анализ накопленного опыта проектирования и строительства зданий в районах с многолетнемерзлыми грунтами и сейсмической активностью. Методы: Применены статистические и аналитические методы. Результаты: Рассмотрены районы совместного распространения многолетнемерзлых грунтов и сейсмики на территории России. Приведен обзор и анализ принципов строительства на многолетнемерзлых грунтах. Рассмотрены и проанализированы 2 основных способа сохранения грунтов основания в мерзлом состоянии при использовании I принципа строительства и 3 комбинированных варианта при сочетании свайного фундамента с проветриваемым подпольем, подсыпкой и охлаждающими устройствами. Сделан вывод о строительстве с использованием I принципа, где в качестве фундамента предпочтителен свайный фундамент с высоким свайным ростверком и проветриваемым подпольем, так как сваи данного фундамента выступают в роли гибкой связи между надземной частью здания и основанием. При сейсмическом воздействии данный фундамент воспринимает действие вертикальной и горизонтальной сейсмической нагрузки, а также действие опрокидывающего момента. В случае, когда сохранять основание в мерзлом состоянии под зданиями невозможно, необходимо использовать принцип II, который реализуется за счет запаса прочности и жесткости строительных конструкций, а также предпостроечных мероприятий, направленных на оттаивание, предварительное уплотнение или частичную замену природных просадочных грунтов, повышение глубины заложения фундаментов или регулирование зоны оттаивания за счет планировочных решений или применения устройств для отвода тепла. Выявлено, что пространственные фундаментные платформы являются эффективными сейсмостойкими конструкциями фундаментов на многолетнемерзлых грунтах с использованием II принципа в условиях сейсмической активности. Выполнен анализ опыта проектирования на многолетнемерзлых грунтах в сейсмически активных районах. Практическая значимость: Предлагается использовать I принцип строительства сейсмостойких зданий на многолетнемерзлых грунтах (в случаях, если сохранение мерзлоты возможно).

Purpose: Analysis of accumulated experience in the design and construction of buildings in areas with permafrost and seismic activity. Methods: Statistical and analytical methods have been applied. Results: The areas of distribution of both permafrost soils and seismics on the territory of Russia are considered. The review and analysis of the principles of construction on permafrost soils is given. 2 main methods of preserving the foundation soils in a frozen state using principle I of construction and 3 combined options when pairing a pile foundation with a ventilated underground, filling and cooling devices are considered and analyzed. The conclusion is made about the construction using principle I, where a pile foundation with a high pile grillage and a ventilated underground is preferred as a foundation, since the piles of this foundation act as a flexible connection between the aboveground part of the building and the base. In case of seismic impact, this foundation perceives the action of vertical and horizontal seismic loads, as well as the action of the tipping moment. In the case when it is impossible to keep the foundation in a frozen state under buildings, it is necessary to use principle II, which is implemented due to the coefficient of safety and rigidity of building structures, as well as pre-construction measures aimed at thawing, pre-compaction or partial replacement of natural subsidence soils, increasing the depth of foundation laying or regulation of the thawing zone due to planning decisions or applications of devices for heat removal. It is revealed that spatial foundation platforms are effective earthquake-resistant structures of foundations on permafrost soils using principle II in conditions of seismic activity. The analysis of the design experience on permafrost soils in seismically active areas is carried out. Practical significance: It is proposed to use principle I of construction of earthquake-resistant buildings on permafrost soils (in cases where permafrost preservation is possible).

 Многолетнемерзлые грунты сейсмическая активность свайный фундамент ростверк проветриваемое подполье крупнопанельные здания Permafrost soils seismic activity pile foundation grillage ventilated underground large-panel buildings

Ivanova Z. V. Use of earthquake-proof foundations in the design of residential buildings for the areas of the northern climate zone / Z. V. Ivanova, D. S. Filimonov // E3S Web Conf. International Scientific Conference Transport Technologies in the 21st Century (TT21C-2023) “Actual Problems of Decarbonization of Transport and Power Engineering: Ways of Their Innovative Solution”. - 2023. - Iss. 383. - Article № 02001. - DOI: https://doi.org/10.1051/e3sconf/202338302001. Ivanova Z. V. Use of earthquake-proof foundations in the design of residential buildings for the areas of the northern climate zone / Z. V. Ivanova, D. S. Filimonov // E3S Web Conf. International Scientific Conference Transport Technologies in the 21st Century (TT21C-2023) “Actual Problems of Decarbonization of Transport and Power Engineering: Ways of Their Innovative Solution”. - 2023. - Iss. 383. - Article № 02001. - DOI: https://doi.org/10.1051/e3sconf/202338302001. Постановление Правительства РФ от 16 ноября 2021 г. № 1946 «Об утверждении перечня районов Крайнего Севера и местностей, приравненных к районам Крайнего Севера, в целях предоставления государственных гарантий и компенсаций для лиц, работающих и проживающих в этих районах и местностях, признании утратившими силу некоторых актов Правительства Российской Федерации и признании не действующими на территории Российской Федерации некоторых актов Совета Министров СССР». Postanovlenie Pravitel'stva RF ot 16 noyabrya 2021 g. № 1946 «Ob utverzhdenii perechnya rayonov Kraynego Severa i mestnostey, priravnennyh k rayonam Kraynego Severa, v celyah predostavleniya gosudarstvennyh garantiy i kompensaciy dlya lic, rabotayuschih i prozhivayuschih v etih rayonah i mestnostyah, priznanii utrativshimi silu nekotoryh aktov Pravitel'stva Rossiyskoy Federacii i priznanii ne deystvuyuschimi na territorii Rossiyskoy Federacii nekotoryh aktov Soveta Ministrov SSSR». СП 25.13330.2020. Основания и фундаменты на вечномерзлых грунтах. Утвержден приказом Министерства строительства и жилищно-коммунального хозяйства Российской Федерации от 30 декабря 2020 г. № 915/пр. - М.: Стандартинформ, 2021. SP 25.13330.2020. Osnovaniya i fundamenty na vechnomerzlyh gruntah. Utverzhden prikazom Ministerstva stroitel'stva i zhilischno-kommunal'nogo hozyaystva Rossiyskoy Federacii ot 30 dekabrya 2020 g. № 915/pr. - M.: Standartinform, 2021. Майструк А. Г. Анализ конструкции фундаментов, устраиваемых на вечномерзлых грунтах / А. Г. Майструк, П. А. Пегин // Заметки ученого. - 2021. - № 9-1. - С. 31-35. Maystruk A. G. Analiz konstrukcii fundamentov, ustraivaemyh na vechnomerzlyh gruntah / A. G. Maystruk, P. A. Pegin // Zametki uchenogo. - 2021. - № 9-1. - S. 31-35. Руководство по проектированию оснований и фундаментов на вечномерзлых грунтах / НИИ оснований и подземных, сооружений им. Н. М. Герсеванова Госстроя СССР. - М.: Стройиздат, 1980. - С. 303. Rukovodstvo po proektirovaniyu osnovaniy i fundamentov na vechnomerzlyh gruntah / NII osnovaniy i podzemnyh, sooruzheniy im. N. M. Gersevanova Gosstroya SSSR. - M.: Stroyizdat, 1980. - S. 303. Белаш Т. А. Сейсмостойкий фундамент в районах вечной мерзлоты / Т. А. Белаш, Д. А. Сергеев // Сейсмостойкое строительство. Безопасность сооружений. - 2013. - № 6. - С. 40-42. Belash T. A. Seysmostoykiy fundament v rayonah vechnoy merzloty / T. A. Belash, D. A. Sergeev // Seysmostoykoe stroitel'stvo. Bezopasnost' sooruzheniy. - 2013. - № 6. - S. 40-42. Белаш Т. А. Реализация принципа сейсмоизоляции в зданиях на вечномерзлых грунтах / Т. А. Белаш, Д. А. Сергеев // Жилищное строительство. - 2016. - № 1-2. - С. 47-50. Belash T. A. Realizaciya principa seysmoizolyacii v zdaniyah na vechnomerzlyh gruntah / T. A. Belash, D. A. Sergeev // Zhilischnoe stroitel'stvo. - 2016. - № 1-2. - S. 47-50. Гриб С. И. Проектирование свайных фундаментов на вечномерзлых грунтах в сейсмических районах / С. И. Гриб // Строительство в районах Восточной Сибири и Крайнего Севера. - 1976. - № 38. Grib S. I. Proektirovanie svaynyh fundamentov na vechnomerzlyh gruntah v seysmicheskih rayonah / S. I. Grib // Stroitel'stvo v rayonah Vostochnoy Sibiri i Kraynego Severa. - 1976. - № 38. Белаш Т. А. О возможности использования высокого свайного ростверка в качестве элемента сейсмоизоляции для зданий, возводимых в районах вечной мерзлоты / Т. А. Белаш, Д. А. Сергеев // Сейсмостойкое строительство. Безопасность сооружений. - 2015. - № 4. - С. 45-47. Belash T. A. O vozmozhnosti ispol'zovaniya vysokogo svaynogo rostverka v kachestve elementa seysmoizolyacii dlya zdaniy, vozvodimyh v rayonah vechnoy merzloty / T. A. Belash, D. A. Sergeev // Seysmostoykoe stroitel'stvo. Bezopasnost' sooruzheniy. - 2015. - № 4. - S. 45-47. Belash T. A. Effects of permafrost on earthquake resistance of transport facilities in the Baikal - Amur mainline area / T. A. Belash, A. M. Uzdin // Transportation Soil Engineering in Cold Regions: Proceedings of TRANSOILCOLD 2019 (Series: Lecture Notes in Civil Engineering, volume 49). - Vol. 1. - Singapore: Springer, 2020. - Pp. 79-95. Belash T. A. Effects of permafrost on earthquake resistance of transport facilities in the Baikal - Amur mainline area / T. A. Belash, A. M. Uzdin // Transportation Soil Engineering in Cold Regions: Proceedings of TRANSOILCOLD 2019 (Series: Lecture Notes in Civil Engineering, volume 49). - Vol. 1. - Singapore: Springer, 2020. - Pp. 79-95. Справочник по строительству на вечномерзлых грунтах / Под ред. Ю. Я. Велли, В. И. Докучаев, Н. Ф. Федорова. - Ленинград: Стройиздат, 1997. - 552 с. Spravochnik po stroitel'stvu na vechnomerzlyh gruntah / Pod red. Yu. Ya. Velli, V. I. Dokuchaev, N. F. Fedorova. - Leningrad: Stroyizdat, 1997. - 552 s. Урманова А. Р. Технология термостабилизации грунта / А. Р. Урманова // Аллея науки. - 2018. - Т. 8 - № 4 - С. 59-63. Urmanova A. R. Tehnologiya termostabilizacii grunta / A. R. Urmanova // Alleya nauki. - 2018. - T. 8 - № 4 - S. 59-63. Лихачев Е. С. Методы термостабилизации вечномерзлых грунтов и разработка перспективных установок замораживания грунтов / Е. С. Лихачев, С. А. Молчанов // Академическая публицистика. - 2018. - № 10 - С. 14-19. Lihachev E. S. Metody termostabilizacii vechnomerzlyh gruntov i razrabotka perspektivnyh ustanovok zamorazhivaniya gruntov / E. S. Lihachev, S. A. Molchanov // Akademicheskaya publicistika. - 2018. - № 10 - S. 14-19. Константинов М. Д. Виды термостабилизации многолетнемерзлых грунтов и особенности их применения / М. Д. Константинов // Наука, техника и образование. - 2020. - № 4. - С. 67-71. Konstantinov M. D. Vidy termostabilizacii mnogoletnemerzlyh gruntov i osobennosti ih primeneniya / M. D. Konstantinov // Nauka, tehnika i obrazovanie. - 2020. - № 4. - S. 67-71. Ермилова Н. Ю. Термостабилизация многолетнемерзлых грунтов: технологии и оборудование / Н. Ю. Ермилова, А. В. Журавлев, В. Ю. Тян // Инженерный вестник Дона. - 2021. - № 5 - С. 424-432. Ermilova N. Yu. Termostabilizaciya mnogoletnemerzlyh gruntov: tehnologii i oborudovanie / N. Yu. Ermilova, A. V. Zhuravlev, V. Yu. Tyan // Inzhenernyy vestnik Dona. - 2021. - № 5 - S. 424-432. Sakharov I. I. Modern approaches to the design of bases and foundations at permafrost zone sites with account for the effects of global warming / I. I. Sakharov // E3S Web Conf. International Scientific Conference “Fundamental and Applied Scientific Research in the Development of Agriculture in the Far East” (AFE-2022). - 2023. - Iss. 371. - Article №. 02031. - DOI: https://doi.org/10.1051/e3sconf/202337102031. Sakharov I. I. Modern approaches to the design of bases and foundations at permafrost zone sites with account for the effects of global warming / I. I. Sakharov // E3S Web Conf. International Scientific Conference “Fundamental and Applied Scientific Research in the Development of Agriculture in the Far East” (AFE-2022). - 2023. - Iss. 371. - Article №. 02031. - DOI: https://doi.org/10.1051/e3sconf/202337102031. Охлопкова Т. В. Строительство и проектирование зданий и сооружений в условиях вечной мерзлоты / Т. В. Охлопкова, Г. Р. Гурьянов, А. А. Плотников // Инженерный вестник Дона. - 2018. - № 4. - С. 184-196. Ohlopkova T. V. Stroitel'stvo i proektirovanie zdaniy i sooruzheniy v usloviyah vechnoy merzloty / T. V. Ohlopkova, G. R. Gur'yanov, A. A. Plotnikov // Inzhenernyy vestnik Dona. - 2018. - № 4. - S. 184-196. Кудрявцев С. А. Промерзание и оттаивание грунтов (практические примеры и конечноэлементные расчеты): книга для работников научно-исследовательских и проектных организаций, преподавателей, аспирантов и студентов строительных и транспортных вузов / С. А. Кудрявцев, И. И. Сахаров, В. Н. Парамонов. - Санкт-Петербург: группа компаний «Геореконструкция», 2014. - 247 с. Kudryavcev S. A. Promerzanie i ottaivanie gruntov (prakticheskie primery i konechnoelementnye raschety): kniga dlya rabotnikov nauchno-issledovatel'skih i proektnyh organizaciy, prepodavateley, aspirantov i studentov stroitel'nyh i transportnyh vuzov / S. A. Kudryavcev, I. I. Saharov, V. N. Paramonov. - Sankt-Peterburg: gruppa kompaniy «Georekonstrukciya», 2014. - 247 s. Патент № 38789 Российская Федерация, МПК E04D 27/32, 27/34, 27/35. Сборная пространственная железобетонная фундаментная платформа для строительства многоэтажных зданий в особых грунтовых условиях и сейсмичности: № 2004107322/22: заявл. 11.03.2004: опубл. 10.07.2004 / Н. П. Абовский, С. Н. Абовская, В. А. Матюшенко др.; патентообладатель: Красноярская государственная архитектурно-строительная академия. - 31 с. Patent № 38789 Rossiyskaya Federaciya, MPK E04D 27/32, 27/34, 27/35. Sbornaya prostranstvennaya zhelezobetonnaya fundamentnaya platforma dlya stroitel'stva mnogoetazhnyh zdaniy v osobyh gruntovyh usloviyah i seysmichnosti: № 2004107322/22: zayavl. 11.03.2004: opubl. 10.07.2004 / N. P. Abovskiy, S. N. Abovskaya, V. A. Matyushenko dr.; patentoobladatel': Krasnoyarskaya gosudarstvennaya arhitekturno-stroitel'naya akademiya. - 31 s. Патент № 45410 Российская Федерация, МПК E04D 27/32, 27/34, 27/35. Монолитная пространственная фундаментная платформа: № 2004135990/22: заявл. 08.12.2004: опубл. 10.05.2005 / Н. П. Абовский, В. И. Сапкалов, В. А. Сиделев; патентообладатель: Красноярская государственная архитектурно-строительная академия КрасГАСА. - 11 с. Patent № 45410 Rossiyskaya Federaciya, MPK E04D 27/32, 27/34, 27/35. Monolitnaya prostranstvennaya fundamentnaya platforma: № 2004135990/22: zayavl. 08.12.2004: opubl. 10.05.2005 / N. P. Abovskiy, V. I. Sapkalov, V. A. Sidelev; patentoobladatel': Krasnoyarskaya gosudarstvennaya arhitekturno-stroitel'naya akademiya KrasGASA. - 11 s. Патент № 55388 Российская Федерация, МПК E04D 27/34. Пространственная железобетонная фундаментная платформа для малоэтажных зданий для строительства в особых грунтовых условиях и сейсмичности в сборном и монолитном вариантах: № 2006113951/22: заявл. 24.04.2006: опубл. 10.08.2006 / В. А. Сиделев, Н. П. Абовский, А. П. Попович и др.; патентообладатель: Красноярская государственная архитектурно-строительная академия КрасГАСА. - 13 с. Patent № 55388 Rossiyskaya Federaciya, MPK E04D 27/34. Prostranstvennaya zhelezobetonnaya fundamentnaya platforma dlya maloetazhnyh zdaniy dlya stroitel'stva v osobyh gruntovyh usloviyah i seysmichnosti v sbornom i monolitnom variantah: № 2006113951/22: zayavl. 24.04.2006: opubl. 10.08.2006 / V. A. Sidelev, N. P. Abovskiy, A. P. Popovich i dr.; patentoobladatel': Krasnoyarskaya gosudarstvennaya arhitekturno-stroitel'naya akademiya KrasGASA. - 13 s. Belash T. A. Earthquake resistance of buildings on thawing permafrost grounds / T. A. Belash, T. V. Ivanova // Magazine of civil engineering. - 2020. - Iss. 1(93). - DOI: 10.18720/MCE.93.5. Belash T. A. Earthquake resistance of buildings on thawing permafrost grounds / T. A. Belash, T. V. Ivanova // Magazine of civil engineering. - 2020. - Iss. 1(93). - DOI: 10.18720/MCE.93.5. Грузков А. А. Пространственные платформы как эффективные и экономичные фундаменты для зданий в сложных грунтовых условиях и сейсмичности строительных площадок / А. А. Грузков, П. Е. Солянник, Н. А. Вернин // Инновации и инвестиции. - 2020. - № 5. - С. 207-211. Gruzkov A. A. Prostranstvennye platformy kak effektivnye i ekonomichnye fundamenty dlya zdaniy v slozhnyh gruntovyh usloviyah i seysmichnosti stroitel'nyh ploschadok / A. A. Gruzkov, P. E. Solyannik, N. A. Vernin // Innovacii i investicii. - 2020. - № 5. - S. 207-211. Ибрагимов Э. В. Оптимизация устройства оснований и фундаментов в криолитозоне с использованием термостабилизации грунтов: дисс. … канд. техн. наук / Э. В. Ибрагимов; Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет. - М., 2020. - 30 с. Ibragimov E. V. Optimizaciya ustroystva osnovaniy i fundamentov v kriolitozone s ispol'zovaniem termostabilizacii gruntov: diss. … kand. tehn. nauk / E. V. Ibragimov; Nacional'nyy issledovatel'skiy Moskovskiy gosudarstvennyy stroitel'nyy universitet. - M., 2020. - 30 s. Никитенко А. В. Устройство фундаментов в районах вечной мерзлоты / А. В. Никитенко, И. Г. Выродова // Сборник статей международной научно-практической конференции «Экологические, инженерно-экономические, правовые и управленческие аспекты развития строительства и транспортной инфраструктуры». - 2017. - С. 183-185. Nikitenko A. V. Ustroystvo fundamentov v rayonah vechnoy merzloty / A. V. Nikitenko, I. G. Vyrodova // Sbornik statey mezhdunarodnoy nauchno-prakticheskoy konferencii «Ekologicheskie, inzhenerno-ekonomicheskie, pravovye i upravlencheskie aspekty razvitiya stroitel'stva i transportnoy infrastruktury». - 2017. - S. 183-185. Белаш Т. А. Сейсмостойкие конструкции крупнопанельных зданий / Т. А. Белаш, Д. В. Зенченкова // Academia. Архитектура и строительство. - 2019. - № 3. - С. 130-137. Belash T. A. Seysmostoykie konstrukcii krupnopanel'nyh zdaniy / T. A. Belash, D. V. Zenchenkova // Academia. Arhitektura i stroitel'stvo. - 2019. - № 3. - S. 130-137. Муратова Т. Северобайкальск - ленинградский город на БАМе. Часть 1. Книга о строителях ПМК «ЛенинградБАМстрой» / Т. Муратова - М.: Издательские решения, 2020. - 472 с. Muratova T. Severobaykal'sk - leningradskiy gorod na BAMe. Chast' 1. Kniga o stroitelyah PMK «LeningradBAMstroy» / T. Muratova - M.: Izdatel'skie resheniya, 2020. - 472 s. Филимонов Д. С. Применение сейсмоизоляции в зданиях на вечномерзлых грунтах / Д. С. Филимонов // Актуальные проблемы строительной отрасли и образования - 2022: сборник докладов Третьей Национальной научной конференции, Москва, 19 декабря 2022 года. - М.: Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет, 2023. - С. 652-657. Filimonov D. S. Primenenie seysmoizolyacii v zdaniyah na vechnomerzlyh gruntah / D. S. Filimonov // Aktual'nye problemy stroitel'noy otrasli i obrazovaniya - 2022: sbornik dokladov Tret'ey Nacional'noy nauchnoy konferencii, Moskva, 19 dekabrya 2022 goda. - M.: Nacional'nyy issledovatel'skiy Moskovskiy gosudarstvennyy stroitel'nyy universitet, 2023. - S. 652-657.