Читать статью 'Исторический опыт геологического исследования и строительства фундаментов на примере города Норильск. ' в журнале Архитектура и дизайн на сайте nbpublish.com
Рус Eng Перевести страницу на:  
Please select your language to translate the article


You can just close the window to don't translate
Библиотека
ваш профиль

Вернуться к содержанию

Архитектура и дизайн
Правильная ссылка на статью:

Исторический опыт геологического исследования и строительства фундаментов на примере города Норильск

Пахомов Павел Сергеевич

магистр, кафедра Проектирование зданий и экспертиза недвижимости, Сибирский Федеральный Университет

660041, Россия, Красноярский край, г. Красноярск, ул. Проспект Свободный, 79

Pakhomov Pavel Sergeevich

Master's Degree, Department of Building Design and Real Estate Expertise, Siberian Federal University

660041, Russia, Krasnoyarskii krai, g. Krasnoyarsk, ul. Prospekt Svobodnyi, 79

ps_pahomov@mail.ru

DOI:

10.7256/2585-7789.2021.2.38153

Дата направления статьи в редакцию:

24-05-2022


Дата публикации:

31-05-2022


Аннотация: В настоящее время Норильск является городом с различными развитыми отраслями промышленности. В данной статье анализируется опыт геологического исследования и строительства на примере этого города, а также рассматриваются их проблемы. В 1935 году было принято решение о строительстве Норильского металлургического комбината и основан поселок Норильск. Во время геологического исследования и строительства возникало немало проблем, к ним можно отнести: - распространение многолетнемерзлых грунтов, а в последствии растепление грунтов, выступающих в качестве основания зданий и сооружений; - небольшое количество и разрозненное расположение скальных грунтов, пригодных для использования в качестве основания; - ограниченные возможности технологий; - долгие сроки и огромные затраты при использовании в качестве основания скальных грунтов. Вышеперечисленные проблемы в большей части возникали из-за отсутствия опыта устройства фундаментов на многолетней мерзлоте, норильск в этом плане является первым опытом. Для решения проблемы мерзлоты был образован Норильский комплексный отдел Красноярского института «Промстройниипроект» в 1959 году. Решение проблемы было найдено на тот момент назначенным на должность руководителя Михаилом Васильевичем Кимом. Метод свайного фундирования в мерзлоте заключался в вмораживании сваи в мерзлый грунт. Таким образом этот метод позволил не только решить проблему с устройством фундаментов на многолетней мерзлоте, но и использовать её в целях строительства.


Ключевые слова: геологическое исследование, Норильск, Норильский металлургический комбинат, растепление грунта, чаша оттаивания, многолетняя мерзлота, фундамент, свайное фундирование, Михаил Васильевич Ким, вмораживание свай

Abstract: This article analyzes the experience of geological exploration and construction on the example of the city of Norilsk, and also discusses their problems. In 1935, it was decided to build the Norilsk Metallurgical Plant and the village of Norilsk was founded. During the geological survey and construction, many problems arose, these include: - the spread of permafrost soils, and subsequently the thawing of soils acting as the base of buildings and structures; - a small number and scattered location of rocky soils suitable for use as a base; - limited technology capabilities; - long time and huge costs when using as a base, rocky soils. Those problems mostly arose due to the lack of experience in building foundations on permafrost, Norilsk is the first experience in this regard. To solve the problem of permafrost, the Norilsk Integrated Department of the Krasnoyarsk Institute "Promstroyniiproekt" was formed in 1959. The solution to the problem was found at that time by Mikhail Vasilyevich Kim, who was appointed to the post of head. The method of pile foundation in permafrost consisted in freezing the pile into the frozen ground. Thus, this method allowed not only to solve the problem with the construction of foundations on permafrost, but also to use it for construction purposes.



Keywords:

freezing of piles, Mikhail Vasilyevich Kim, pile foundation, foundation, permafrost, thawing bowl, soil thawing, Norilsk Metallurgical Plant, Norilsk, geological survey

Введение

Норильск обладает огромными запасами ресурсов таких как никель, медь, уголь, кобальт, золота, серебра, платины, палладия и др. В следствие этого в начале XX века велось освоение данной территории. Для запуска предприятий по добыче ресурсов необходимо для начала произвести геологическое исследование местности, запроектировать и построить необходимую инфраструктуру. Норильск относится к зоне Крайнего Севера, характеризуемой осложнением проектирования и эксплуатации сооружений из-за распространения многолетней мерзлоты.

Цели и задачи исследования

Цель исследования — анализ опыта геологического исследования и строительства фундаментов в условиях многолетнемерзлых грунтов на примере города Норильск.

Задачи включают:

- выявление этапов в опыте геологических исследований;

- выявление основных проблем этого опыта.

Материалы и методы

В качестве объекта исследования выступает город Норильск, в особенности предприятия по добыче ресурсов. Предметом исследования методы исследования и строительства фундаментов на территории города Норильск.

Полученные результаты

В настоящее время Норильск является городом с различными развитыми отраслями промышленности. В данной статье анализируется опыт геологического исследования и строительства на примере этого города, а также рассматриваются их проблемы. В 1935 году было принято решение о строительстве Норильского металлургического комбината и основан поселок Норильск. Во время геологического исследования и строительства возникало немало проблем, к ним можно отнести:

- распространение многолетнемерзлых грунтов, а в последствии растепление грунтов, выступающих в качестве основания зданий и сооружений;

- небольшое количество и разрозненное расположение скальных грунтов, пригодных для использования в качестве основания;

- ограниченные возможности технологий;

- долгие сроки и огромные затраты при использовании в качестве основания скальные грунты.

Вышеперечисленные проблемы в большей части возникали из-за отсутствия опыта устройства фундаментов на многолетней мерзлоте. Для решения проблемы мерзлоты был образован Норильский комплексный отдел Красноярского института «Промстройниипроект» в 1959 году. Решение проблемы было найдено на тот момент назначенным на должность руководителя Михаилом Васильевичем Кимом. Метод свайного фундирования в мерзлоте заключался в вмораживании сваи в мерзлый грунт. Таким образом этот метод позволил не только решить проблему с устройством фундаментов на многолетней мерзлоте, но и использовать её в целях строительства.

В наше время в городе Норильске развиты различные отрасли промышленности, к ним можно отнести добычу нефти, полезных ископаемых, угля и др. Однако добыча угля и меди велась на этих территориях ещё в XIX веке. Упоминания о наличии угольных месторождений можно встретить в отчетах А. Ф. Миддендорфа в 1842-1845 годах. Первым предпринимателем на данных территориях считается купец Киприян Михайлович Сотников, начавший свою деятельность в 60-е годы XIX века. [7]

Впервые геологическое обследование региона было произведено в начале XX века под руководством Николая Николаевича Урванцева, в 1920 году им было открыто медно-никелевое месторождение. [12] Построенный в тот год дом для перезимовки экспедиторов и по сей день относится к объектам культурного наследия. В 1935 году было принято решение о строительстве Норильского металлургического комбината и основан поселок Норильск. [13] В этом же году происходит создание мерзлотной станции, в которой производилось наблюдение за опытными деревянными сваями, засыпанными талым грунтом. Также в 1936 году в Норильск была направлена группа специалистов для изучения мерзлотных процессов грунтов. Проделанная ими работа послужила основанием для организации специального подразделения строящегося Норильского комбината. [2]

Исследуемая местность расположена в районе сплошного распространения многолетней мерзлоты, отмечены проявления морозобойного растрескивания, пучения и солифлюкции. [11] Уже в 1936 году пришлось столкнуться с главной проблемой строительства на данной территории, а именно с растеплением многолетнемерзлых грунтов.

Растепление грунта — это процесс, обусловленный передачей породе количества тепла достаточного не только для её нагрева до 0 °С, но и для перехода содержащегося в породе льда-цемента в жидкое состояние. [5]

Растепление грунта приводит к образованию чаши оттаивания под зданием, грунт теряет свою монолитность, что приводит к неравномерной осадке здания, она в свою очередь приводит к деформациям ограждающих конструкций и фундаментов. Схема процесса показана на рисунке 1. [5]

Рисунок 1 — Образование чаши оттаивания под зданием

Деревянный цех электролиза никеля считается первым зданием, разрушенным из-за растаявшего основания. Годом позже эта участь настигла и жилые бараки. Для решения проблемы было принято решения полностью удалять многолетнемерзлый грунт до скального основания. Это вело к долгим срокам строительства и огромным затратам. Большую часть ресурсов приходилось тратить на устройство фундаментов. [3] Разработка грунта велась вручную, в основном заключенными Норильлага, существовавшего с 1935 по 1956 гг. [4],[13]

Важным вопросом в то время так же являлся вопрос расположения временных сооружений. Важно было, чтобы данные сооружения не тормозили строительство постоянных, а также не подлежали сносу. Так как то время было эпохой до свайного фундирования и использования льда как основания, для строительства комбината была выбрана площадка к востоку от ручья Медвежьего. В качестве основания на данной территории выступали галечниковые грунты. Исследования площадки в то время производились за счет заданных вручную рядов шурфов глубиной 10 м. [3]

Таким образом можно выявить вторую проблему, замедлявшую в то время процесс исследования грунтов и строительство комбината. Скальные грунты искомые для основания сооружений имели разрозненный характер на данной территории, из-за этого можно наблюдать разброс основных предприятий по территории Норильска (это можно увидеть на рисунке 2). Хоть первым опытом строительства на сваях и считается первый в городе кирпичный завод, построенный в 1937 году, («пароигловые» деревянные сваи заглублялись в насыщенный льдом грунт на три метра) [2], метод свайного фундирования попытки внедрения которого не принимались вплоть до 1958 года, на тот момент экономика, основанная на труде заключенных, не способствовала внедрению инноваций. [3]

Рисунок 2 — Размещение промышленных предприятий

Во время изысканий была выявлена ещё одна проблема, из-за ограниченных на то время технологий все данные передавались по телеграфу в Ленинград, затем по ним составлялась карта грунтов, а уже после компоновался генплан будущего комбината. Из-за фактора заочного руководства можно сделать вывод, что дистанционная схема работы была неэффективна. Требовалась постоянная проектная структура на месте строительства. Это привело к увеличению штата в 1937 году, а в 1938 году подписан приказ о создании проектного бюро; в последующем – проектная контора и проектный отдел Норильского комбината НКВД СССР. [8]

Было ясно, что строить город по принципу замены мерзлого грунта невозможно и необходимо другое решение проблемы многолетней мерзлоты. Для решения этой проблемы в 1959 году образовывается Норильский комплексный отдел Красноярского института «Промстройниипроект». На роль руководителя был назначен Михаил Васильевич Ким, некогда заключенный Норильлага. [8],[10] Ким усовершенствовал метод, используемый при строительстве первого кирпичного завода, так как при наблюдении за осадкой его фундаментов не было выявлено деформаций, осадки свай и пучения. В дальнейшем в Норильске при строительстве фундаментов использовался метод свайного фундирования. Было принято упирать свайные фундаменты в скальный грунт, как бы глубоко он не залегал, или рассчитывать на силу трения для удержания конструкции. Усовершенствованный Кимом метод же заключался в вмораживании сваи в ледяную основу, заливая шламом. Данный метод по надежности не уступал методу с опиранием свай на скальный грунт. Таким образом этот метод позволил не только решить проблему с устройством фундаментов на многолетней мерзлоте, но и использовать её в целях строительства. [2]

Рисунок 3 — Михаил Васильевич Ким

Из-за того, что промышленные объекты изначально строились с использованием в качестве основания скального грунта, либо с использованием фундаментов с заглублением в десятки метров, метод свайного фундирования в мерзлоте использовался в основном уже при проектировании жилых домов города Норильска. Использование эффективных методов строительства на вечномерзлых грунтах являлось актуальнейшей задачей в условиях реализации масштабного плана возведения жилых районов и крупных архитектурных ансамблей города. [9] В настоящее время в Норильске можно встретить здания и сооружения как с использованием скального грунта в качестве основания, так и с использованием метода свайного фундирования в мерзлоте.

Рисунок 4 — Генеральный план Норильска, 1940–1943 гг.

Выводы

По результатам исследования выявлены следующие этапы в опыте геологических исследований в условиях многолетней мерзлоты:

- 1920-1935 гг ­— период первых геологических исследований;

- 1935-1958 гг — столкновение с проблемой многолетней мерзлоты, поиск местности для строительства с распространением скальных грунтов (залегания имели разрозненный характер), используемых в качестве основания, создание мерзлотной станции и групп специалистов для изучения мерзлотных процессов;

- 1959 г — образование Норильского комплексного отдела Красноярского института «Промстройниипроект» во главе с Михаилом Васильевичем Кимом, усовершенствование и внедрение метода свайного фундирования.

При этом, опыт геологических исследований в Норильске дает основание выявить 4 основные проблемы:

1. сплошное распространение многолетнемерзлых грунтов, а в последствии их растепление, при использовании в качестве основания;

2. небольшое количество и разрозненное расположение скальных грунтов, пригодных для использования в качестве основания;

3. долгие сроки и огромные затраты при использовании в качестве основания скальные грунты;

ограниченные возможности технологий, в следствие неэффективность дистанционной схемы работы.

Библиография
1.
Доничева Н.С., Кочнев А.П. Геоморфологические и неотектонические особенности территории норильского рудного района // Известия Сибирского отделения Секции наук о Земле РАЕН. — 2009. — № 1 (34) — С. 146-153.
2.
Город на сваях: как строили Норильск // «Город Онлайн»: [сайт]. – 2021. – URL: https://norilsk.city.online/news/2021-11-02-gorod-na-svayah-kak-stroili-norilsk (дата обращения: 21.05.2022).
3.
Как в Норильске научились строить на мерзлоте // Кислород.ЛАЙФ: [сайт]. – URL: https://kislorod.life/question_answer/kak_v_norilske_nauchilis_stroit_na_merzlote/ (дата обращения: 21.05.2022).
4.
Норильск и Норильский комбинат в документах Красноярского крайкома ВКП(Б)-КПСС: 1940–1960-е гг. // Архивы Красноярского Края: официальный сайт. – URL: http://красноярские-архивы.рф/gosudarstvennyi-arkh/nauchno-spravochnyi-apparat/obzory-fondov/224 (дата обращения: 21.05.2022).
5.
Порошина С.С. Растепление вечномерзлых грунтов под зданиями в Норильске // Градостроительство и архитектура. — 2018. — Т.8. №2 — С. 65-70.
6.
Разработка градостроительной документации муниципального образования г. Норильск // Генеральный план Норильского городского округа. СПб.: ОАО «НИИПГрадостроительства» — 2007.
7.
Севастьянов Д. В., Исаченко Т. Е., Гук Е. Н. Норильский регион: от природной специфики к практике освоения Норильске // Вестник СПбГУ. — 2014. — Сер. 7. Вып. 3 — С. 83-94.
8.
Слабуха А.В. Зодчие Норильлага («групповой портрет»-из некоторых цифр статистики) // Капитель. 2010. № 1. С. 3.
9.
Слабуха А.В. Норильск был задуман как система архитектурных ансамблей // Архитектурный вестник. 2007. № 6. С. 86-91.
10.
Слабуха А.В. Репрессированные архитекторы Приенисейской Сибири [статья в открытом архиве; статья депонирована 31.12.2004].-https://elibrary.ru/item.asp?id=37413462
11.
Тирских С.А., Вашестюк Ю.В., Штельмах С.И., Рященко Т.Г. Комплексные исследования техногенных грунтов строительной площадки в районе г. Норильска (опыт интеграции производственных и научных результатов) // Вестник ИрГТУ. — 2018. — №2 (85) — С. 80-85.
12.
Шнейдер Г. В. Развитие минерально-сырьевой базы Сибири: от Обручева В. А., Усова М. А., Урванцева Н. Н. до наших дней. Томск: Изд-во Томского политехнического университета, 2013. — С. 106-117.
13.
Эртц С. Строительство Норильского комбината с 1935 по 1938 гг.: становление крупного объекта экономической системы ГУЛАГа // Экономическая история. Ежегодник — 2003. — С. 140-176.
References
1.
Donicheva N.S., Kochnev A.P. Geomorphological and neotectonic features of the territory of the Norilsk ore district // News of the Siberian Branch of the Earth Sciences Section of the Russian Academy of Sciences. — 2009. — № 1 (34) — Pp. 146-153.
2.
City on stilts: how Norilsk was built // "City Online": [website]. – 2021. – URL: https://norilsk.city.online/news/2021-11-02-gorod-na-svayah-kak-stroili-norilsk (accessed: 05/21/2022).
3.
How in Norilsk they learned to build on permafrost // Oxygen.LIFE: [website]. – URL: https://kislorod.life/question_answer/kak_v_norilske_nauchilis_stroit_na_merzlote / (accessed: 05/21/2022).
4.
Norilsk and Norilsk Combine in the documents of the Krasnoyarsk Krai Committee of the CPSU(B)-CPSU: 1940-1960-ies. // Archives of the Krasnoyarsk Territory: official website. – URL: http://красноярские-архивы .Russian Federation/gosudarstvennyi-arkh/nauchno-spravochnyi-apparat/obzory-fondov/224 (accessed: 05/21/2022).
5.
Poroshina S.S. Thawing of permafrost soils under buildings in Norilsk // Urban planning and architecture.-2018. — Vol.8. No. 2 — pp. 65-70.
6.
Development of urban planning documentation of the municipality of Norilsk // General plan of the Norilsk city district. St. Petersburg: JSC "Niipgradostroitelstva" — 2007.
7.
Sevastyanov D. V., Isachenko T. E., Guk E. N. Norilsk region: from natural specificity to the practice of development of Norilsk // Bulletin of St. Petersburg State University. — 2014. — Ser. 7. Issue 3 — pp. 83-94.
8.
Slabukha A.V. Architects of Norillag ("group portrait"-from some statistics figures) // Kapitel. 2010. No. 1. P. 3.
9.
Slabukha A.V. Norilsk was conceived as a system of architectural ensembles // Architectural Bulletin. 2007. No. 6. pp. 86-91.
10.
Slabukha A.V. Repressed architects of the Yenisei Siberia [article in the open archive; article deposited on 31.12.2004].-https://elibrary.ru/item.asp?id=37413462
11.
Tirskikh S.A., Vashestyuk Yu.V., Shtelmakh S.I., Ryashchenko T.G. Complex studies of technogenic soils of a construction site in the area of Norilsk (experience of integration of production and scientific results) // Bulletin of IrSTU. — 2018. — №2 (85) — Pp. 80-85.
12.
Schneider G. V. Development of the mineral resource base of Siberia: from Obruchev V. A., Usova M. A., Urvantsev N. N. to the present day. Tomsk: Publishing House of Tomsk Polytechnic University, 2013. — pp. 106-117.
13.
Ertz S. Construction of the Norilsk Combine from 1935 to 1938: the formation of a large object of the GULAG economic system // Economic History. Yearbook — 2003. — pp. 140-176.

Результаты процедуры рецензирования статьи

В связи с политикой двойного слепого рецензирования личность рецензента не раскрывается.
Со списком рецензентов издательства можно ознакомиться здесь.

Рецензируемая статья посвящена изучению исторического опыта геологического исследования и строительства фундаментов в городе Норильск; в качестве предмета свой работы авторы определили методы исследования и строительства фундаментов на территории города Норильск.
Методология исследования базируется на изучении литературных источников по теме работы.
Актуальность исследования обусловлена необходимостью освоения северных территорий страны, в этом исторический опыт строительства фундаментов в Норильске может быть востребован и полезен.
Научная новизна представленного исследования, по мнению рецензента, заключается в обобщении опыта геологического исследования и строительства фундаментов в условиях многолетнемерзлых грунтов на примере города Норильск.
В статье авторами выделены следующие структурные разделы: Введение, Цели и задачи исследования, Материалы и методы, Полученные результаты, Выводы, Библиография.
Во введении отмечены причины освоения территории Норильска – открытие и начало освоения запасов никеля, меди, угля, кобальта, золота, серебра, платины, палладия и других полезных ископаемых; названы факторы, осложняющие проектирование и эксплуатацию сооружений из-за многолетней мерзлоты.
Авторы отмечают проблемы, с которыми столкнулись в 1935 г. при геологических исследованиях и строительстве в Норильске (многолетнемерзлые грунты и их растепление; разрозненное расположение скальных грунтов; ограниченные возможности технологий; долгие сроки и огромные затраты при использовании в качестве основания скальных грунтов); поясняют суть метода свайного фундирования в мерзлоте, позволяющего не только решить проблему с устройством фундаментов на многолетней мерзлоте, но и использовать её в целях строительства. Значительное внимание уделено в статье проблеме растепления многолетнемерзлых грунтов, иллюстрируют образование чаши оттаивания под зданием, приводят карту размещение промышленных предприятий на территории города; поясняют недостатки использовавшейся до конца тридцатых годов двадцатого века дистанционного формата работ при составлении карты грунтов и генплана с применением передачи данных по телеграфу; излагают усовершенствованный М. В. Кимом метод устройства фундаментов на многолетней мерзлоте.
Выводы по статье содержат отражение основных этапов в опыте геологических исследований в условиях многолетней мерзлоты, а также выявленные четыре проблемы геологического исследования и строительства фундаментов на в городе Норильск.
Библиографический список включает 13 наименований источников – научные статьи в отечественных периодических журналах, на которые в тексте приведены адресные ссылки, свидетельствующие о наличии в публикации апелляции к оппонентам.
Рецензируемая статья не лишена недоработок, так в разделе «Материалы и методы» не отражены методы научного познания, с помощью которых получены отраженные в статье результаты, после прочтения этого раздела также не ясно какие конкретно материалы предприятий по добыче ресурсов, определенные в качестве объекта исследования, изучались авторами в процессе подготовки статьи.
Тема статьи актуальна, материал соответствует тематике журнала «Архитектура и дизайн», может вызвать интерес у потенциальных читателей и рекомендуется к опубликованию после доработки.