В МГУ предложили заранее проектировать восстановление температуры мерзлотных оснований, а не ограничиваться геотехническим мониторингом

Российские исследователи предложили изменить подход к организации геотехнического мониторинга зданий и сооружений, возведённых на многолетнемёрзлых грунтах. По мнению авторов, программа наблюдений должна включать не только контроль температуры и прогноз изменения состояния основания, но и предварительно разработанные технические решения по восстановлению проектного температурного режима при обнаружении опасных отклонений. Это позволит оценивать не только вероятность развития неблагоприятных процессов, но и время, необходимое для возвращения грунтового массива к расчётным условиям эксплуатации.

Соответствующее исследование опубликовано в третьем номере журнала «Криосфера Земли» за 2026 год. Авторами работы стали А.Ю. Гунар, Н.В. Попов, А.В. Кошурников, А.А. Горбунова и А.А. Шахова, представляющие геологический факультет Московского государственного университета имени М.В. Ломоносова и АО «ИПИК».

Проблема сохранения устойчивости сооружений на многолетнемёрзлых грунтах во многом связана с необходимостью поддержания определённого температурного состояния основания в течение всего срока эксплуатации объекта.

Для сооружений, проектируемых по принципу использования грунтов в мерзлом состоянии, температура непосредственно влияет на прочностные и деформационные характеристики грунтового массива.

Повышение температуры мерзлого грунта, даже без его полного оттаивания, может сопровождаться изменением механических свойств. При развитии оттаивания возможно появление дополнительных осадок, перераспределение усилий в фундаментах и развитие неравномерных деформаций конструкций.

Поэтому при проектировании и эксплуатации объектов в криолитозоне особое значение приобретают термометрические наблюдения, оценка состояния грунтов, контроль деформаций и прогноз изменения температурного поля.

В настоящее время геотехнический мониторинг является одним из обязательных элементов обеспечения безопасности ряда объектов, возводимых на многолетнемёрзлых грунтах.

Нормативные документы регламентируют методику и периодичность наблюдений, состав измеряемых характеристик и общие требования к прогнозным теплофизическим и геотехническим расчётам.

Однако, как отмечают авторы исследования, существующая система не в полной мере определяет, каким образом необходимо действовать при выявлении отклонений фактического состояния основания от прогнозных значений.

Наблюдения могут своевременно показать повышение температуры грунта или изменение положения границы мерзлых пород. Но сам факт обнаружения отклонения ещё не означает, что у эксплуатирующей организации имеется технически обоснованный способ восстановления требуемых условий.

Исследователи обращают внимание на необходимость устранения этого разрыва между мониторингом и инженерными мероприятиями.

По их мнению, программа геотехнического мониторинга должна разрабатываться с учётом возможности последующего управления температурным состоянием основания.

Это означает, что ещё на стадии подготовки программы наблюдений необходимо оценивать возможные сценарии изменения температурного поля и предусматривать технические решения, которые могут потребоваться при неблагоприятном развитии процессов.

Основой такого подхода является прогнозный теплотехнический расчёт.

С его помощью определяют предполагаемое изменение температур грунтового массива под воздействием климатических условий, теплового влияния сооружения и других факторов.

При этом прогноз необходимо сопоставлять с фактическими результатами термометрических наблюдений. Если измеренная температура начинает отклоняться от расчётной, требуется оценивать не только величину отклонения, но и его возможное влияние на работу основания.

В традиционной практике одним из главных результатов мониторинга становится установление факта изменения состояния грунта и подготовка рекомендаций по дальнейшему обследованию или выполнению защитных мероприятий.

Авторы предлагают рассматривать эти мероприятия заранее — как составную часть программы геотехнического мониторинга.

Такой подход позволяет предварительно оценивать, какие технические решения могут быть реализованы на конкретном объекте, сколько времени потребуется для достижения необходимых температур и насколько эффективно выбранные мероприятия способны изменить тепловое состояние массива.

В зависимости от условий сооружения могут рассматриваться различные способы температурной стабилизации, включая сезонно действующие охлаждающие устройства, изменение теплового взаимодействия сооружения с основанием, дополнительную теплоизоляцию и другие инженерные мероприятия.

Однако конкретный набор решений должен определяться результатами расчётов и особенностями объекта. В опубликованной статье авторы не предлагают универсальную систему охлаждения, одинаково пригодную для всех зданий на мерзлоте.

Принципиальное значение имеет продолжительность восстановительных мероприятий.

Температурное состояние грунтового массива обладает значительной инерционностью. Поэтому после начала охлаждения возвращение отдельных горизонтов к проектным температурам может занимать длительное время.

При этом фактическая скорость восстановления зависит от теплофизических характеристик грунтов, влажности, льдистости, глубины залегания охлаждаемых слоёв и интенсивности применяемого воздействия.

Следовательно, даже своевременное обнаружение опасной температурной тенденции не всегда позволяет немедленно устранить её последствия.

Если технические решения начинают разрабатывать только после выявления опасного отклонения, к собственно восстановительному периоду добавляются время на обследование, проектирование, согласование мероприятий и выполнение строительных работ.

Предварительная проработка возможных решений позволяет уменьшить организационные задержки и заранее оценить техническую осуществимость восстановления требуемых условий.

Для действующих зданий и сооружений этот вопрос особенно важен.

В отличие от нового строительства, при котором конструкцию фундамента и систему термостабилизации можно проектировать одновременно, на эксплуатируемом объекте инженерные мероприятия приходится выполнять с учётом существующих фундаментов, подземных коммуникаций, доступности оборудования и ограничений эксплуатации.

Поэтому возможность размещения дополнительных охлаждающих элементов, изменения теплоизоляции или выполнения иных защитных мероприятий целесообразно оценивать до появления критической ситуации.

Предложенный подход также изменяет требования к содержанию прогнозных расчётов.

Помимо обычного сценария изменения температур грунта, проектировщик может рассматривать сценарии, при которых определённые параметры выходят за установленные пределы.

Для каждого такого сценария необходимо оценивать возможную динамику изменения температуры и результаты применения предусмотренных защитных мероприятий.

Таким образом, прогноз приобретает не только диагностическое, но и управленческое значение.

Он позволяет сопоставлять фактическое состояние основания с расчётным, определять необходимость вмешательства и оценивать результативность предполагаемых технических действий.

Особый интерес представляет возможность включения подобных расчётов в цифровые системы геотехнического мониторинга.

Современные автоматизированные системы способны накапливать большие массивы данных о температуре грунтов, перемещениях конструкций и изменениях внешних условий.

Однако эффективность их применения зависит не столько от количества датчиков, сколько от того, каким образом результаты измерений используются при принятии инженерных решений.

Если система контроля фиксирует неблагоприятную тенденцию, но программа мониторинга не содержит понятного порядка технического реагирования, потенциальные преимущества раннего обнаружения опасного процесса используются не полностью.

В предлагаемой концепции данные наблюдений должны рассматриваться совместно с расчётной моделью и заранее проработанными мероприятиями по восстановлению состояния основания.

При этом исследователи не утверждают, что существующие нормативные требования уже предусматривают обязательную разработку подобных решений для каждого сооружения.

Работа представляет собой научно-техническое обоснование необходимости совершенствования подхода к составлению программ геотехнического мониторинга.

Её основная идея заключается в том, что обеспечение устойчивости оснований на многолетнемёрзлых грунтах должно включать не только измерение температуры, но и прогнозирование возможности возвращения грунтового массива в проектное состояние.

Для проектных и изыскательских организаций это означает потенциальное расширение роли геотехнического прогноза при разработке мероприятий инженерной защиты.

При таком подходе ещё на стадии проектирования можно оценивать сценарии ухудшения температурного состояния, техническую возможность его восстановления и необходимость резервирования соответствующих решений.

Для эксплуатирующих организаций предварительная подготовка подобных мероприятий может повысить оперативность реагирования на неблагоприятные процессы и снизить риск принятия решений в условиях недостатка времени.

Вместе с тем эффективность предлагаемой концепции будет зависеть от достоверности инженерно-геокриологических данных, качества теплотехнических моделей и возможности практического выполнения предусмотренных инженерных мероприятий.

Таким образом, исследование МГУ и АО «ИПИК» предлагает переход от преимущественно наблюдательного характера геотехнического мониторинга к системе, в которой результаты измерений непосредственно связаны с заранее обоснованными способами управления температурным состоянием оснований.

Для строительства и эксплуатации сооружений в Арктике это направление представляет интерес как один из возможных путей повышения долговременной геотехнической безопасности в условиях изменяющегося климата.