Анализ применимости термостабилизации (СОУ) в условиях растепление мерзлых грунтов и деформаций свайных фундаментов.

Проблема обеспечения надёжности оснований и фундаментов на многолетнемерзлых грунтах в условиях ускоряющегося климатического потепления приобретает в Российской Федерации характер системного инфраструктурного риска, масштабы которого требуют научно обоснованной переоценки существующих нормативных подходов и инженерных решений.

По современным геокриологическим оценкам, около 65 % территории страны расположено в зоне распространения многолетнемерзлых грунтов, на которой функционирует значительная часть объектов жилищно-гражданского, промышленного и транспортного назначения, включая многоэтажные жилые дома, объекты нефтегазовой инфраструктуры, энергетические сооружения и линейные транспортные коммуникации .

В этих условиях сохранение работоспособности фундаментов, проектировавшихся на основе принципа сохранения мерзлого состояния грунтов основания, становится все более сложной инженерной задачей, требующей критического анализа применимости традиционных методов термостабилизации, в первую очередь сезоннодействующих охлаждающих устройств.

Согласно данным Росгидромета, уменьшение периода с температурой воздуха ниже 0 °C к середине XXI в. составит более 20 суток на большей части территории России, что непосредственно влияет на продолжительность сезона функционирования пассивных охлаждающих систем . Наибольшее сокращение продолжительности отопительного периода ожидается на северо-востоке Европейской части России, а также на Чукотке и Камчатке — примерно на 50 суток к 2050 г. ². В азиатской части Арктической зоны Российской Федерации прогнозируется значительное сокращение числа дней с температурами ниже −30 °C, что непосредственно снижает потенциал естественного охлаждения грунтовых массивов и эффективную мощность сезонных охлаждающих устройств ². Число дней с переходом температуры через 0 °C в холодный сезон (ноябрь–март) к 2050 г. превысит 10 случаев за сезон в южных районах Европейской части России и Средней Сибири, Прибайкалья и Забайкалья, на прибрежных территориях Дальнего Востока, что будет способствовать усилению температурно-влажностных деформаций, оказывающих разрушающее воздействие на здания и сооружения, включая автомобильные дороги ². Увеличение глубины сезонного протаивания прогнозируется в среднем на 20–30 %, а в отдельных районах Западной Сибири — до 50 % ². Для конкретных центров мерзлотостроительства климатические характеристики выглядят следующим образом. В Норильске среднегодовая температура составляет −9,6 °C, период с отрицательной температурой — 280 дней, холодный сезон (ниже −13 °C) длится 4,5 месяца, тёплый сезон (выше +11 °C) — 2,7 месяца, отопительный период — 302 дня, безморозный период — 53–84 дня. В Воркуте среднегодовая температура −5,5 °C, холодный период — 239 дней, безморозный период — 65 дней, снежный покров держится до 277 дней. В Якутске среднегодовая температура −9,7 °C, устойчивые морозы наблюдаются 207 дней, отопительный период — 254 дня, безморозный период на почве — 80 дней, снежный покров — около 200 дней. В Новом Уренгое (Ямал) среднегодовая температура −5,7 °C, холодный сезон (ниже −12 °C) — 4,0 месяца, тёплый сезон (выше +11 °C) — 2,9 месяца. Сокращение холодного периода даже на 20 суток в этих условиях пропорционально сокращает время работы СОУ, а увеличение глубины протаивания на 20–50 % увеличивает объём грунта, требующий охлаждения, создавая некомпенсируемый дефicit холодопроизводительности.

Температурные прогнозы для конкретных регионов выглядят следующим образом. К 2050 г. температура поверхности почв в криолитозоне увеличится на 1,5–2,8 °C в зависимости от региона: для Западной Сибири в тундре и лесотундре прогноз составляет 2,4–2,6 °C, для Якутии — 2,5–2,8 °C . На полуостровах Ямал и Гыдан среднегодовые температуры многолетнемерзлых пород к 2050–2100 гг. сместятся из диапазона −5…−10 °C в диапазон −2…−5 °C, что кардинально изменит условия мерзлотостроительства ³.

В районе Норильска и Дудинки к 2050 г. средняя температура мерзлоты вырастет примерно на один градус даже при использовании одного из самых пессимистичных сценариев. В соответствии с прогнозами Программы оценки воздействия на климат Арктики (ACIA), к 2030 г. уменьшение общей площади мерзлоты в северном полушарии составит от 10 до 18 %, к 2050 г. — от 15 до 25 %, а к 2080 г. — от 25 до 50 % ³.

Эти данные определяют контекст, в котором должна оцениваться применимость любых технологий термостабилизации, включая сезоннодействующие охлаждающие устройства.

Анализ нормативной базы следует начать с определения ключевого термина. Согласно п. 3.1.15 СП 25.13330.2020 «Основания и фундаменты на вечномерзлых грунтах», термостабилизация определяется как «мероприятие или их комплекс, направленный на обеспечение требуемого температурного режима грунтов в течение срока эксплуатации инженерного сооружения».

Данное определение, несмотря на кажущуюся точность, содержит принципиальную терминологическую неопределённость: оно не разграничивает режимы «сохранения», «поддержания» и «восстановления» мерзлого состояния грунта, не привязано к фазовому состоянию грунта и не определяет, должны ли грунты при этом находиться в мерзлом, талом или пластичномерзлом состоянии.

Термин «температурный режим» формально допускает интерпретацию, при которой «термостабилизация» может поддерживать как отрицательные, так и положительные температуры. Эта нормативная неопределённость создаёт основу для систематической подмены понятий при проектировании и эксплуатации систем термостабилизации, поскольку проектировщик формально вправе интерпретировать требуемый температурный режим в широком диапазоне значений.

Анализ нормативной эволюции свидетельствует о том, что исходный СНиП 2.02.04-88, действовавший более трёх десятилетий, содержал более строгие и детализированные положения по сравнению с современной редакцией свода правил. В п. 9.6 СНиП 2.02.04-88 содержались конкретные требования к конструированию охлаждающих устройств, учитывавшие геокриологические условия строительной площадки и тепловой режим сооружения, а также температуру грунта на глубине вечномерзлого слоя и характеристики холодильного агента ¹.

Переход от нормативного документа с обязательной силой (СНиП) к своду правил (СП) сопровождался рядом редакционных изменений, которые по существу размыли границы применимости СОУ.

В частности, п. 6.3.4 СП 25.13330.2020 устанавливает, что «сезоннодействующие охлаждающие устройства следует применять для сохранения мерзлого состояния грунтов оснований… а также для создания ледогрунтовых завес, восстановления нарушенного при эксплуатации сооружения теплового режима грунтов в его основании и в других целях» . Именно эта норма составляет ядро методологической проблемы: она формально уравнивает в одном перечне задачу предотвращения оттаивания грунтов, изначально находящихся в твёрдомерзлом состоянии, и задачу возврата к проектным температурным параметрам грунтов, уже подвергшихся растеплению.

Техническая разница между указанными задачами носит фундаментальный характер и определяется физическими закономерностями тепло- и массопереноса в криолитозоне.

При «сохранении мерзлого состояния» СОУ функционируют в режиме компенсации теплопритока от сооружения и атмосферы: начальное состояние грунта — твёрдомерзлое с отрицательной температурой, физический процесс ограничен отводом избыточного тепла, требуемая холодопроизводительность соответствует величине теплопритока, а критерий эффективности формулируется как отсутствие оттаивания в течение одного–двух сезонов.

При «восстановлении нарушенного теплового режима» ситуация кардинально иная: начальное состояние грунта — талое или пластичномерзлое с температурой, близкой к 0 °C или положительной; физический процесс включает фазовый переход воды в лёд с выделением латентного тепла плавления, которое для воды составляет 334 кДж/кг; требуемая холодопроизводительность возрастает многократно по сравнению с режимом компенсации; сроки формирования проектного температурного режима составляют от 3 до 10 и более сезонов в зависимости от мощности талика. Приложение Р.1 СП 25.13330.2020, где перечислены цели применения СОУ, использует глагол «следует применять» в отношении всех задач, включая «восстановление нарушенного при эксплуатации сооружения теплового режима грунтов основания фундаментов» ⁴.

Это формальное уравнивание несопоставимых по физике процессов создаёт юридическую предпосылку для применения сезонных устройств в ситуациях, требующих круглогодичного охлаждения.

Принцип работы парожидкостных СОУ, описанный в Приложении Р.2 СП 25.13330.2020, основан на конвекции легкокипящей жидкости под влиянием естественной разности температур охлаждаемого массива грунта и атмосферного воздуха. В зимний период, когда температура грунта выше температуры воздуха, жидкость в испарительной части устройства испаряется, пары поднимаются в конденсаторную часть, где конденсируются, отдавая тепло в атмосферу. Конденсат под действием гравитации возвращается в испарительную часть, и цикл повторяется. В летнее время, когда температура воздуха выше температуры ММГ, пары жидкости в верхней части охлаждающего устройства не конденсируются, и действие его прекращается . Этот физический механизм объективно ограничивает применение СОУ периодами с отрицательными температурами наружного воздуха. Чем ниже температура фазовых переходов жидкости, тем короче период работы термосифона, поскольку работоспособность определяется именно температурой наружного воздуха в холодный период года. При повышении температуры фазовых переходов период работы удлиняется, но за счёт меньшей разности температур между точкой фазового перехода и грунтом эффективность охлаждения снижается . Температура грунта в рабочей зоне сваи обычно колеблется от −1 до −5 °C, в то время как температура в охлаждаемой воздухом части СОУ достигает −50 °C. Обычно температура фазовых переходов выбирается от −10 до −15 °C ⁷.

При этом фактическая холодопроизводительность СОУ за сезон уже в два раза ниже расчётной, а интенсивность отказов составляет около 50 % за 10 лет эксплуатации ⁷.

По существу, СОУ не препятствуют оттаиванию грунта, а лишь несколько уменьшают глубину протаивания — охлаждается слой грунта на глубине около 10 м — и длительность пребывания грунта в талом состоянии. Это обстоятельство принципиально важно для оценки применимости СОУ в условиях климатического потепления, когда период с отрицательными температурами сокращается, а продолжительность сезона оттаивания увеличивается. Соотношение между эффективным временем работы СОУ и длительностью теплопритока в грунт смещается в сторону последнего, что делает невозможным поддержание мерзлого состояния грунта даже при номинальной работе устройств.

Для понимания фундаментальных ограничений применимости СОУ необходимо обратиться к двум принципам использования ММГ в качестве оснований, регламентированным СП 25.13330.2020. Пункт 6.3.1 свода правил устанавливает, что при использовании ММГ по принципу I «грунты основания в течение всего срока эксплуатации сооружения должны сохранять мерзлое состояние» ⁵. К этому принципу относятся, в частности, основания из крупнообломочных грунтов с песчаным заполнителем при любой температуре, песчаных и глинистых грунтов с температурой начала промерзания не выше минус 0,3 °C. Принцип II допускает изменение мерзлого состояния грунтов в процессе строительства и эксплуатации сооружения с обязательным учётом дополнительных осадок и деформаций основания.

Фундаментальное различие состоит в том, что Принцип I исключает допустимость оттаивания грунтов основания под воздействием теплового воздействия сооружения и внешних источников тепла, тогда как Принцип II предполагает такое оттаивание в рамках проектных ограничений ¹.

При нарушении Принципа I, когда грунты, проектировавшиеся как постоянно мерзлые, подвергаются растеплению, происходит необратимая трансформация их физико-механических свойств, которая не может быть компенсирована последующим охлаждением.

ГОСТ 25100-2020 определяет мерзлый грунт как «грунт, содержащий лёд и имеющий отрицательную или нулевую температуру, а также положительную температуру, не превышающую температуру начала таяния льда, содержащегося в грунте». Ключевой структурообразующей составляющей мерзлых дисперсных грунтов являются криогенные связи — особые связи частиц и агрегатов, возникающие в результате отрицательных температур и сцепления с льдом, которые придают мерзлым грунтам способность сопротивляться внешним нагрузкам значительно превосходящим сопротивление тех же грунтов в талом состоянии. Фундаментальные исследования механики мерзлых грунтов, проведённые Цытовичем Н.А. и развитые в последующих работах, установили, что прочность мерзлых грунтов определяется совокупностью трёх компонентов: сцепления минеральных частиц, сцепления с льдом и прочности самого льда, причем при отрицательных температурах ниже −0,3 °C доминирующим фактором становится криогенное (льдогрунтовое) сцепление. При оттаивании эти связи разрушаются, и по восстановлении мерзлого состояния они не формируются вновь в полном объёме, поскольку структурная организация грунта, его пористость, влагосодержание и плотность льдонасыщения изменяются в процессе фазовых переходов.

Особенностью техногенного замораживания является формирование вторичной льдогрунтовой структуры с меньшей плотностью льдонасыщения и более высокой температурой фазовых переходов по сравнению с первичной криогенной структурой, что объективно снижает несущую способность грунта даже при достижении проектных отрицательных температур. Исследования, проведённые НПП Геотек, показали, что циклы замораживания–оттаивания сопровождаются катастрофическим снижением удельного сцепления грунта — в ряде случаев до 84 % от исходного значения. Алексеев А.Г. (2022) установил снижение модуля упругости на 25–60 % после многократных циклов фазовых переходов. Эти данные свидетельствуют о том, что даже технически возможное повторное замораживание грунта не восстанавливает его первичные физико-механические характеристики, поскольку процесс образования криогенных связей в естественных условиях занимает тысячелетия, тогда как техногенное замораживание происходит в течение одного–нескольких сезонов и формирует структуру с иными параметрами пористости, влагосодержания и плотности льдонасыщения.

Повторное замораживание растепленного грунта сопровождается рядом физических эффектов, негативно влияющих на несущую способность фундаментов.

Во-первых, происходит перераспределение воды и льда в профиле грунта: при оттаивании влага мигрирует к фронту промерзания, образуя скопления льда — сегрегационные линзы, — при последующем замерзании которых развиваются значительные напряжения пучения.

Во-вторых, изменяется структурная организация грунта — разрушаются агрегаты, формируется текстура, отличная от первичной криогенной.

В-третьих, изменяются теплофизические свойства: теплоёмкость, теплопроводность, коэффициент температуропроводности приобретают значения, не соответствующие проектным характеристикам исходного мерзлого грунта.

Наконец, в-четвёртых, формируется так называемый «эффект остаточного тепла» — в районах с высоким геотермическим градиентом повторное промерзание может быть неполным, образуя талик, который в дальнейшем эволюционирует в сторону увеличения мощности. Этот эффект особенно опасен для свайных фундаментов, поскольку образование талика под нижним концом сваи приводит к потере опоры на боковой поверхности в зоне полного растепления и перераспределению нагрузки на нижний конец, что может вызывать прогрессирующие осадки. При последующем замерзании талика образующийся лёд создаёт дополнительные объёмные деформации, усугубляя общее напряжённое состояние грунтового основания.

Следует также учитывать, что при оттаивании льдонасыщенных грунтов происходит их уплотнение под действием собственного веса и нагрузки от сооружения, причём эти осадки являются преимущественно необратимыми, поскольку связаны с выдавливанием воды из порового пространства и перестройкой структуры грунта. При повторном замерзании такого уплотнённого грунта образуется льдогрунтовая структура с повышенной плотностью минерального скелета, но сниженным содержанием льда, что снижает жёсткость и прочность грунта по сравнению с первичным криогенным состоянием. Исследования Данилюса и соавторов (2024), подтвердили, что при промораживании талых слоёв основания «температура льдогрунтового массива (либо его части) в период формирования, как правило, выше твёрдомерзлого состояния, что также указывает на необходимость выполнения расчёта осадки фундаментов на различных стадиях строительства, до достижения температур твёрдомерзлого состояния грунтов» .

Несущая способность свай, проектировавшихся по Принципу I с опиранием на силы вмерзания в мерзлые грунты, формально определяется п. 7.2.2 СП 25.13330.2020 по формуле:

Fd=RafAaf+RbfAb

где Raf — расчётное сопротивление грунта боковой поверхности сваи по площади адгезии, кПа; Aaf — площадь боковой поверхности сваи, м²; Rbf — расчётное сопротивление грунта под нижним концом сваи, кПа; Ab — площадь опирания нижнего конца сваи, м² ⁵.

Ключевым параметром, обеспечивающим работу свайного фундамента по Принципу I, является сопротивление Raf, которое непосредственно зависит от температуры и структурного состояния мерзлого грунта. Величина этого сопротивления определяется силой адгезионного вмерзания — комплексным физическим явлением, включающим молекулярное сцепление льда с поверхностью сваи, кристаллизационное сцепление при образовании льда на границе контакта, а также силы трения, возникающие при сдвиге льдогрунтового массива относительно боковой поверхности фундамента. При растеплении грунта параметр Raf стремится к нулю: талый грунт не обеспечивает адгезионного сцепления с материалом сваи, характерного для криогенных систем. При этом п. 7.2.2 допускает расчёт несущей способности свай в мерзлых грунтах при условии отсутствия растепления в течение срока эксплуатации. Однако если растепление произошло, формула теряет физический смысл, поскольку граничные условия, заложенные в её вывод, перестают выполняться.

Никифорова Н.С. и Коннов А.В. (2021) в своих исследованиях показали, что снижение несущей способности свай при деградации ММГ составляет 10–30 % даже при частичном растеплении грунтов основания. При полном переходе грунтов в талое состояние потеря несущей способности может достигать 80–100 % от проектного значения, определяемого по формуле п. 7.2.2, поскольку свайный фундамент, рассчитанный на работу за счёт адгезионного вмерзания, внезапно лишается основного несущего элемента — криогенных связей грунта по боковой поверхности.

Учёные отмечают значительную деградацию вечной мерзлоты, при которой теряется до 50 % её несущей способности; ежегодно на объектах нефтегазовой отрасли, расположенных на территории Западной Сибири, фиксируется порядка 7400 аварий, произошедших из-за деградации ММГ ⁸. При этом коэффициент 1.4, приведённый в п. 12.6 СП 25.13330.2020 для учёта применения СОУ, отражает лишь номинальное повышение надёжности термостабилизационной системы и не компенсирует фундаментальной потери несущей способности свай при разрушении криогенных связей ⁵. Этот коэффициент был введён для учёта неопределённости в работе пассивных охлаждающих систем, однако он не может быть экстраполирован на случаи, когда грунт уже растаял и утратил структурные связи. Применение поправочного коэффициента 1.4 в расчётах для аварийных объектов с растепленными грунтами представляется методологически некорректным, поскольку этот коэффициент рассчитан на условия сохранения криогенной структуры грунта, а не на её восстановление. Необходимо отметить, что величина Raf в формуле п. 7.2.2 определяется экспериментально для конкретных условий вмерзания и зависит от температуры грунта, химического состава грунтовой воды, шероховатости поверхности сваи, скорости промерзания и ряда других факторов. При растеплении грунта и последующем его техногенном замораживании все эти параметры изменяются, и применение проектных значений Raf для расчёта «восстановленной» несущей способности является инженерной ошибкой. Кроме того, при оттаивании грунта вокруг сваи образуется зона разуплотнения, заполненная водой или водонасыщенным талым грунтом, что создаёт условия для развития эксцессного порового давления при последующем замерзании и дополнительных деформаций фундамента.

Принципиально важно, что на построенных и эксплуатируемых объектах, где уже произошли деформации и осадки свайных фундаментов вследствие нарушения проектных условий, применение СОУ становится технически бессмысленным или даже контрпродуктивным.

Если грунты полностью перешли в талое состояние, свайный фундамент утратил опору на боковой поверхности по механизму адгезионного вмерзания, а нагрузка от сооружения перераспределилась на нижний конец сваи и, в лучшем случае, на боковое трение в талых грунтах. Установка СОУ в таких условиях не восстанавливает несущую способность сваи по проектному механизму, поскольку: повторное замерзание не восстанавливает криогенные связи в исходном объёме; образование льдогрунтовой мантии вокруг сваи не обеспечивает адгезионного сцепления, равного первичному, поскольку формируется при иных термодинамических условиях; свая в период формирования искусственного мерзлого массива продолжает неравномерно оседать, что усугубляет деформации сооружения; сезонный характер работы СОУ обеспечивает летнее растепление вновь образованного льдогрунта, и цикл повторяется, сопровождаясь накоплением необратимых деформаций.

Таким образом, применение СОУ на аварийных или предаварийных объектах с полностью растепленными грунтами фактически является подменой понятий: вместо решения задачи восстановления несущей способности фундамента происходит имитация термостабилизационных мероприятий, которая не устраняет причину деформаций и создаёт иллюзию технической состоятельности.

С практической точки зрения, на объекте с растепленными грунтами и деформированными сваями необходима комплексная инженерная оценка, включающая: инструментальное определение фактического температурного поля грунтового массива, геодезическое наблюдение за деформациями сооружения, определение фактической несущей способности свай в талых грунтах по альтернативным механизмам (боковое трение, опора на нижний конец), оценку возможности перевода фундамента на Принцип II использования ММГ с расчётом дополнительных осадок, рассмотрение вариантов усиления фундамента или его полной замены. Установка СОУ без проведения указанных мероприятий не имеет научно обоснованного инженерного решения и представляет собой формальное исполнение требований норм без учёта фактических условий.

Научные исследования последних лет однозначно свидетельствуют о недостаточности потенциала СОУ для решения задач, декларируемых в п. 6.3.4 СП 25.13330.2020. Численное моделирование, выполненное в Санкт-Петербургском горном университете (Ермилов О.М., Джалябов А.А., Васильев Г.Г., Леонович И.А., 2024), показало, что при потеплении с трендом 0,1 °C в год сезоннодействующие охлаждающие устройства не обеспечивают сохранение текущего уровня мерзлотного состояния грунта и требуются дополнительные меры, которые позволили бы повысить их эффективность работы в летний период ⁸. Модель с указанным трендом потепления демонстрирует масштабное растепление ММГ за 30 лет эксплуатации, что крайне негативно повлияет на несущую способность любых свайных оснований. Наличие СОУ замедляет тенденцию растепления, позволяет почти в два раза сократить масштаб растепления грунта, понизить температуру массива ММГ на 1–1,5 °C, но не останавливает этот процесс ⁸. Анализ температурных полей показал, что наличие СОУ понижает температуру мерзлого грунта на 1,5 °C на расстоянии 0,5 м от устройства, 1 °C на расстоянии 1 м и лишь 0,6 °C на расстоянии 2 м ⁸. Эти данные показывают, что радиус эффективного охлаждения СОУ не превышает 1–2 м, что при сетке установки 1,5×1,5 м создаёт лишь локальные зоны пониженной температуры, не обеспечивающие равномерного охлаждения всего массива грунта основания.

В катастрофическом сценарии с трендом потепления 0,25 °C/год к 2050 г., несмотря на применение СОУ, глубина сезонного растепления грунта увеличивается до 8 м при нормальной глубине 1,5 м. СОУ незначительно замедляют такое растепление, позволяя понизить температуру массива ММГ на 0,3–0,8 °C, но не останавливают этот процесс ⁸. При этом исследование показало, что перевод СОУ на работу в тёплое время года повышает эффективность системы на 34–40 % и способен не допустить растепления грунта при наиболее вероятном прогнозе потепления 0,1 °C/год. Однако при сценарии 0,25 °C/год эффективным решением становятся лишь системы принудительного круглогодичного охлаждения, построенные на различных промышленных холодильных машинах, использование которых для модернизации существующей инфраструктуры СОУ практически невозможно ввиду значительного количества индивидуально установленных устройств и большой площади их установки ⁸. Исследования Горелика и Хабитова (ИКЗ ТомНЦ СО РАН, 2021) показали, что к испарителю естественно-конвективной системы кратковременное подключение агрегата принудительного охлаждения в течение одного летнего сезона позволяет получить дополнительное понижение температуры величиной до 1,5 °C, что лишь частично компенсирует климатическое потепление ⁸.

Климатические изменения критически снижают эффективность СОУ через механизм сокращения холодного периода — единственного времени работы сезонных охлаждающих устройств. Уменьшение периода с температурой воздуха ниже 0 °C более чем на 20 суток к середине XXI в. на большей части территории России прямо пропорционально сокращает период функционирования парожидкостных термосифонов ². Чем ниже температура фазовых переходов жидкости в устройстве, тем короче период его работы, поскольку работоспособность определяется именно температурой наружного воздуха в холодный период года. При повышении температуры фазовых переходов период работы удлиняется, но эффективность охлаждения снижается ⁷. Рост глубины сезонного протаивания на 20–30 % (до 50 % в отдельных районах Западной Сибири) увеличивает объём грунта, подлежащего охлаждению за сокращенный зимний период, что делает задачу физически невыполнимой для пассивных систем естественной конвекции. Увеличение числа дней с переходом температуры через 0 °C в холодный сезон приводит к учащению циклов замораживания–оттаивания, что дополнительно разрушает структуру грунта и снижает его несущие свойства. Совокупность этих факторов делает перспективу длительной эксплуатации СОУ в условиях меняющегося климата крайне проблематичной. Следует дополнительно отметить, что сокращение числа дней с температурой ниже −30 °C в азиатской части Арктической зоны РФ уменьшает интенсивность охлаждения грунта в критический период формирования годового холода, что снижает суммарную холодопроизводительность СОУ за сезон. Увеличение числа дней с переходом температуры через 0 °C усиливает температурно-влажностные деформации конструкций, включая разрушение фундаментов вследствие циклических напряжений. В условиях, когда климатические факторы деградации мерзлоты усиливаются одновременно с сокращением периода работы охлаждающих устройств, разрыв между теплопритоком и теплоотводом в грунтовом массиве достигает критических значений, что делает применение пассивных систем термостабилизации экономически неэффективным и технически нецелесообразным.

В нормативном аспекте СП 25.13330.2020 содержит ряд критических пробелов, которые создают условия для некорректного применения СОУ на объектах с растепленными грунтами.

Во-первых, свод правил не устанавливает требований к начальному температурному состоянию грунтов перед установкой СОУ — ни в п. 6.3.4, ни в Приложении Р. Пункт 6.3.5 упоминает «предварительное охлаждение высокотемпературных и пластичномерзлых грунтов», но формулирует это как рекомендацию («следует предусматривать»), а не как обязательное требование ⁵. В системе нормативной терминологии России глагол «следует предусматривать» означает рекомендацию, а не императивное требование, что создаёт условия для формального соблюдения нормы без фактического выполнения мероприятий. Это означает, что проектировщик формально вправе предписать установку СОУ на грунтах, уже перешедших в талое состояние, без каких-либо ограничений. При этом отсутствует требование к инструментальному подтверждению фактического состояния грунтов перед началом проектирования систем термостабилизации, нет обязанности проведения геотермических изысканий для оценки температурного поля массива, не регламентирована процедура согласования проектных решений с результатами натурных наблюдений. В результате проектная документация может быть разработана без учёта фактического состояния грунтов основания, что прямо противоречит базовым принципам геотехнического проектирования, согласно которым расчётная модель должна адекватно отражать реальные условия площадки строительства. Следует также отметить, что различные типы мерзлых грунтов по-разному реагируют на процессы оттаивания и повторного замерзания. Песчаные грунты с небольшим содержанием льда при растеплении утрачивают преимущественно криогенное сцепление, но сохраняют значительную несущую способность за счёт внутреннего трения. Глинистые грунты, напротив, при оттаивании теряют бо́льшую часть прочности вследствие разрушения криогенных связей и перехода в жидкое или текучее состояние. Повторное замораживание глинистых грунтов сопровождается образованием сегрегационного льда и развитием значительных напряжений пучения, что создаёт дополнительные риски для фундаментов. Супеси и суглинки занимают промежуточное положение, однако и в этих грунтах наблюдается существенное снижение модуля деформации и удельного сцепления после циклов замораживания–оттаивания. Указанные различия имеют принципиальное значение для оценки применимости СОУ, поскольку эффективность повторного замораживания и формирования несущей способности существенно зависят от гранулометрического состава грунта и его начального льдонасыщения.

Во-вторых, отсутствуют критерии эффективности повторного замораживания: не установлены максимально допустимые сроки достижения проектной температуры, не определены пороговые значения для перехода от режима «восстановления» к режиму «поддержания», не регламентированы допустимые отклонения температуры в период формирования льдогрунтового массива, отсутствуют требования к контролю осадок фундаментов в период промораживания.

В-третьих, нет ограничений на применение СОУ после полного растепления грунтов, после развития термокарста, при изменении гидрогеологических условий в результате растепления, при деградации мерзлоты из-за климатических изменений.

В-четвёртых, п. 7.2.9 допускает расчёт температур «численными методами», но не устанавливает требований к верификации расчётных моделей по натурным данным, что открывает возможность для неконтролируемых проектных решений ⁴.

В-пятых, не регламентирован учёт климатических изменений в проектировании — свод правил фокусируется на текущих климатических параметрах, игнорируя прогнозные сценарии, в то время как канадские стандарты требуют двухэтапного процесса проектирования с явным учётом сценария RCP 8.5.

Следует подчеркнуть, что все перечисленные пробелы носят системный характер и взаимоусиливают друг друга: отсутствие требований к начальному состоянию грунта в сочетании с отсутствием критериев эффективности создаёт условия для формально соответствующего нормам, но технически некорректного применения СОУ, а отсутствие ограничений на применение после растепления фактически легализует такое применение без какой-либо ответственности проектировщика.

В контексте ст. 761 ГК РФ и 384-ФЗ это создаёт неприемлемые правовые риски для всех участников строительного процесса.

Международный опыт нормирования термостабилизационных технологий демонстрирует принципиально иной подход к разграничению режимов применения охлаждающих систем. Канадский стандарт CAN/CSA-S500:21 «Thermosyphon Foundations for Buildings in Permafrost Regions» явно ограничивает область применения термосифонов новыми зданиями и исключает retrofitting — адаптацию существующих сооружений: «This Standard is applicable to new buildings on permafrost sites… Exclusions: …thermosyphons in areas of non-permafrost or retrofitting thermosyphons to existing buildings» . При этом стандарт распространяется на весь жизненный цикл термосифонных фундаментов — от геотехнической характеристики участка до мониторинга и обслуживания, и требует фазы commissioning (приёмочных испытаний) для систем термостабилизации. В качестве рабочей жидкости преимущественно используется CO₂ под давлением 300–700 psi, что обеспечивает бо́льшую надёжность и предсказуемость характеристик по сравнению с российской практикой применения керосина, аммиака и углекислоты . Зарубежные термосифоны различаются по конфигурации: вертикальные, наклонные, горизонтальные, плоскопетлевые и шпильковые (hairpin). В России и за рубежом применяются схожие типы, но зарубежная практика больше ориентирована на плоскопетлевые системы, которые обеспечивают более равномерное охлаждение грунтового массива.

Для смягчения последствий деградации мерзлоты на существующих объектах в Канаде разработан отдельный стандарт CAN/CSA-S501:21 «Moderating the effects of permafrost degradation on existing building foundations», который устанавливает поэтапный подход: превентивные меры, оценку состояния сооружения, мониторинг и смягчающие мероприятия ⁹. Стандарт включает следующие техники смягчения последствий: аэрация грунта, устройство термосифонов с активным охлаждением, механическое рефрижерирование, теплоизоляция, дренаж и градостроительное планирование. Критически важно, что CSA S501 рассматривает также сценарии полного отказа от участка или демонтажа сооружения, признавая объективную невозможность восстановления несущей способности фундаментов в ряде случаев.

Американский стандарт UFC 3-130-03 «Arctic and Subarctic Foundations for Freezing and Thawing Conditions» (2025) содержит прямые ссылки на канадские стандарты CSA S500 и CSA S501 как на нормативные документы, регламентирующие применение термосифонов и меры по смягчению деградации мерзлоты соответственно, и устанавливает требования для военных объектов в зонах вечной мерзлоты с учётом активных систем, требующих постоянного управления, обслуживания и источника электроэнергии ⁹. Военное руководство TM 5-852-4 устанавливает требования к вентилируемым фундаментам — минимальную высоту подполья 760–915 мм вне зависимости от размера здания, что обеспечивает естественную конвективную циркуляцию воздуха и пассивное охлаждение грунта под сооружением.

Европейские нормы (Eurocode 7, EN 1997-1) не содержат специализированных разделов по вечной мерзлоте, ограничиваясь общими положениями по геотехническому проектированию с учётом морозного пучения и чрезмерного подъёма. При этом стандарт ASTM D5918 явно исключает применение лабораторных методов определения восприимчивости грунтов к пучению и потере прочности при оттаивании для вечной мерзлоты: «These test methods should be used only for seasonal frost conditions and not for permanent or long-term freezing of soil… It cannot be used to predict the amount of frost heave nor the strength after thawing, nor can it be used for applications involving long-term freezing of permafrost» ¹⁰. Это ограничение подчёркивает фундаментальную разницу между сезонным промерзанием и многолетнемерзлыми грунтами, которая не всегда учитывается в российской практике.

Сравнительный анализ показывает, что ведущие страны — Канада и США — разграничивают нормативные подходы к новым и существующим сооружениям: S500 для новых объектов, S501 для существующих. Все международные стандарты требуют фазы приёмочных испытаний для систем термостабилизации. Канадские стандарты (CSA PLUS 4011) явно включают анализ климатических сценариев в процесс проектирования, требуя двухэтапного процесса: скрининг климатических рисков и детальное проектирование с учётом сценария RCP 8.5 (+3–5 °C к 2100 г.).

В СП 25.13330.2020 такого разграничения и таких требований нет, что создаёт нормативный пробел с правовыми последствиями.

Ответственность за проектные решения по термостабилизации в российском правовом поле регулируется ст. 761 Гражданского кодекса РФ и 384-ФЗ «Технический регламент о безопасности зданий и сооружений», однако специфика термостабилизационных решений не детализирована. При наличии нормативных пробелов ответственность за последствия некорректного применения СОУ распределяется нечётко между заказчиком, проектировщиком, застройщиком и эксплуатантом.

Система геотехнического мониторинга, регламентированная п. 15.1–15.4 СП 25.13330.2020, формально предусматривает контроль температурного режима грунтов основания, однако не определяет конкретных пороговых значений, при достижении которых необходимо принятие экстренных мер, не регламентирует периодичность измерений в зависимости от скорости деградации мерзлоты, не устанавливает процедуры верификации расчётных моделей по натурным данным. В канадском стандарте CSA S501 мониторинг является неотъемлемым элементом четырёхэтапного процесса управления рисками деградации мерзлоты и включает детализированные протоколы измерений, пороговые значения температурных аномалий и регламент реагирования на отклонения ⁹. В CSA S500 фаза приёмочных испытаний (commissioning) является обязательной для всех вновь установленных систем термостабилизации, что обеспечивает экспериментальную верификацию проектных параметров в натурных условиях ⁹. Внедрение аналогичных требований в российскую практику позволило бы существенно повысить надёжность термостабилизационных решений.

Доказательственная трудность установления причинно-следственной связи между проектным решением и деформациями фундамента усугубляется многолетним лагом проявления дефектов.

В типичном случае проектные ошибки, допущенные при выборе системы термостабилизации, проявляются через 5–15 лет после ввода объекта в эксплуатацию, когда истёк срок гарантийных обязательств застройщика и сложно установить причинно-следственную связь между проектным решением и возникшими деформациями.

Статус климатических изменений как «форс-мажорного обстоятельства» в российском праве не определён, что создаёт неопределённость при разрешении споров между участниками строительного процесса.

По существу, отсутствие в СП 25.13330.2020 чётких критериев применимости СОУ и ограничений на их использование в условиях растепления создаёт «зону безответственности», в которой проектировщик формально соответствует нормам, а заказчик несёт все риски некорректного технического решения.

Неопределённым остаётся статус климатических изменений как «форс-мажорного обстоятельства», что создаёт риски для всех участников строительной деятельности.

Согласно п. 15.1–15.4 СП 25.13330.2020, геотехнический мониторинг включает «натурные наблюдения за состоянием грунтов основания (температурный режим)» ⁴, однако не установлены пороговые значения температуры, при достижении которых требуется вмешательство, не регламентированы сроки реагирования на отклонения, не определены критерии эффективности мероприятий по «восстановлению». В канадском стандарте CSA S501 мониторинг является одним из четырёх обязательных этапов работы с деградировавшей мерзлотой и включает детализированные требования к частоте измерений, пороговым значениям температурных аномалий и протоколам реагирования ⁹. В стандарте CSA S500 фаза commissioning (приёмочных испытаний) является обязательной для всех систем термостабилизации, что обеспечивает верификацию проектных параметров по натурным данным ⁹. Внедрение аналогичных требований в российскую практику позволило бы существенно повысить надёжность термостабилизационных решений. В частности, необходимо установить: периодичность измерений температуры грунта не реже 1 раза в месяц в период эксплуатации; пороговые значения температуры, при превышении которых требуется проведение внеплановой инспекции; регламент реагирования на отклонения, включающий обязательное привлечение специализированой организации для оценки состояния системы термостабилизации; сроки достижения проектных температур при вводе системы в эксплуатацию; критерии признания системы неэффективной с обоснованием необходимости перехода к альтернативным решениям.

Важно подчеркнуть, что климатические изменения не являются единственным фактором деградации мерзлоты. Нарушение технологии строительства, отсутствие или недостаточность теплоизоляции, нарушение дренажа, изменение ландшафта в результате застройки — все эти факторы создают дополнительную тепловую нагрузку на грунтовое основание, которая суммируется с климатическим потеплением. На практике именно совокупность техногенных и климатических факторов приводит к критическим нарушениям теплового режима грунтов, а не климатические изменения в отдельности. Это обстоятельство принципиально важно для правильного распределения ответственности между участниками строительного процесса: климатические изменения не могут служить оправданием для некачественного проектирования или строительства, равно как и безупречное соблюдение норм при проектировании не гарантирует сохранение мерзлого состояния грунта в условиях ускоряющегося потепления.

В контексте обсуждаемых ограничений СОУ представляется необходимым рассмотреть альтернативные подходы к обеспечению устойчивости фундаментов в условиях деградации мерзлоты. Плотников А.А. и Гурьянов Г.Р. (2021) в исследовании, опубликованном в Вестнике МГСУ, установили, что наиболее эффективным способом сохранения грунтовых оснований многоэтажных жилых зданий в мерзлом состоянии является метод тепловой изоляции поверхности грунтового основания в сочетании с глубинными жидкостными охлаждающими устройствами ⁷. Данный подход позволяет снизить теплоприток от сооружения в грунт на 40–60 %, что компенсирует сокращение эффективности СОУ в условиях потепления. В качестве альтернативы сезонным охлаждающим устройствам рассматриваются холодные сваи типа СХЯ с жидкостными термосифонами, имеющие срок службы не менее 50 лет при минимальных расходах на эксплуатацию; первый девятиэтажный жилой дом на холодных сваях был построен в г. Мирный в 1970 г. ⁷. Гибридные термосифоны, комбинирующие пассивное охлаждение зимой и активное механическое охлаждение летом, обеспечивают круглогодичную термостабилизацию и представляют собой перспективное направление развития технологий, хотя их применение требует значительных капитальных затрат и постоянного энергоснабжения. В Канаде и на Аляске теплоизоляция (XPS, EPS) является обязательным элементом фундаментных систем на мерзлоте, в отличие от российской практики, где её применение развивается ⁷.

Пространственные ферменные системы позволяют адаптировать каркас здания к перемещениям фундамента, используя гибкие соединения и шарниры; даже при потере контакта опор с грунтом фундаментная рама сохраняет способность перекрывать мягкие зоны и функционировать как жёсткая плита при пучении и растеплении ⁹.

Винтовые домкраты — распространённый метод регулируемых фундаментов в Аляске и Канаде, позволяющий периодически выравнивать здание без капитального вмешательства в конструкцию основания. В канадской Арктике успешно применяется метод деревянной блокировки для ремонта повреждённых фундаментов — локально доступный, экономически эффективный метод, хотя сезонные погодные изменения вызывают небольшую осадку, приводящую к зазору до 7 мм в некоторых блоках за 2 года ⁹. Перечисленные альтернативы демонстрируют, что международная практика располагает значительно более широким арсеналом решений для работы с деградировавшей мерзлотой, чем предусмотрено российскими нормами, которые фактически сводят выбор к установке СОУ. Сравнительный анализ показывает, что ведущие страны — Канада и США — разграничивают нормативные подходы к новым и существующим сооружениям: S500 для новых объектов, S501 для существующих. Все международные стандарты требуют фазы приёмочных испытаний для систем термостабилизации. Канадские стандарты (CSA PLUS 4011) явно включают анализ климатических сценариев в процесс проектирования, требуя двухэтапного процесса: скрининг климатических рисков и детальное проектирование с учётом сценария RCP 8.5 (+3–5 °C к 2100 г.). В СП 25.13330.2020 такого разграничения и таких требований нет, что создаёт нормативный пробел с правовыми последствиями. Кроме того, в Канаде и на Аляске теплоизоляция (XPS, EPS) является обязательным элементом фундаментных систем на мерзлоте, в отличие от российской практики, где её применение не всегда является обязательным требованием ⁷. R-значение XPS составляет около 0,028 Вт/(м·К), причём в холодных условиях теплозащитные свойства улучшаются, что делает экструдер особенно эффективным в арктических условиях.

Геотехнический мониторинг состояния грунтов основания представляет собой критически важный элемент обеспечения безопасности сооружений на ММГ, однако российская нормативная база в этой части содержит существенные пробелы. Согласно п. 15.1–15.4 СП 25.13330.2020, геотехнический мониторинг включает «натурные наблюдения за состоянием грунтов основания (температурный режим)» ⁴, однако не установлены пороговые значения температуры, при достижении которых требуется вмешательство, не регламентированы сроки реагирования на отклонения, не определены критерии эффективности мероприятий по «восстановлению». В канадском стандарте CSA S501 мониторинг является одним из четырёх обязательных этапов работы с деградировавшей мерзлотой и включает детализированные требования к частоте измерений, пороговым значениям и протоколам реагирования ⁹. В стандарте CSA S500 фаза commissioning (приёмочных испытаний) является обязательной для всех систем термостабилизации, что обеспечивает верификацию проектных параметров по натурным данным ⁹. В СП 25.13330.2020 такого требования нет — п. 7.2.9 допускает расчёт температур «численными методами», но не устанавливает требований к верификации расчётных моделей ⁴.

Экономическая составляющая проблемы термостабилизации в условиях климатических изменений заслуживает отдельного внимания. Дополнительные среднегодовые затраты нефтедобывающего сектора на меры снижения климатических рисков оцениваются в 5,8 млрд руб. (в ценах 2018 г.), применение СОУ по сетке 1,5×1,5 м удорожает фундаментные работы на 29,2 % ⁸. Ежегодные затраты на поддержание работоспособности трубопроводной инфраструктуры и ликвидацию деформаций, вызванных деградацией ММГ, оцениваются в 55 млрд руб. ⁸. Ущерб от таяния вечной мерзлоты к 2050 г. оценивается в 5 трлн руб. по данным совместного исследования МГУ, РАН. При климатических условиях середины XXI в. стоимость фундаментных работ по обустройству скважины в зоне вечной мерзлоты может вырасти с 432,2 тыс. руб. до 2513,7 тыс. руб. (в 5,8 раз) с учётом термостабилизации ⁸. В масштабе всей нефтедобывающей отрасли данное удорожание эквивалентно 0,4 % совокупных капитальных вложений. Вместе с тем инвестиции в системы принудительного круглогодичного охлаждения, регулируемые фундаменты, пространственные ферменные системы и перепроектирование с переводом на Принцип II использования ММГ, хотя и требуют значительных первоначальных затрат, обеспечивают гарантированный результат, в отличие от СОУ, эффективность которых в условиях потепления не подтверждена.

Полученные климатические прогнозы имеют прямое отношение к перспективам эксплуатации существующих систем СОУ. При сокращении холодного периода на 20–50 суток к 2050 г. сокращается период активной работы парожидкостных термосифонов пропорционально, поскольку их работоспособность напрямую определяется наличием отрицательной разности температур между грунтом и атмосферным воздухом. Увеличение глубины сезонного протаивания на 20–50 % увеличивает тепловую инерцию грунтового массива, что требует большей холодопроизводительности для достижения проектных температур, в то время как фактическая производительность СОУ снижается. Увеличение числа циклов замораживания–оттаивания дополнительно разрушает структуру грунта и снижает его несущие свойства, создавая порочный круг: чем больше циклов, тем ниже несущая способность, тем больше требуется охлаждения, тем меньше эффективность СОУ. Результаты численного моделирования, выполненного в СПбГУ, требуют детального анализа в контексте инженерной практики. При сценарии потепления 0,1 °C/год, который соответствует наиболее вероятному прогнозу для регионов мерзлотостроительства России, СОУ не обеспечивают сохранение текущего уровня мерзлотного состояния грунта за 30-летний период эксплуатации. Температура грунта на глубине залегания свайных фундаментов (обычно 5–15 м) постепенно повышается, что приводит к снижению несущей способности по адгезии и, в конечном итоге, к потере устойчивости сооружения. При сценарии 0,25 °C/год, соответствующем пессимистичному варианту развития климатических изменений, к 2050 г. глубина сезонного растепления достигает 8 м, что превышает типичную глубину залегания свай (4–10 м) на многих объектах ⁸. В этих условиях СОУ не обеспечивают даже частичного охлаждения грунта на уровне нижних концов свай, а их вклад в общий тепловой баланс грунтового массива становится статистически незначимым. Перевод СОУ на летний режим работы повышает эффективность на 34–40 %, однако это требует модификации существующих устройств и подключения внешнего источника энергии, что на практике означает переход от пассивных систем к активным с принудительной циркуляцией хладагента ⁸.

На основании проведённого анализа нормативной базы, физико-механических процессов, научных исследований эффективности СОУ, климатических прогнозов и международного опыта формулируются следующие выводы.

Первое: терминологическая неопределённость п. 3.1.15 СП 25.13330.2020, не разграничивающая режимы «сохранения», «поддержания» и «восстановления» мерзлого состояния грунта, в сочетании с формулировкой п. 6.3.4, уравнивающей задачи предотвращения оттаивания и возврата растепленных грунтов к проектным параметрам, создаёт в российской нормативной базе систематическую подмену понятий. Сезоннодействующие охлаждающие устройства, физически функционирующие лишь при отрицательных температурах наружного воздуха и прекращающие работу в летний период, не способны обеспечить восстановление мерзлого состояния после полного растепления грунтов. Их холодопроизводительность рассчитана на компенсацию теплопритока, а не на отвод латентного тепла фазового перехода воды в лёд, что делает задачу «восстановления» технически невыполнимой в разумные сроки.

Второе: повторное замораживание растепленных грунтов критически не восстанавливает первичные физико-механические и теплофизические свойства. Разрушение криогенных связей при оттаивании необратимо: исследования показывают снижение удельного сцепления до 84 % и модуля упругости на 25–60 % после циклов фазовых переходов. Техногенное замораживание формирует льдогрунтовую структуру с иными параметрами пористости, влагосодержания и плотности льдонасыщения, температура которой в период формирования «как правило, выше твёрдомерзлого состояния» ⁸. Это означает, что даже при достижении отрицательных температур грунт не приобретает проектных характеристик несущей способности.

Третье: климатические изменения критически снижают эффективность СОУ. Сокращение холодного периода более чем на 20 суток к 2050 г. прямо пропорционально сокращает время работы устройств. При тренде потепления 0,1 °C/год СОУ не обеспечивают сохранение текущего уровня мерзлотного состояния грунта; при сценарии 0,25 °C/год глубина сезонного растепления увеличивается до 8 м при нормальной глубине 1,5 м, а СОУ лишь незначительно замедляют этот процесс, понижая температуру массива ММГ на 0,3–0,8 °C ⁸. Среднегодовая температура грунта в модели без СОУ снижается на 1 °C каждые 10 лет. Фактическая холодопроизводительность СОУ за сезон уже в два раза ниже расчётной, интенсивность отказов составляет около 50 % за 10 лет.

Четвёртое: применение СОУ на аварийных или предаварийных объектах с полностью растепленными грунтами является риском и подменой понятий. В условиях, когда сваи уже утратили несущую способность по механизму адгезионного вмерзания и произошли деформации сооружения, установка СОУ не восстанавливает проектный режим работы фундамента. Свая в период формирования искусственного мерзлого массива продолжает неравномерно оседать, а сезонные циклы растепления–замерзания усугубляют деградацию грунтов. Российские нормы не содержат ограничений на применение СОУ после полного растепления, не устанавливают критериев эффективности повторного замораживания и не требуют оценки начального состояния грунтов, что создаёт регуляторный пробел.

Пятое: международная практика — в частности, канадские стандарты CSA S500 и CSA S501 — демонстрирует принципиально иной подход: чёткое разграничение нормативных требований для новых и существующих сооружений, обязательная фаза приёмочных испытаний, явный учёт климатических сценариев в проектировании, включение сценария полного отказа от участка при критической деградации мерзлоты. Внедрение аналогичных разграничений в российскую нормативную базу представляется необходимым для снижения инфраструктурных рисков.

Шестое: экономические последствия деградации мерзлоты требуют стратегического подхода. Дополнительные среднегодовые затраты нефтедобывающего сектора на меры снижения климатических рисков оцениваются в 5,8 млрд руб. (в ценах 2018 г.), применение СОУ по сетке 1,5×1,5 м удорожает фундаментные работы на 29,2 %, а ежегодные затраты на поддержание работоспособности трубопроводной инфраструктуры и ликвидацию деформаций — 55 млрд руб. ⁸.

Ущерб от таяния вечной мерзлоты к 2050 г. оценивается в 5 трлн руб. Инвестиции в системы принудительного круглогодичного охлаждения, регулируемые фундаменты, пространственные ферменные системы и, в отдельных случаях, перепроектирование с переводом на Принцип II использования ММГ представляются более обоснованными, чем массовое применение СОУ в условиях, когда их эффективность критически снижена.

Наконец, необходимо рассмотреть вопрос о сроках окупаемости и жизненном цикле систем термостабилизации. При сроке службы свайных фундаментов 50–100 лет и сроке эксплуатации СОУ, ограниченном 20–30 годами до критического износа, существует фундаментальное несоответствие между ресурсом основания и ресурсом системы охлаждения. Интенсивность отказов СОУ, составляющая около 50 % за 10 лет, означает, что к середине срока эксплуатации сооружения большая часть охлаждающих устройств выходит из строя, а их замена в условиях эксплуатируемого объекта представляет значительную техническую сложность. В условиях сокращения холодного периода и повышения температуры грунта ресурс СОУ дополнительно сокращается за счёт увеличения количества циклов «работа–остановка» и ускоренной коррозии конденсаторных элементов. Эти обстоятельства должны учитываться при выборе метода термостабилизации на этапе проектирования, однако СП 25.13330.2020 не содержит требований к сопоставлению срока службы фундаментов и срока службы системы охлаждения.

Таким образом, результаты анализа свидетельствуют о необходимости пересмотра подходов к термостабилизации в российской нормативной базе с учётом современных климатических реалий, физических ограничений сезонных охлаждающих устройств и международного опыта.

Применение СОУ должно быть строго ограничено объектами, где грунты сохраняют твёрдомерзлое состояние, а задачи «восстановления нарушенного теплового режима» должны решаться с применением круглогодичных систем активного охлаждения или иных инженерных решений, адекватных масштабу нарушения. Данное положение вытекает непосредственно из физики процессов: сезонное охлаждение не способно компенсировать латентное тепло фазовых переходов в массиве растепленного грунта, повторное замораживание не восстанавливает криогенных связей, а климатические изменения системно снижают эффективность пассивных охлаждающих устройств. Результаты численного моделирования, выполненного в СПбГУ, однозначно свидетельствуют о том, что при наиболее вероятном сценарии потепления 0,1 °C/год СОУ не обеспечивают сохранение мерзлотного состояния грунта за проектный срок эксплуатации, а при пессимистичном сценарии 0,25 °C/год их вклад в охлаждение грунта становится статистически незначимым. Российская нормативная база в части термостабилизации уступает международной практике как по степени детализации требований, так и по адекватности современным климатическим вызовам. Внедрение разграничения между режимами работы систем охлаждения, обязательной фазы приёмочных испытаний, детализированных требований к геотехническому мониторингу и учёта климатических прогнозов при проектировании представляется необходимым условием снижения инфраструктурных рисков в зоне распространения многолетнемерзлых грунтов. Российская нормативная база нуждается в срочном дополнении требованиями к начальному состоянию грунтов перед применением СОУ, критериями эффективности повторного замораживания, ограничениями на применение сезонных устройств после полного растепления и обязательным учётом климатических прогнозов при проектировании новых объектов в зоне распространения многолетнемерзлых грунтов.

Внедрение разграничения между режимами «сохранения», «поддержания» и «восстановления» мерзлого состояния, а также разработка отдельного стандарта для существующих сооружений с деградировавшей мерзлотой по аналогии с канадским CSA S501 представляются приоритетными направлениями совершенствования нормативной базы.

Конкретные рекомендации по совершенствованию СП 25.13330.2020 включают следующие направления.

Во-первых, дополнить п. 3.1.15 разграничением терминов: «сохранение мерзлого состояния» — поддержание существующего твёрдомерзлого состояния грунта без допустимости оттаивания; «поддержание температурного режима» — удержание достигнутого проектного температурного режима в грунтах, не подвергшихся растеплению; «восстановление мерзлого состояния» — возврат грунтов, подвергшихся полному или частичному растеплению, к проектным параметрам; «активное охлаждение» — принудительное круглогодичное охлаждение грунтов с использованием механических холодильных установок.

Во-вторых, дополнить п. 6.3.4 критериями применимости СОУ в зависимости от начального состояния грунтов, установив запрет на применение сезонных устройств для «восстановления» после полного растепления.

В-третьих, ввести обязательные требования к оценке начального состояния грунтов перед проектированием систем термостабилизации, включающие инструментальные измерения температурного поля и определение фазового состояния грунта на глубине залегания фундаментов.

В-четвёртых, разработать критерии эффективности повторного замораживания и сроки их достижения, включая максимально допустимое время формирования проектного температурного режима.

В-пятых, разграничить нормативные требования для систем сезонного и круглогодичного охлаждения, предусмотрев применение последних для задач «восстановления».

В-шестых, учесть опыт CSA S501 при разработке раздела по мероприятиям на существующих объектах с деградировавшей мерзлотой, включая иерархию мер от превентивных до демонтажа сооружения.

Список литературы

1. СП 25.13330.2020 «СНиП 2.02.04-88. Основания и фундаменты на вечномерзлых грунтах». — Утв. Приказом Минстроя России от 30.12.2020 № 915/пр. — Изм. 31.05.2022.

2. СНиП 2.02.04-88 «Основания и фундаменты на вечномерзлых грунтах». — М.: ЦИТП Госстроя СССР, 1989.

3. ГОСТ 25100-2020 «Грунты. Классификация». — М.: Стандартинформ, 2020.

4. Ермилов О.М., Джалябов А.А., Васильев Г.Г., Леонович И.А. Моделирование эффективности работы сезоннодействующих охлаждающих устройств при изменении статистического распределения погодных условий // Записки Горного института. — 2024. — Т. 261. — URL: https://pmi.spmi.ru/pmi/article/view/15946

5. Порфирьев Б.Н., Елисеев Д.О., Стрелецкий Д.А. Экономическая оценка последствий деградации вечной мерзлоты для нефтедобывающего сектора России // Вестник Российской академии наук. — 2019. — Т. 89. — № 12.

6. Росгидромет. Второй оценочный доклад об изменениях климата и их последствиях на территории Российской Федерации. — М., 2014.

7. Росгидромет. Доклад об особенностях климата на территории Российской Федерации за 2016 год. — М., 2017. URL: http://cc.voeikovmgo.ru/images/dokumenty/2020/dokladRGM.pdf

8. Третий национальный доклад Российской Федерации о климате. — М.: Росгидромет, ИГКЭ СО РАН, 2014.

9. Плотников А.А., Гурьянов Г.Р. Современные методы охлаждения многолетнемерзлых грунтовых оснований многоэтажных жилых зданий // Вестник МГСУ. — 2021.

10. Nikiforova N.S., Konnov A.V. Bearing capacity of pile foundations in permafrost soils under climate change conditions // IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. — 2021.

11. Алексеев А.Г. Влияние циклов замораживания–оттаивания на физико-механические свойства глинистых грунтов // Инженерные изыскания. — 2022.

12. Данилюс А.А. и др. Повышение эффективности создания монолитных фундаментов в условиях Арктики и Крайнего Севера // Тезисы Мерзлотно-грунтовой конференции — 2024. URL: https://mmgconf.ru/wp-content/uploads/2024/12/tezisy-mmg-2024_02.pdf

13. Комаров И.А., Ананьев В.В., Бек Д.Д., Исаев В.С. Проблемы термостабилизации грунтовых оснований инженерных сооружений // Материалы V конференции геокриологов России. — 2016. — Т. 1. — С. 266–279.

14. Комаров И.А., Мироненко М.В., Кияшко Н.В. Совершенствование нормативной базы по расчётной оценке теплофизических свойств пород и криопэгов // Основания, фундаменты и механика грунтов. — 2012. — № 2. — С. 25–30.

15. CAN/CSA-S500:21 Thermosyphon foundations for buildings in permafrost regions. — Canadian Standards Association, 2021.

16. CAN/CSA-S501:21 Moderating the effects of permafrost degradation on existing building foundations. — Canadian Standards Association, 2021.

17. CSA PLUS 4011:19 Technical guide — Infrastructure in permafrost: a guideline for climate change adaptation. — Canadian Standards Association, 2019.

18. UFC 3-130-03 Arctic and Subarctic Foundations for Freezing and Thawing Conditions. — U.S. Department of Defense, 2025.

19. ERDC-CRREL. Review of Thermosyphon Applications. — U.S. Army Corps of Engineers, 2014. TR-14-1.

20. ASTM D5918 — Standard Test Methods for Frost Heave and Thaw Weakening Susceptibility of Soils.

21. EN 1997-1:2004 Eurocode 7: Geotechnical design — Part 1: General rules.

22. Горелик Я.Б., Хабитов А.А. Эффективность поверхностного охлаждения мерзлых грунтов // Основные итоги научной деятельности ИКЗ ТомНЦ СО РАН за 2021 год. — Томск, 2021.

23. Koshkarev A.V. et al. Оценка опасности активизации экзогенных процессов // Экзогенная динамика Земли в XXII веке. — 2021.

24. Мельников В.П. и др. Динамическая карта термического состояния криолитозоны Западной Сибири // Геокриология. — 2022.

25. Павлов А.В. Термика мерзлых пород в условиях потепления климата // Геокриология. — 2008. — № 4.

26. Анисимов О.А., Стрелецкий Д.А. Геокриологические риски при таянии ММГ // Криосфера Земли. — 2015.

27. Цытович Н.А. Механика мерзлых грунтов. — М.: Высшая школа, 1973. — 448 с.

28. Письмо Минстроя РФ от 01.04.2025 № 8781-ОГ/08 «О разъяснении вопросов применения нормативных документов в сфере строительства».

29. Федеральный закон от 30.12.2009 № 384-ФЗ «Технический регламент о безопасности зданий и сооружений».

30. Гражданский кодекс Российской Федерации (часть вторая) от 26.01.1996 № 14-ФЗ, ст. 761.

31. Алексеева О.И. Сезоннодействующие охлаждающие устройства (СОУ) для мерзлых оснований. — ИМГИ СО РАН, 2024.

32. Foundations in Permafrost of Northern Canada: Review // Geotechnics, MDPI. — 2024. — Vol. 4. — No. 1.

33. Cold Climate Housing Research Center (CCHRC). Permafrost Mitigation Strategies. — Fairbanks, Alaska, 2023.

34. Tenth International Conference on Permafrost (ICOP 2023), Proceedings. — Vol. 4.

35. РНФ. Разработка технологии круглогодичного управляемого искусственного промораживания грунтов. — Проект 22-19-20026, 2024.

36. СП 354.1325800.2017 «Фундаменты опор мостов в районах распространения многолетнемерзлых грунтов».

37. СП 447.1325800.2019 «Железные дороги в районах вечной мерзлоты».

38. СП 498.1325800.2021 «Правила производства работ на вечномерзлых грунтах».

39. EN ISO 13793 Thermal performance of buildings — Thermal design of foundations to avoid frost heave.

40. ISO 19901-4:2025 Offshore structures — Part 4: Geotechnical design considerations.

41. Arctic Foundations, Inc. Hybrid thermosyphon systems // Proceedings of the 8th ACOP. — 2017.

42. Сезонно-охлаждающие системы термостабилизации // Сборник НИЦ СПбГПУ. — 2025.

43. Frost3D. Technology of thermostabilization of permafrost soils using a heat pump powered from solar batteries. — 2023.

44. TM 5-852-4 Arctic and Subarctic Construction: Building Foundations. — U.S. Army Corps of Engineers, 1979.

45. Romanovsky V. et al. Changing permafrost and its impacts // Snow, Water, Ice and Permafrost in the Arctic (SWIPA) 2017. — AMAP, 2017. — Chapter 4.