<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<!DOCTYPE article PUBLIC "-//NLM//DTD JATS (Z39.96) Journal Archiving and Interchange DTD v1.4 20241031//EN" "https://jats.nlm.nih.gov/archiving/1.4/JATS-archive-oasis-article1-4-mathml3.dtd">
<article xmlns:ali="http://www.niso.org/schemas/ali/1.0/" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink" xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance" xsi:noNamespaceSchemaLocation="https://jats.nlm.nih.gov/archiving/1.4/xsd/JATS-archive-oasis-article1-4-mathml3.xsd" article-type="research-article" xml:lang="en"><front><journal-meta><journal-title-group><journal-title xml:lang="en">Nanotechnologies in Construction: A Scientific Internet-Journal</journal-title></journal-title-group><issn publication-format="electronic">2075-8545</issn><publisher><publisher-name xml:lang="en">ООО &quot;Центр новых технологий &quot;НаноСтроительство&quot;</publisher-name></publisher></journal-meta><article-meta><article-id pub-id-type="doi">10.15828/2075-8545-2026-18-1-103-122</article-id><article-id pub-id-type="edn">YMPBWM</article-id><article-categories><subj-group subj-group-type="toc-heading"><subject>CONSTRUCTION MATERIALS SCIENCE</subject></subj-group><subj-group subj-group-type="article-type"><subject>Research Article</subject></subj-group></article-categories><title-group><article-title xml:lang="en">Nanotechnology and parameters of permafrost soil thawing in the construction of building foundations and transportation structures</article-title></title-group><contrib-group><contrib contrib-type="author"><name><surname>Poponin</surname><given-names>Artyom R.</given-names></name><bio><p>Specialist in educational and methodological work at the Department of Bridges and Tunnels, Institute of Track, Construction and Structures</p></bio><email>artempoponin1@yandex.ru</email><xref ref-type="aff" rid="aff1"></xref></contrib><contrib contrib-type="author"><name><surname>Piskunov</surname><given-names>Alexander A.</given-names></name><bio><p>Dr. Sci. (Eng.), Professor, Head of the Department &quot;Bridges and Tunnels&quot; of the Institute of Track, Construction and Structures</p></bio><email>a.piskunov52@mail.ru</email><xref ref-type="aff" rid="aff1"></xref></contrib><contrib contrib-type="author"><name><surname>Panchenko</surname><given-names>Alexander I.</given-names></name><bio><p>Dr. Sci. (Eng.), Professor, Head of the Laboratory for Inspection, Testing and Monitoring of Bridges, Tunnels and Metro of the Scientific and Technical Center &quot;Bridges, Tunnels and Metro&quot; of the Institute of Track, Construction and Structures</p></bio><email>alex250354@gmail.com</email><xref ref-type="aff" rid="aff1"></xref></contrib><contrib contrib-type="author"><name><surname>Galaburda</surname><given-names>Lgor A.</given-names></name><bio><p>Assistant of the Department of Bridges and Tunnels at the Institute of Track, Construction and Structures</p></bio><email>igor.galaburda@yandex.ru</email><xref ref-type="aff" rid="aff1"></xref></contrib><contrib contrib-type="author"><name><surname>Kendyuk</surname><given-names>Andrey V.</given-names></name><bio><p>Director of the Scientific Research Center &quot;Heat- and Mass Transfer in Construction&quot;, Senior Lecturer of the Department &quot;Building Materials and Technologies&quot; of the Institute of Track, Construction and Structures</p></bio><email>patriot1812@yandex.ru</email><xref ref-type="aff" rid="aff1"></xref></contrib></contrib-group><aff id="aff1"><city>Moscow</city><country>Russian Federation</country><institution>Russian University of Transport</institution></aff><volume>18</volume><issue>1</issue><fpage>103</fpage><lpage>122</lpage><permissions><copyright-statement>© Artyom R. Poponin, Alexander A. Piskunov, Alexander I. Panchenko, Lgor A. Galaburda, Andrey V. Kendyuk</copyright-statement><copyright-holder>Artyom R. Poponin, Alexander A. Piskunov, Alexander I. Panchenko, Lgor A. Galaburda, Andrey V. Kendyuk</copyright-holder></permissions><abstract><p>Introduction. The construction of infrastructure facilities, industrial enterprises and residential complexes requires design solutions that ensure the operational reliability of foundations in conditions of degradation of permafrost groundwater. The geological conditions of permafrost soils affect the strength, stability and durability of structures. Construction without taking into account the characteristics of permafrost soils leads to precipitation; deformations of buildings and emergency situations associated with the degradation of the soil mass due to changes in climatic conditions. Existing technologies may not always meet the requirements for the reliability of construction facilities. In order to maintain the durability and stability of structures, it is necessary to take into account risk factors for the northern regions, where climatic conditions are very harsh and construction sites are subjected to significant loads. Rising average annual air temperatures are causing the active layer-the seasonally thawed portion of permafrost soils-to deepen across all affected regions. When designing modern structures, the depth of foundation must be increased, which in turn leads to an increase in construction costs in permafrost zones. Based on the results of the calculation, the required temperature of steam supply to the steam needle, the diameter of the needle, the thickness of its wall, the arrangement of needles, the area of thawing from both one and a complex of steam needles, as well as the time of back-freezing of the soil mass were determined to take into account the possibility of work on their fastening. Materials and methods. The article presents the nanotechnology of thawing permafrost soils with steam needles and the calculation justification necessary to take into account the possibility of work on thawing the soil mass and their further consolidation. The calculation justification is based on the example of the construction of a transport facility in Norilsk, Krasnoyarsk Territory, since this region belongs to the regions of the Far North. The calculation was performed in the specialized software package MIDAS GTS NX Thermal analysis. Discussion. The following was performed: verification of the calculation models; simulation of the existing range of steam needle wall thicknesses; simulation of the existing range of steam needle diameters; simulation of the existing temperature range of steam supply to the steam needle; modeling of two possible schemes for the placement of steam needles in a soil array; modeling to determine the distance between steam needles when they are installed in an array of soils; modeling to determine the time required for the thawing of the soil mass and their reverse cooling. The analysis of the results is performed for each of the stages of the calculation justification. The optimal design of the steam needle (diameter, wall thickness, steam supply temperature), the arrangement of the needles and the distance between the needles when they are installed in the soil array, the area and volume of the heated soil array, the time of thawing and reverse cooling of the soil array are determined. Conclusion. As part of the work performed, the design parameters of the steam needle are justified, including the optimal diameter, wall thickness and temperature of the supplied steam. The optimal location of steam needles and the necessary distances between them have been established, key indicators of the process of thawing permafrost soil have been determined: the timing, volume and area of thawing, as well as the time interval for the return of soils to their original frozen state. The results of the presented article form the basis for the design and construction of reliable foundations of buildings and transport facilities in regions with the spread of permafrost soils.</p></abstract><kwd-group><kwd>research results of scientists and specialists</kwd><kwd>nanotechnology in construction</kwd><kwd>nanotechnology</kwd><kwd>permafrost</kwd><kwd>foundation construction</kwd><kwd>HEAT engineering</kwd><kwd>thermal engineering calculations</kwd><kwd>foundation soils</kwd><kwd>steam heating</kwd><kwd>soil thawing</kwd></kwd-group></article-meta></front><back><ref-list><ref id="ref1"><label>1</label><mixed-citation xml:lang="ru">Игошина Е.Д. Возведение фундамента в условиях вечной мерзлоты. Молодой ученый. 2020;21(311):563-566. https://moluch.ru/archive/311/70351</mixed-citation></ref><ref id="ref2"><label>2</label><mixed-citation xml:lang="ru">Полухин Д.В. Строительство линейных сооружений в условиях вечной мерзлоты. Геология в развивающемся мире: Сборник научных трудов по материалам XVI Международной научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых Пермь, Пермь, 13-14 апреля 2023 года. 2023;363-368. - EDN: KBYTUV. https://www.elibrary.ru/item.asp?id=54686544</mixed-citation></ref><ref id="ref3"><label>3</label><mixed-citation xml:lang="ru">Розанцева Н.В., Евтюков Н.С. Способы увеличения надежности бессвайных фундаментов в северных районах России. Архитектура. Строительство. Транспорт. Экономика: Материалы LXXVII Международной научно-практической конференции, Санкт-Петербург, 22-23 ноября 2023 года. 2024;72-82. - EDN: OVLVAM. https://www.elibrary.ru/item.asp?id=72436036</mixed-citation></ref><ref id="ref4"><label>4</label><mixed-citation xml:lang="ru">Гулый С.А. Проектные решения фундаментов в условиях островного распространения многолетнемерзлых грунтов Магадана. Промышленное и гражданское строительство. 2021;8:33-40. https://doi.org/10.33622/0869-7019.2021.08.33-40 - EDN: SDQEWW.</mixed-citation></ref><ref id="ref5"><label>5</label><mixed-citation xml:lang="ru">Agaiby S.W., Salem A.M., Ahmed S.M. The first William Selim Hanna honor lecture from failure to success: lessons from geotechnical failures. Innovative Infrastructure Solutions. 2017;2(1):35. https://doi.org/10.1007/s41062-017-0091-6</mixed-citation></ref><ref id="ref6"><label>6</label><mixed-citation xml:lang="ru">Пахомов П.С. Исторический опыт геологического исследования и строительства фундаментов на примере города Норильск. Архитектура и дизайн. 2021;2:12-19. https://doi.org/10.7256/2585-7789.202L2.38153 -EDN: SZSHWU.</mixed-citation></ref><ref id="ref7"><label>7</label><mixed-citation xml:lang="ru">Рязанов А.В. Оптимизация технических решений по фундаментам на многолетнемерзлых грунтах в процессе строительства объекта. Современные технологии проектирования и строительства фундаментов на многолетнемерзлых грунтах: Сборник докладов международной научно-технической конференции, Москва, 14-15ноября 2018года. 2018;19. - EDN: YSKKTB. https://www.elibrary.ru/item.asp?id=36695201</mixed-citation></ref><ref id="ref8"><label>8</label><mixed-citation xml:lang="ru">Жданова С.М., Пиотрович А.А. Основы проектирования конструктивно-технологических решений для строительства, реконструкции и усиления линейных объектов в суровых условиях. 2017;122. - EDN: WUYTRS. https://www.elibrary.ru/item.asp?id=39410934</mixed-citation></ref><ref id="ref9"><label>9</label><mixed-citation xml:lang="ru">Патент № 2692394 C1 Российская Федерация, МПК E02D 27/35. Способ возведения сваи в вечномерзлом грунте. № 2018146724: заявл. 25.12.2018: опубл. 24.06.2019 / О.М. Преснов, А.Н. Левченко; заявитель Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Сибирский федеральный университет». - EDN: RRQTCY. https://www.elibrary.ru/item.asp?id=47960649</mixed-citation></ref><ref id="ref10"><label>10</label><mixed-citation xml:lang="ru">Патент № 2813086 C1 Российская Федерация, МПК E02D 27/35. Способ возведения свайных и столбчатых фундаментов в зоне вечной мерзлоты. № 2023106587: заявл. 21.03.2023: опубл. 06.02.2024 / Е.В. Мазур, А.И. Панченко, Е.А. Пестрякова [и др.]. - EDN: AEJWPM. https://www.elibrary.ru/item.asp?id=60788035</mixed-citation></ref><ref id="ref11"><label>11</label><mixed-citation xml:lang="ru">Патент на полезную модель № 221665 U1 Российская Федерация, МПК E02F 5/30, F22B 1/08. Устройство растепления грунта. № 2023118237: заявл. 10.07.2023: опубл. 16.11.2023 / С.Н. Сюлемез, Р.Н. Донев, Л.П. Решке, М.А. Маслов; заявитель Общество с ограниченной ответственностью «Газпром добыча Уренгой». - EDN: APLJWR. https://www.elibrary.ru/item.asp?id=56010536</mixed-citation></ref><ref id="ref12"><label>12</label><mixed-citation xml:lang="ru">Патент № 2236507 C1 Российская Федерация, МПК E02D 27/35. Способ локального оттаивания вечномерзлых грунтов. № 2003105256/03: заявл. 25.02.2003: опубл. 20.09.2004 / В.В. Пассек, В.В. Пассек, Н.А. Цуканов [и др.]; заявитель Открытое акционерное общество «Научно-исследовательский институт транспортного строительства». - EDN: XTQLTC. https://www.elibrary.ru/item.asp?id=37930397</mixed-citation></ref><ref id="ref13"><label>13</label><mixed-citation xml:lang="ru">Хрусталев Л.Н., Емельянова Л.В. Прогноз теплового и механического взаимодействия инженерных сооружений с многолетнемерзлыми грунтами в примерах и задачах. 2018;146. - EDN: KJVXUR. https://www.elibrary.ru/item.asp?id=37059413</mixed-citation></ref><ref id="ref14"><label>14</label><mixed-citation xml:lang="ru">Барышников А.А. Специфика возведения зданий и сооружений в районах Крайнего Севера и приравненных к ним территориях. Традиции и инновации в строительстве и архитектуре. Строительство. 2016;281-283. - EDN: VTVRQF. https://www.elibrary.ru/item.asp?id=25857245</mixed-citation></ref><ref id="ref15"><label>15</label><mixed-citation xml:lang="ru">Галкин М.Л., Рукавишников А.М., Генель Л.С. Термостабилизация вечномерзлых грунтов. Холодильная техника. 2013;10:44-49. - EDN: SMJRLH. https://www.splast.ru/about/publications/detail.php?ELEMENT_ID=661&amp;ysclid=mklbujc3l6735760603</mixed-citation></ref><ref id="ref16"><label>16</label><mixed-citation xml:lang="ru">Патент № 2441116 C1 Российская Федерация, МПК E02D 5/56, E02D 7/22. Свая и способ ее установки в вечномерзлый грунт. № 2010128131/03: заявл. 08.07.2010: опубл. 27.01.2012 / А.П. Попов; заявитель Открытое Акционерное Общество «ВНИПИгаздобыча». - EDN: DPEMHW. https://www.elibrary.ru/item.asp?id=37485505</mixed-citation></ref><ref id="ref17"><label>17</label><mixed-citation xml:lang="ru">Гончаров Ю.М. Разработка и совершенствование эффективных методов фундаментостроения на многолетне мерзлых грунтах: специальность 04.00.07: автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук. 1989;42. - EDN: ZJSDXB. https://nlrs.ru/open/6478</mixed-citation></ref><ref id="ref18"><label>18</label><mixed-citation xml:lang="ru">Федотов А.А., Канибер В.В., Храпов П.В. Анализ и прогнозирование изменений температурного режима грунта в районе города Норильска.International Journal of Open Information Technologies. 2020;10:51-65. - EDN: OIJJGH. https://www.elibrary.ru/item.asp?id=44106800</mixed-citation></ref><ref id="ref19"><label>19</label><mixed-citation xml:lang="ru">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. 2014;2(85):80-85. https://joumals.istu.edu/vestnik_irgtu/journals/2014/02/articles/12</mixed-citation></ref><ref id="ref20"><label>20</label><mixed-citation xml:lang="ru">Кажукало Г.А., Еременко Е.А., Романенко Ф.А. Антропогенная трансформация рельефа норильского промышленного района. lomonosovgeography journal. 2023;4:107-124. https://doi.org/10.55959/10.55959/msu0579-9414.5.78.4.10 - EDN: QQTJZX.</mixed-citation></ref><ref id="ref21"><label>21</label><mixed-citation xml:lang="ru">Антонов М.А., Каун О.Ю., Цыгулев Н.И. Теплотехнический расчет системы защищенного грунта. Молодой исследователь Дона. 2021;4:59-62. https://www.elibrary.ru/item.asp?id=46450461</mixed-citation></ref><ref id="ref22"><label>22</label><mixed-citation xml:lang="ru">Назиров Р.А., Жжоных А.М., Веде П.Ю., Андюсева А.Г. Теплотехнический расчет свайного фундамента на вечномерзлых грунтах. Journal of Siberian Federal University. Engineering &amp; Technologies. 2023;5 (16):535-541. - EDN: ERBIIQ. https://www.elibrary.ru/item.asp?id=54307485</mixed-citation></ref><ref id="ref23"><label>23</label><mixed-citation xml:lang="ru">Гончаров Ю.М. Исследование строительных конструкций зданий и сооружений. 2004. - EDN: QNKMAD. https://search.rsl.ru/ru/record/01002449198?ysclid=mklc0cwv6k46323982</mixed-citation></ref><ref id="ref24"><label>24</label><mixed-citation xml:lang="ru">Авторское свидетельство № 1619765 A1 СССР, МПК E02B 3/12. Способ укрепления грунта. № 4712160/15: заявл. 29.06.1989: опубл. 27.11.1995 / Ю.О. Таргулян, Д.И. Федорович, Б.С. Остюков [и др.]. - EDN: SADEQU. https://patenton.ru/patent/SU1619765A1?ysclid=mklc1g1gw9160110378</mixed-citation></ref></ref-list></back></article>