Применение ПЕНОПЛЭКС при инженерной защите зданий и сооружений от опасных геологических процессов

Территория Российской Федерации характеризуется разнообразием и сложностью инженерно-геологических условий, что особенно критично при проектировании линейных сооружений. Применение экструзионного пенополистирола ПЕНОПЛЭКС® позволяет решить множество задач при формировании мероприятий инженерной защиты: термостабилизация оснований на пучинистых или многолетнемерзлых грунтах, уменьшение влияния тепловыделений. Данный материал эффективно применяется также в форме блоков с целью формирования облегченных насыпей, что особенно актуально при проектировании конструкций на слабом основании, в местах расположения инженерных коммуникаций, а также при угрозе карстообразования в составе армированной насыпи или при необходимости уменьшения давления на пространственные железобетонные конструкции.

При проектировании линейных сооружений особое внимание следует уделять вопросам попутного дренажа, отвода поверхностных вод. ПЕНОПЛЭКС в конструкции может рассматриваться как условный водоупорный слой, но наиболее эффективно комплексное решение – в комбинации с геосинтетическими материалами: геомембраны, профилированные мембраны (см. Рис.1). Например, профилированная мембрана из полиэтилена высокой плотности PLASTGUARD® от компании «ПЕНОПЛЭКС».

Рис. 1. Вариант организации попутного дренажа и укрепление откосов с применением профилированной мембраны PLASTGUARD Geo и теплоизоляции ПЕНОПЛЭКС (I принцип проектирования в районах распространения многолетнемерзлых грунтов).

Применение PLASTGUARD в составе комплексных решений дорожных насыпей с применением теплоизоляционных плит ПЕНОПЛЭКС позволяет организовать эффективный отвод поверхностных вод в попутную дренажную систему, предотвратить скопление воды в откосных частях насыпей, повысить эффективную работу теплоизоляционного слоя.

Профилированные мембраны также применяются при устройстве дренажа в основании сооружений (см. Рис.2).

Рис. 2. Комбинированное решение с применением плит ПЕНОПЛЭКС и профилированной мембраны PLASTGUARD в основании сооружения.

Применение экструзионного пенополистирола ПЕНОПЛЭКС позволяет решить проблему термокарста, а также значительно уменьшить влияние тепловыделений при проектировании заглубленных сооружений. При этом важно учитывать возможный перенос теплоты в процессе фильтрации поверхностных вод и комплексно подходить к выбору проектного решения.

Практически нулевое водопоглощение и высокая прочность на сжатие (не менее 0,20 МПа при 10% сжатии) экструзионного пенополистирола обеспечивают эффективное применение при контакте с грунтовым массивом, в том числе в районах распространения многолетней мерзлоты с целью купирования тепловыделений и минимизации теплового воздействия на фундаменты существующих сооружений в процессе строительства или реконструкции тепловых сетей.

В качестве примера эффективной работы экструзионного пенополистирола при теплоизоляции заглубленных конструкций можно привести прогнозное моделирование непроходного коммуникационного канала с учётом расположения тепловых сетей с режимом работы 130/70 (температура теплоносителя в подающем трубопроводе +130°С, обратном +70°С) – см. расчётный профиль на Рис.3. Сложность моделирования для рассматриваемого случая заключалась в неоднородности теплового потока через ограждающие конструкции канала в связи со особенностями источника теплоты – трубопроводов с разной расчётной температурой и смещением их расположения к одной из стенок. Современные программные комплексы позволяют моделировать любые комбинации граничных условий, в т.ч. с учётом теплопереноса через подвижную среду (фильтрация воды, воздух), но для упрощения расчётов в данном варианте была применена существующая методика СП 61.13330 (Приложение В.3.2 «Подземная прокладка в непроходных каналах», формула В.36), которая позволяет получить усредненное расчётное значение температуры воздуха в канале.

Рис. 3. Схема тепловой изоляции коммуникационного канала плитами из экструзионного пенополистирола по внешнему контуру.

На Рис.4 отображены результаты моделирования распределения тепловых полей конструкции коммуникационного канала с применением сплошной внешней теплоизоляции ПЕНОПЛЭКС толщиной 100 мм в программном комплексе Frost 3D для условий г. Норильск с учётом расчётной температуры воздуха в канале +10,76 °С (расчёт в соответствии с формулой В.36, СП 61.13330) и фиксацией результата при наиболее неблагоприятном сочетании граничных условий.

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

Важно отметить необходимость сохранения вектора на совершенствование существующей нормативной документации, формирование единого подхода и методик теплотехнических расчётов конструкций и оснований для различных климатических, инженерно-геологических и экологических условий Российской Федерации, в т.ч. с учетом перспективного хозяйственного освоения Арктической зоны РФ. Консолидация и синхронизация работы различных технических комитетов и экспертных рабочих групп важна для исключения формирования разночтений и противоречий в нормативной строительной документации. Конкретизация физико-технических требований к применяемым в составе конструкций строительным материалам (в т.ч. экструзионному пенополистиролу), а также внесение изменений и дополнений по части применения современных расчётных программных комплексов позволит эффективно повлиять на оперативность принятия решений, ускорит процесс проектирования и согласования проектной документации. Нормативное утверждение способов формирования расчётных моделей в процессе применения современных методов численного моделирования (с учётом взаимосвязи с результатами инженерных изысканий), граничных условий и других параметров обеспечит ускорение перехода к объемному и информационному (BIM) моделированию объектов капитального строительства и линейных сооружений.

Технический отдел компании ООО «ПЕНОПЛЭКС СПб» ведёт активную работу по совершенствованию внутренней документации (стандартны организаций), является инициатором множества научно-исследовательских и научных работ в отношении строительных конструкций, систем теплоизоляции для объектов нового строительства и реновации, с учётом климатических, сейсмических, инженерно-геологических и экологических особенностей регионов. Совместно с АО «НИЦ «Строительство» разработан стандарт организации СТО 36554501-061-2019 «Проектирование и устройство теплоизоляции заглубленных конструкций (помещений) зданий и сооружений», в состав которого входят материалы для проектирования (рабочие чертежи узлов и примыканий), примеры расчётов и таблицы подбора толщины теплоизоляции с привязкой к климатическим параметрам, определяемых в соответствии с СП 131.13330 (среднегодовая температура, годовая амплитуда среднемесячных температур). Мы ведем работу по расширению BIM-библиотек с материалами и системами компании и планируем продолжать активную работу по развитию внутренней документации и инициации процессов по совершенствованию нормативной документации в строительной сфере с целью сокращения времени и трудозатрат на этапах расчета, принятия решения, проектирования и согласования проектной документации.

Абраменков П.М.

заместитель начальника технического отдела

ООО «ПЕНОПЛЭКС СПб»