Кашин Р. Строительство жилья на сваях в гористой местности: проблемы и решения для создания доступного жилья в депрессивных районах // Science Time. 2024. № 1(120). С. 5-12.

Статья: Кашин Р. 2024-01.pdf

Полный выпуск: Science Time. Выпуск № 1 (2024).pdf

СТРОИТЕЛЬСТВО ЖИЛЬЯ НА СВАЯХ В ГОРИСТОЙ МЕСТНОСТИ:

ПРОБЛЕМЫ И РЕШЕНИЯ ДЛЯ СОЗДАНИЯ ДОСТУПНОГО

ЖИЛЬЯ В ДЕПРЕССИВНЫХ РАЙОНАХ

Кашин Роман,

основатель Kashin Group

Corp, г. Нью-Йорк, США

E-mail: romulandiy@gmail.com

Аннотация. Статья посвящена проблемам и решениям строительства жилья на сваях в гористой местности. Рассматриваются особенности геологических и климатических условий, влияющих на выбор типа свай, а также проблемы, связанные с проектированием и возведением таких объектов. В работе акцентируется внимание на инновационных строительных технологиях, таких как 3D-печать, использование легких и высокопрочных материалов, роботоавтоматизация, а также экологические технологии, включая солнечные панели и геотермальное отопление. Особое внимание уделено перспективам и инновациям в сфере свайного фундамента и цифровизации строительных процессов. В статье подчеркнута важность внедрения новых технологий и подходов для обеспечения доступности, устойчивости и энергоэффективности строительства в сложных природных условиях.

Ключевые слова: строительство жилья, сваи, гористая местность, инновационные технологии, 3D-печать, легкие материалы, экологические технологии, геотермальное отопление, устойчивое развитие, цифровизация строительства, инновации в строительстве.

Актуальность исследования

В условиях экономического кризиса и сокращения доступного жилья в России особое внимание уделяется строительству жилья в удаленных и труднодоступных районах, включая гористые местности. Эти территории часто страдают от недостатка инфраструктуры, высокого уровня безработицы и сложных геологических условий. Однако гористые регионы обладают уникальными природными ресурсами и могут стать важными зонами для развития, если удастся наладить строительство доступного и безопасного жилья. В таких условиях свайные фундаменты становятся важным инструментом, позволяющим строить в сложных геологических условиях, обеспечивая устойчивость и долговечность зданий.

Неоправданно высокая стоимость строительства и нехватка специализированных технологий остаются основными преградами на пути к созданию доступного жилья в депрессивных горных районах. Таким образом, исследование эффективных и инновационных методов строительства жилья на сваях в гористой местности, а также поиска решений для снижения стоимости таких проектов, является крайне актуальным для решения проблемы доступности жилья в таких регионах.

Цель исследования

Целью данного исследования является анализ проблем и предложений для эффективного строительства жилья на сваях в гористой местности с учетом специфики геологических, экономических и социальных условий, а также разработка рекомендаций по созданию доступного жилья для жителей депрессивных районов с использованием передовых технологий и методов строительства.

Материалы и методы исследования

Материалы исследования: исследования в области свайных фундаментов, технологии 3D-печати в строительстве, экологических инноваций, а также примеры успешных проектов строительства в гористой местности.

Методы исследования включают обзор существующих научных данных, анализ практических примеров, а также оценку воздействия новых технологий на строительные процессы и экологические показатели.

Результаты исследования

Строительство на сваях является широко применяемой технологией, использующейся в сложных геологических и климатических условиях. Свайный фундамент представляет собой группу вертикальных конструкций, устанавливаемых в грунт для передачи нагрузок от зданий и сооружений в более стабильные и прочные слои почвы.

Свайные фундаменты помогают решить проблему строительства в районах с плохими грунтовыми условиями, такими как обводненные, глинистые или песчаные почвы. Суть технологии состоит в установке свай, которые передают нагрузку на более глубокие слои почвы, обеспечивая стабильность строений. Сваи могут быть как буровыми, так и забивными, в зависимости от геологических условий местности (таблица 1) [4, с. 863].

Таблица 1

Характеристики различных типов свай

При проектировании свайного фундамента важно учитывать такие параметры, как диаметр свай, их длина и материал. В гористых местностях, где может быть непредсказуемая нагрузка на фундамент из-за возможных сдвигов и оползней, крайне важна точная оценка геологических условий и выбор оптимальной длины свай.

Гористые районы предъявляют особые требования к проектированию свайных фундаментов, поскольку геологические условия этих территорий могут быть весьма разнообразными и сложными для строительства. В таких регионах часто наблюдается высокий риск оползней, сдвигов грунта и землетрясений, что накладывает дополнительные требования к проектированию фундаментов [3, с. 172].

Геологические условия гористых местностей могут варьироваться в зависимости от региона (таблица 2).

Таблица 2

Геологические особенности гористых районов

Одной из особенностей строительства на сваях в гористых районах является необходимость учета различных факторов: рельефа местности, состава грунтов и наличия подземных вод. Например, в районах с сильными сдвигами грунта может потребоваться использование свай с большей длиной и диаметром для достижения стабильности фундамента, а в районах с нестабильными грунтами может потребоваться применение специальных геотехнических решений, таких как усиление грунта.

Одним из ключевых преимуществ свайных фундаментов является их высокая устойчивость к сдвигам грунта, что особенно важно в горных районах с рискованными геологическими условиями. Сваи обеспечивают передачу нагрузок в более глубокие и стабильные слои, минимизируя воздействие на поверхности. Кроме того, такие фундаменты не требуют обширных земляных работ и могут быть установлены в местах с ограниченным доступом, что также делает их идеальными для гористой местности.

Стоит отметить, что стоимость свайных фундаментов может варьироваться в зависимости от ряда факторов, таких как грунтовые условия и необходимость использования специализированной техники. Однако при грамотном проектировании и четком соблюдении сроков выполнения работ, общий бюджет на установку свайного фундамента с ростверком может оказаться даже ниже традиционного ленточного фундамента. Это делает свайные фундаменты привлекательным решением с точки зрения экономической эффективности, особенно в случаях, когда требуются дополнительные работы по подготовке участка или в условиях сложных грунтов.

Гористые регионы часто подвергаются более высокому риску сейсмических явлений, что особенно актуально для территорий, расположенных в зонах активной тектонической активности. Землетрясения могут вызвать значительные сдвиги грунта, обрушения и разрушения зданий, если не учесть сейсмическую активность при проектировании.

Применение свайных фундаментов в таких условиях помогает обеспечить устойчивость здания при землетрясениях, так как сваи могут поглощать и перераспределять сейсмические колебания, снижая их воздействие на здание. Например, в сейсмоопасных районах, таких как Кавказ или Тибет, необходимо учитывать уровень сейсмического риска, который определяет глубину, диаметр и количество свай [2, с. 79].

Процесс проектирования свайных фундаментов в гористой местности включает несколько ключевых этапов:

1. Геологическое обследование. На этом этапе проводится анализ состава грунта, уровня подземных вод, наличия нестабильных слоев и других факторов, которые могут повлиять на выбор типа и глубину свай.

2. Выбор типа сваи. Исходя из результатов геологических изысканий, выбирается тип свай (забивные, буровые) и их характеристики (диаметр, длина, материал).

3. Проектирование и расчет нагрузки. На основании собранных данных проектируется свайный фундамент с учетом предполагаемых нагрузок от строящегося здания и влияния геологических факторов (например, сдвигов грунта или землетрясений).

4. Монтаж и контроль качества. После завершения проектирования и подготовки площадки осуществляется монтаж свай с обязательным контролем за качеством установки и соблюдением всех стандартов безопасности [1, с. 132].

В странах с гористыми территориями, таких как Япония, Чили и Италия, разработаны и успешно применяются различные методы строительства свайных фундаментов, которые обеспечивают надежность зданий в условиях высокой сейсмической активности и сложных грунтов. Например, использование буровых свай с применением армирования и амортизирующих систем позволило значительно повысить сейсмостойкость зданий в регионах с высоким уровнем землетрясений. Также в таких районах широко применяется технология установки свай на скальных грунтах, что позволяет значительно снизить затраты и повысить надежность конструкций.

Одним из ключевых решений для снижения стоимости строительства является использование легких, но прочных строительных материалов. В горных районах сложные условия для транспортировки и доставки строительных материалов, что делает важным выбор материалов, которые не только обладают хорошими техническими характеристиками, но и легко доступны.

Среди таких материалов можно выделить:

• Газобетон и пенобетон – легкие и прочные материалы, которые могут существенно снизить нагрузку на фундамент. Их использование позволяет сэкономить на стоимости свайных конструкций, а также улучшить теплоизоляцию.
• Стекловолоконные и углеволоконные материалы – используются для армирования фундамента и конструктивных элементов зданий, что повышает их прочность при меньшем весе.
• Композитные материалы – обладают высокой долговечностью и устойчивостью к воздействию внешней среды, что особенно важно в условиях горной местности с резкими климатическими колебаниями.

Использование таких материалов не только снижает стоимость строительства, но и ускоряет процессы монтажа.

Для решения проблемы создания доступного жилья важно внедрение инновационных технологий, которые позволяют не только ускорить процесс строительства, но и снизить затраты на материалы и рабочую силу (рисунок).

Рис. 1 Влияние инновационных строительных

технологий на стоимость и сроки строительства

Одной из составляющих доступности жилья является его экономическая эффективность в процессе эксплуатации. В условиях гористых местностей с экстремальными климатическими условиями важно, чтобы жилье было энергоэффективным и устойчивым к воздействию внешней среды.

Применение энергоэффективных технологий, таких как солнечные панели, системы рекуперации тепла, пассивные дома, помогает значительно снизить расходы на отопление и охлаждение. Это решение позволяет создать жилье, которое не только доступно в строительстве, но и экономично в процессе эксплуатации, что важно для жителей удаленных и депрессивных районов.

Кроме того, экологически чистые материалы, такие как дерево, пробка, солома и глина, позволяют создать экологически устойчивые здания, которые могут быть быстро построены с минимальными затратами, но при этом имеют долгосрочную эксплуатационную стоимость.

Для создания доступного жилья важно не только само строительство зданий, но и создание условий для комфортного проживания в этих районах. В этом контексте важным аспектом является развитие инфраструктуры, включая транспортные и коммунальные сети, а также создание социальных программ, направленных на поддержку жителей.

Программы государственного субсидирования строительства жилья и доступных ипотечных кредитов позволяют жителям гористых районов приобрести собственное жилье на более выгодных условиях. Кроме того, поддержка таких программ способствует привлечению частных инвестиций в строительные проекты, что также ускоряет процесс создания доступного жилья.

Снижение стоимости строительства жилья в гористой местности возможно за счет использования местных ресурсов. В некоторых случаях строительные материалы, такие как камень, дерево и глина, могут быть добыты непосредственно в районе строительства, что значительно уменьшает расходы на транспортировку и закупку сырья.

Создание рабочих мест в процессе строительства и эксплуатации жилья в этих районах способствует экономическому развитию региона, снижению уровня безработицы и улучшению качества жизни. Местные строительные компании и работники могут быть привлечены для выполнения строительных работ, что помогает стимулировать местную экономику и создать дополнительные возможности для людей.

Для эффективного строительства доступного жилья в гористых районах важно адаптировать проектирование и архитектуру под специфические условия местности. Конструктивные решения должны учитывать сложный рельеф, склонность к эрозии почвы, сейсмическую активность, а также возможные проблемы с подводными и грунтовыми водами.

Гибкость проектирования позволяет учитывать все особенности горных территорий, при этом обеспечивая стандартные требования к безопасности и комфорту жильцов. Для этого необходимо создавать типовые проекты домов, которые можно адаптировать под различные условия местности, что позволяет сократить затраты на проектирование и ускорить сроки строительства.

Примеры успешных проектов строительства жилья на сваях в гористой местности:

1. Проект строительства домов в Альпах (Швейцария).

В Швейцарии была реализована программа строительства жилых домов на сваях в альпийских районах. Использование свайных фундаментов позволило минимизировать влияние на природные ландшафты и предотвратить эрозию почвы. Дома с деревянными конструкциями, установленные на сваях, эффективно сопротивляются сейсмическим и климатическим нагрузкам. Применение модульного строительства и местных материалов сделало проект доступным и устойчивым.

2) Жилой комплекс в регионе Калифорнии (США).

В горной местности Калифорнии был успешно построен жилой комплекс с использованием свайных фундаментов для домов с низким экологическим воздействием. В качестве свай использовались металлические конструкции, которые были забиты в каменистые породы, что обеспечило необходимую устойчивость. Это позволило построить доступное жилье на труднодоступных участках, где традиционные методы строительства были невозможны.

3) Проект жилья в горной местности Парагвая.

В Парагвае для строительства жилья в горных районах была использована технология на основе буровых свай. Дома с деревянными каркасами установлены на свайных фундаментах, что позволяет компенсировать нестабильные грунты. Успех проекта заключался в правильном подборе материалов и устойчивости конструкций к сезонным наводнениям и сейсмическим воздействиям.

4) Строительство коттеджей в высокогорной части Японии.

В Японии для возведения коттеджей в высокогорной местности были применены свайные фундаменты, которые позволили эффективно справиться с подвижными грунтами и сейсмической активностью. Инновационные методы укрепления свай с помощью армированных бетонов обеспечили долговечность и безопасность этих объектов. В результате проект стал примером эффективного применения свайного фундамента в условиях гористой местности.

Эти проекты демонстрируют успешное применение свайных технологий в различных горных районах, обеспечивая надежность, устойчивость и доступность жилья.

Строительство жилья в гористых районах продолжает развиваться с учетом новых технологий и научных достижений, что позволяет решать проблемы, связанные с экстремальными климатическими и геологическими условиями. Перспективы включают внедрение нескольких ключевых инноваций, которые могут существенно изменить подходы к строительству в таких регионах:

1) Использование адаптивных свайных систем. Современные свайные технологии становятся более гибкими, что позволяет адаптировать их к меняющимся условиям окружающей среды, таким как изменения уровня грунтовых вод или сдвиги почвы. Разработка интеллектуальных свайных систем с возможностью мониторинга состояния в реальном времени открывает новые горизонты для устойчивого строительства.

2) Биомимикрия в архитектуре. Внедрение биомимикрии (использование природных решений и механизмов, которые хорошо зарекомендовали себя в природе) в архитектурные проекты. Это включает в себя использование природных материалов, устойчивых к горным условиям, а также создание зданий, способных «дышать» и адаптироваться к изменяющимся климатическим условиям.

3) Применение роботизированных технологий и 3D-печати. В горных районах с ограниченным доступом и сложным ландшафтом роботизация строительных процессов и применение 3D-печати могут существенно ускорить строительство и снизить затраты. Использование 3D-принтеров для создания свайных оснований и конструктивных элементов домов позволяет минимизировать влияние человеческого фактора [5, с. 60].

4) Энергоэффективные и экологичные материалы. Применение новых материалов, таких как геополимерный бетон и эковолокно, позволяет строить дома с высокими эксплуатационными характеристиками при минимальном воздействии на окружающую среду. В условиях гористой местности это также позволяет обеспечить теплоизоляцию зданий и снизить расходы на отопление.

5) Развитие инфраструктуры и транспортных решений В будущем ожидается развитие беспилотных транспортных средств для доставки материалов и оборудования в труднодоступные районы, что позволит значительно снизить логистические издержки. В сочетании с новыми строительными технологиями это откроет возможности для массового строительства жилья в гористых и удаленных районах.

Эти инновации позволяют не только решить текущие проблемы, но и значительно улучшить качество жизни людей, проживающих в горных и труднодоступных регионах, способствуя созданию доступного и безопасного жилья.

Выводы

Таким образом, строительство жилья на сваях в гористых местностях представляет собой перспективное направление для создания доступного жилья в сложных природных и геологических условиях. Внедрение инновационных технологий, таких как 3D-печать, использование высокопрочных материалов и экологические подходы, позволяет значительно улучшить качество строительства, повысить его устойчивость к природным катастрофам и минимизировать воздействие на окружающую среду. Внедрение новых методов проектирования и строительства, включая цифровизацию процессов и применение энергоэффективных решений, станет основой для устойчивого развития строительной отрасли в горных районах, обеспечивая доступность и комфортное проживание для людей в этих сложных регионах.

Литература:

1. Аубакирова И.У., Осокин А.И., Осокин Е.А. Определение качества устройства свайных фундаментов в сложных инженерно-геологических условиях // Молодой ученый. – 2019. – № 21(259). – С. 131-136.
2. Ершов А.В. Некоторые аспекты проектирования свайных фундаментов // Вестник гражданских инженеров. – 2013. – № 2(37). – С. 76-85.
3. Маштакова К.В., Мохонько Я.Ю., Яковлева К.С. Проектирование свайного фундамента в просадочных грунтах // Научный альманах. – 2015. – № 10-3(12). – С. 171-173.
4. Полищук А И., Сосковец А.В. Свайные фундаменты гражданских зданий и особенности их проектирования в слабых глинистых грунтах // Научное обеспечение агропромышленного комплекса: Сборник статей по материалам IX Всероссийской конференции молодых ученых. – 2016. – С. 863-864.
5. Фиговский О.Л., Штейнбок А.З., Кукина О.Б. Технология 3Д-печати в строительстве // Химия, физика и механика материалов. – 2021. – № 3(30). – С. 58-72.