vestnikcstroyВестник НИЦ «Строительство»Bulletin of Science and Research Center of Construction2224-94942782-3938АО «НИЦ «Строительство»10.37538/2224-9494-2024-4(43)-81-92PJNFYAvestnikcstroy-476Research ArticleОСНОВАНИЯ И ФУНДАМЕНТЫ, ПОДЗЕМНЫЕ СООРУЖЕНИЯFOUNDATIONS, UNDERGROUND STRUCTURESМетодика прогнозирования значений сезонно-талого слоя в районах распространения многолетнемерзлых грунтов с учетом их деградации при климатическом потепленииMethodology for forecasting the values of seasonal thaw layer in permafrost areas considering their degradation under climate warmingАлексеевА. Г.AlekseevA. G.

Андрей Григорьевич Алексеев*, д-р техн. наук, начальник центра геокриологических и геотехнических исследований, НИИОСП им. Н.М. Герсеванова АО «НИЦ «Строительство»; доцент кафедры механики грунтов и геотехники, НИУ МГСУ, Москва

Рязанский проспект, д. 59, г. Москва, 109428, Российская Федерация; Ярославское шоссе, д. 26, г. Москва, 129337, Российская Федерация

e-mail: adr-alekseev@yandex.ru

Andrey G. Alekseev*, Cand. Sci. (Engineering), Head of the Center for Geocryological and Geotechnical Research, Research Institute of Bases and Underground Structures named after N.M. Gersevanov, JSC Research Center of Construction; Associate Professor, Department of Soil Mechanics and Geotechnical Engineering, Moscow State University of Civil Engineering (National Research University), Moscow

Ryazanskiy ave., 59, Moscow, 109428, Russian Federation; Yaroslavskoye Shosse, 26, Moscow, 129337, Russian Federation

e-mail: adr-alekseev@yandex.ru

СазоновП. М.SazonovP. M.

Павел Михайлович Сазонов, заведующий сектором проектирования и геокриологических исследований лаборатории механики мерзлых грунтов и расчета оснований (№ 8), НИИОСП им. Н.М. Герсеванова АО «НИЦ «Строительство», Москва

Рязанский проспект, д. 59, г. Москва, 109428, Российская Федерация

e-mail: sazonov-pm@yandex.ru

Pavel M. Sazonov, Head of the Design and Geocryological Research Sector, Laboratory of Frozen Soil Mechanics and Foundation Calculation Methods (No. 8), Research Institute of Bases and Underground Structures named after N.M. Gersevanov, JSC Research Center of Construction, Moscow

Ryazanskiy ave., 59, Moscow, 109428, Russian Federation

e-mail: sazonov-pm@yandex.ru

РябухинаВ. Г.RyabukhinaV. G.

Вероника Геннадьевна Рябухина, инженер сектора проектирования и геокриологических исследований лаборатория механики мерзлых грунтов и расчета оснований (№ 8), НИИОСП им. Н.М. Герсеванова АО «НИЦ «Строительство», Москва

Рязанский проспект, д. 59, г. Москва, 109428, Российская Федерация

e-mail: nickadegrik@mail.ru

Veronika G. Ryabukhina, Engineer, Design and Geocryological Research Sector, Laboratory of Frozen Soil Mechanics and Foundation Calculation Methods (No. 8), Research Institute of Bases and Underground Structures named after N.M. Gersevanov, JSC Research Center of Construction, Moscow

Ryazanskiy ave., 59, Moscow, 109428, Russian Federation

e-mail: nickadegrik@mail.ru

Научно-исследовательский, проектно-изыскательский и конструкторско-технологический институт оснований и подземных сооружений (НИИОСП) им. Н.М. Герсеванова «НИЦ «Строительство»; ФГБОУ ВО «Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет» (НИУ МГСУ)РоссияResearch Institute of Bases and Underground Structures named after N.M. Gersevanov, JSC Research Center of Construction; Moscow State University of Civil Engineering (National Research University)Russian FederationНаучно-исследовательский, проектно-изыскательский и конструкторско-технологический институт оснований и подземных сооружений (НИИОСП) им. Н.М. Герсеванова «НИЦ «Строительство»РоссияResearch Institute of Bases and Underground Structures named after N.M. Gersevanov, JSC Research Center of ConstructionRussian Federation2024241220244348192Copyright © Алексеев А.Г., Сазонов П.М., Рябухина В.Г., 20252025Алексеев А.Г., Сазонов П.М., Рябухина В.Г.Alekseev A.G., Sazonov P.M., Ryabukhina V.G.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://vestnik.cstroy.ru/jour/article/view/PJNFYAВведение

Введение. Происходящие климатические изменения в криолитозоне, связанные с глобальным потеплением, оказывают серьезные воздействия на температурный режим и глубину сезонного оттаивания многолетнемерзлых грунтов. В принятой практике проектирования при расчетах фундаментов принимается постоянная расчетная величина глубины сезонного оттаивания, хотя в реальности она меняется и может превысить проектные значения. Действующие нормативные требования по проектированию не учитывают данное изменение, что подтверждает актуальность проведенного исследования.

Цель

Цель. Разработка методики прогнозирования изменения мощности слоя сезонного оттаивания в зависимости от климатических параметров, изменяющихся при потеплении.

Материалы и методы

Материалы и методы. Анализ современной научно-технической, нормативной, методической литературы, архивных данных метеорологических станций России, определение зависимости изменения глубины сезонного оттаивания от времени, разработка методики прогнозирования изменения мощности слоя сезонного оттаивания в зависимости от климатических параметров, изменяющихся при потеплении, и предложения по использованию результатов при разработке нормативно-технических документов.

Результаты

Результаты. Глубина сезонного оттаивания существенно влияет на стоимость и объемы работ по возведению фундаментов и планировки территории. Существующая методика расчета не позволяет учесть тенденции изменения климата. На территории криолитозоны России происходит повышение температуры грунтов и увеличение глубин сезонного оттаивания. Наибольшая сходимость результатов расчета с натурными наблюдениями получена при расчетах в теплотехнической программе Борей 3D с учетом изменения климата.

Выводы

Выводы. Глубину оттаивания следует определять в теплотехнической программе с учетом изменения климата. Определение глубины заложения подошвы фундамента, прочностные и деформационные расчеты следует проводить с учетом изменения глубины оттаивания в процессе эксплуатации и влияния глобального потепления.

Introduction

Introduction. The ongoing climate changes in the permafrost zone associated with global warming significantly impact the temperature regime and the depth of seasonal thawing of permafrost soils. In current design practices, a constant calculated value for the depth of seasonal thawing is adopted; however, in reality, it varies and may exceed the design values. Existing regulatory requirements for design neglect this variation, which underscores the relevance of the study.

Aim

Aim. To develop a methodology for forecasting changes in the thickness of the seasonal thaw layer based on climate parameters altering with warming.

Materials and methods

Materials and methods. The methodology of the study involved an analysis of contemporary scientific and technical literature, regulatory documents, methodological literature, and archival data from meteorological stations across Russia; determination of the relationship between changes in the depth of seasonal thawing over time; development of a forecasting methodology for changes in the thickness of the seasonal thaw layer based on climate parameters affected by warming; recommendations for utilizing the results in the development of regulatory and technical documents.

Results

Results. The depth of seasonal thawing significantly affects the cost and scope of foundation construction and land planning works. The existing calculation methodology fails to account for climate change trends. The permafrost zone of Russia displays an increase in the temperature of soils and the depth of seasonal thawing. The highest convergence of calculated results with field observations was achieved using the Borey 3D heat engineering program while considering climate change.

Conclusions

Conclusions. The depth of thawing is to be determined using a heat engineering program that accounts for climate change. Determination of the foundation bottom depth, as well as strength and deformation calculations, are to consider changes in thaw depth during operation and the impact of global warming.

многолетнемерзлый грунтсезонно-талый слойглобальное потеплениетеплотехнический расчеттемпература грунтовpermafrost soilseasonal thaw layerglobal warmingthermotechnical calculationsoil temperatureИсследование выполнено в рамках договорных работ между АО «НИЦ «Строительство» и ФАУ «ФЦС».The study was carried out within the framework of contractual works of JSC Research Center of Construction and Federal Center for Regulation, Standardization and Technical Assessment in Construction (FAU “FCC”).References<i>Алексеев А.Г., Зорин Д.В.</i> Прогнозирование температурного состояния мерзлых грунтов в связи с изменением климата. Вестник НИЦ «Строительство». 2019;23(4):44–49.<i>Alekseev A., Zorin D.</i> Prediction of the thermal state of frozen soils in connection with climate change. Vestnik NIC Stroitel`stvo = Bulletin of Science and Research Center of Construction. 2019;23(4):44–49. (In Russian).СП 25.13330.2020. Основания и фундаменты на вечномерзлых грунтах. Актуализированная редакция СНиП 2.02.04-88 [интернет]. Режим доступа: https://www.minstroyrf.gov.ru/docs/117292/SP 25.13330.2020. Soil bases and foundations on permafrost soils. Updated version of SNiP 2.02.04-88 [internet]. Available at: https://www.minstroyrf.gov.ru/docs/117292/ (In Russian).СП 131.13330.2020. Строительная климатология. Актуализированная редакция СНиП 23-01-99. Москва: Минстрой России; 2020.SP 131.13330.2020. Building climatology. Updated version of SNiP 23-01-99. Moscow: Ministry of Construction of Russia; 2020. (In Russian).<i>Павлов А.В., Ананьева Г.В., Дроздов Д.С., Москаленко Н.Г., Дубровин В.А., Какунов Н.Б., и др.</i> Мониторинг сезонно-талого слоя и температуры мерзлого грунта на севере России. Криосфера земли. 2002;6(4):30–39.<i>Pavlov A.V., Ananyeva G.V., Drozdov D.S., Moskalenko N.G., Dubrovin V.A., Kakunov N.B.,</i> et al. Monitoring of the seasonal melt layer and temperature of frozen soil in the north of Russia. Earth’s Cryosphere. 2002;5(4):30–39. (In Russian).<i>Варламов С.П., Скрябин П.Н.</i> Динамика теплового состояния грунтов мерзлотных ландшафтов центральной Якутии. Известия Самарского научного центра Российской академии наук. 2012;14(1):2040–2044.<i>Varlamov S.P., Scriabin P.N.</i> Dynamics of the soil thermal state in permafrost landscapes in Central Yakutia. Izvestia of Samara Scientific Center of the Russian Academy of Sciences. 2012;14(1):2040–2044. (In Russian).<i>Гаврильев П.П., Угаров И.С., Ефремов П.В.</i> Криогенные процессы и изменение устойчивости пород ледового комплекса в Центральной Якутии при современном изменении климата. Наука и образование. 2005;(4):84–87.<i>Gavrilyev P.P., Ugarov I.S., Efremov P.V.</i> Cryogenic processes and changes in the stability of rocks of the ice complex in Central Yakutia under modern climate change. Nauka i Obrazovanie = Science and Education. 2005;(4):84–87. (In Russian).<i>Гаврильев П.П., Угаров И.С.</i> Реакция пород ледового комплекса Центральной Якутии на потепление климата. Криосфера земли. 2009;13(1):24–30.<i>Gavrilyev P.P., Ugarov I.S.</i> Reaction of rocks of the ice complex of Central Yakutia to climate warming. Earth’s Cryosphere. 2009;13(1):24–30. (In Russian).<i>Сариев А.Х., Федина Е.В.</i> Динамика изменения сезонно-талого слоя в условиях промышленного освоения Енисейского Севера. Экология и промышленность России. 2018;18(11):46–50. https://doi.org/10.18412/1816-0395-2018-11-46-50<i>Sariev A., Fedina E.</i> Dynamics of Сhange of the Seasonally Thawing Layer in the Conditions of Industrial Development of the Yenisei North. Ecology and Industry of Russia. 2018;22(11):46–50. (In Russian). https://doi.org/10.18412/1816-0395-2018-11-46-50<i>Самохвалов Н.Д., Васильев А.А.</i> Исследования сезонно-талого слоя в типичной тундре Западного Ямала. В: К познанию цельного образа криосферы Земли: изучение природных явлений и ресурсного потенциала Арктики и Субарктики: сб. материалов Всерос. науч.-практ. конф. с международным участием, Тюмень, 29–30 ноября 2023 г. Тюмень: ТюмГУ-Press; 2023, с. 61–63.<i>Samokhvalov N.D., Vasiliev A.A.</i> Studies of the active layer in the typical tundra of Western Yamal. In: Towards the knowledge of the integral image of the Earth's cryosphere: the study of natural phenomena and the resource potential of the Arctic and Subarctic: collection of materials of the All-Russian Scientific and Practical Conference with international participation, Tyumen, November 29–30, 2023 Tyumen: TyumGUPress; 2023, pp. 61–63. (In Russian).<i>Белецан С.А., Доронкина И.Г.</i> Влияние глубины сезонно-талого слоя на инфраструктуру городов Крайнего Севера. В: Наука, образование, производство для противодействия техногенным угрозам и решения экологических проблем (Техносферная безопасность-2023): Материалы XX Междунар. науч.-практ. конф., Уфа, 30–31 мая 2023 г. Уфа: Уфимский университет науки и технологий; 2023, с. 223–227.<i>Beletsan S.A., Doronkina I.G.</i> The influence of the seasonal thaw layer depth on the infrastructure of the far North Cities. In: Science, education, production to counter man-made threats and solve environmental problems (Technosphere safety-2023): Proceedings of the XX International Scientific and Practical Conference, Ufa, May 30–31, 2023 Ufa: Ufa University of Science and Technology; 2023, pp. 223–227. (In Russian).<i>Варламов С.П., Скачков Ю.Б., Скрябин П.Н., Балута В.И.</i> Многолетняя изменчивость термического состояния верхних горизонтов криолитозоны Центральной Якутии. Природные ресурсы Арктики и Субарктики. 2023;28(3):398–414. https://doi.org/10.31242/2618-9712-2023-28-3-398-414<i>Varlamov S.P., Skachkov Yu.B., Skryabin P.N., Baluta V.I.</i> Long-term variability of the thermal state in the upper horizons of the cryolithozone in Central Yakutia. Arctic and Subarctic Natural Resources. 2023;28(3):398-414. (In Russian). https://doi.org/10.31242/2618-9712-2023-28-3-398-414<i>Бабкина Е.А., Хомутов А.В., Бабкин Е.М., Лейбман М.О.</i> Мониторинг глубины протаивания и температуры многолетнемерзлых пород на севере Ямало-Ненецкого АО. Рельеф и четвертичные образования Арктики, Субарктики и Северо-Запада России. 2022;(9):20–28. https://doi.org/10.24412/2687-1092-2022-9-20-28<i>Babkina E.A., Khomutov A.V., Babkin E.M., Leibman M.O.</i> Monitoring of active layer depth and permafrost temperature in the north of Yamal-Nenets AD. Relief and Quaternary deposits of the Arctic, Subarctic and North-West Russia. 2022;(9):20–28. (In Russian).<i>Маслаков А.А., Комова Н.Н.</i> Деградация льдистых отложений приморских равнин Восточной Чукотки при современных климатических условиях. Рельеф и четвертичные образования Арктики, Субарктики и Северо-Запада России. 2019;(6):113–117. https://doi.org/10.24411/2687-1092-2019-10615<i>Maslakov A.A., Komova N.N.</i> Degradation of ice-rich deposits of Eastern Chukotka coastal plains during contemporary climate conditions. Relief and Quaternary deposits of the Arctic, Subarctic and North-West Russia. 2019;(6):113–117. (In Russian).<i>Булдович С.Н.</i> Оценка устойчивости многолетнемерзлых пород к техногенным воздействиям при освоении северных территорий России. Вестник РУДН, серия Экология и безопасность жизнедеятельности. 2012;(1):47–60.<i>Buldovich S.N.</i> Estimation of stability permafrost rocks against technogenic attack during mastering the north territory of Russia. RUDN Journal of Ecology and Life Safety. 2012;(1):47–60. (In Russian).<i>Алексеев А.Г.</i> Расчет глубины сезонного промерзания грунтов инженерными и численными методами. Вестник НИЦ «Строительство». 2024;(3):56–82. https://doi.org/10.37538/2224-9494-2024-3(42)-56-82<i>Alekseev A.G.</i> Calculation of seasonal soil freezing depth by engineering and numerical methods. Vestnik NIC Stroitel`stvo = Bulletin of Science and Research Center of Construction. 2024;42(3):56–82. (In Russian). https://doi.org/10.37538/2224-9494-2024-3(42)-56-82Климатический центр Росгидромета [интернет]. Режим доступа: https://cc.voeikovmgo.ru/ru/ (дата доступа: 10.08.2024);The Climate center of Roshydromet [internet]. Available at: https://cc.voeikovmgo.ru/ru / (accessed 08 October 2024). (In Russian).Всероссийский научно-исследовательский институт гидрометеорологической информации – Мировой центр данных [интернет]. Режим доступа: http://meteo.ru/data/ (дата доступа: 01.07.2024).All-Russian Scientific Research Institute of Hydrometeorological Information – World Data Center [internet]. Available at: http://meteo.ru/data / (accessed 07 January 2024). (In Russian).Циркумполярная сеть мониторинга активных слоев – CALM [интернет]. Режим доступа: https://www2.gwu.edu/~calm/ (дата доступа: 01.07.2024).Circumpolar Active Layer Monitoring Network – CALM [internet]. Available at: https://www2.gwu.edu/~calm/ (accessed: 01 July 2024). (In Russian).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.