Роль инженерных изысканий в обеспечении безопасности зданий, сооружений и территорий

Безопасность инженерных сооружений должна быть оценена по 3 основным видам: инженерной безопасности, взрывоопасности и пожароопасности

КОФФ Г.Л., КОТЛОВ В.Ф. (ОАО «РОССТРОЙИЗЫСКАНИЯ», НИИЦ «ГЕОРИСК»)

Доклад на всероссийском конгрессе «Роль инженерных изысканий в обеспечении безопасности зданий, сооружений и территорий»

Москва май 2006

В настоящее время безопасность объекта рассматривается с двух точек зрения. С одной точки зрения, объект оценивается в аспекте его возможной опасности для соседних объектов, с другой, безопасность - это состояние объекта защиты, при котором воздействие на него всех потоков вещества, энергии и информации не превышает максимально допустимых значений. В рамках задачи оценки безопасности наиболее продуктивный подход - только системный, т.е. необходимо построение системы взаимодействия объекта, безопасность которого определяется, и факторов, представляющих для него опасность.

Под опасностью в общем случае понимается негативное свойство живой и неживой материи, способное причинять ущерб самой материи: людям, природной среде, материальным ценностям. Таким образом, объектом анализа и оценки безопасности является система «человек - инженерное сооружение - окружающая среда», в которой в единый комплекс, предназначенный для выполнения определенных функций, объединены технические объекты, люди и окружающая среда, взаимодействующие друг с другом. Для успешного осуществления этого анализа необходимо множество разнообразных сведений, часть которых представляют материалы инженерных изысканий.

Применительно к более частной системе «инженерное сооружение - природная среда - техносфера» эмерджентность будет проявляться в нарушении устойчивого состояния объекта в результате негативного воздействия техногенных, природных и техногенно-природных факторов. Исходя из этого, безопасность инженерных сооружений должна быть оценена по 3 основным видам: инженерной безопасности, взрывоопасности и пожароопасности. В научно-методическом отношении первым шагом в анализе безопасности является выявление и характеристика источников опасности.

Поскольку наибольшая часть всех инженерных сооружений расположена на суше, в аспекте выбранной темы корректно использование понятия «опасность территории». Под этим будем понимать наличие на территории источников опасности, природной и техногенной, которые при определенных условиях могут причинять вред населению и объектам техносферы. Источник опасности - это ограниченный в некоторой области пространства процесс или деятельность, которые могут привести к негативным воздействиям на людей, техносферу и природную среду. Характеристика источников опасности, составленная по результатам инженерных изысканий позволяет их классифицировать по: природе происхождения, возможности реализации, распределения в пространстве, степени определенности местоположения, продолжительности и регулярности действия, механизму негативного влияния на инженерно-хозяйственные объекты и др.

К полученным в результате инженерных изысканий характеристикам природных опасностей следует отнести:

а) пространственное распределение (участки возможного возникновения или/и развития опасных природных явлений, площади зон действия поражающих факторов экстремальных или неблагоприятных природных явлений);

б) распределение по силе (встречаемость); в) временное распределение (частоты реализации опасных природных процессов и явлений заданной силы или с силой, не менее заданной величины; цикличность; прогнозируемые сроки возникновения).

Поскольку источники природной опасности на изучаемой территории располагаются в пределах литосферы, гидросферы или атмосферы, необходимо проведение как инженерно-геологических, так и инженерно-гидрометеорологических изысканий. По происхождению источники природной опасности можно разделить на: а) геолого-геоморфологические, б) климатические и связанные с ними гидрологические, в) биогеохимические, г) биологические, д) космические. Среди этих источников, которые могут быть объектами инженерных изысканий, выделяются следующие. К геолого-геоморфологическим источникам относятся: землетрясения, цунами, вулканы, обвалы, камнепады, оползни, сели, эрозия почв, речная и ветровая эрозия, подтопление, изменение уровня грунтовых вод, абразия берегов морей и водохранилищ, просадки при плывунах и развитии карстовых и суффозионных процессов, просадочность лессов и др. Климатические и гидрологические источники опасности - это ураганы, тайфуны, смерчи, шквалы, наводнения, грозы, выпадение града, штормы, экстремальные температуры воздуха, ливни, снегопады, метели, водо-снежные потоки, лавины, наледи, мерзлотные деформации грунта, термокарст, термоэрозия, ледовые явления на реках, пыльные бури, засоление почв, резкие скачки атмосферного давления, температуры и влажности и др. Биогеохимические опасные явления - это выбросы опасных газов на болотах, участках шельфа, скопления промышленных и бытовых отходов и т.п.

Место возникновения источников природной опасности может быть детерминированным либо случайным. Места возникновения и границы зон поражения практически детерминированы для таких опасных процессов, как наводнения, цунами, потоки вулканических лав, обвалы, оползни, осыпи, сели, лавины и т.п. Так, зоны возможных затоплении при наводнениях известны точно, а их размеры зависят только от силы наводнения. Такая детерминированность позволяет осуществлять на основе материалов инженерных изысканий типизацию геологической или географической среды и на основании этого прогнозировать возможность проявления источника опасности.

По продолжительности действия природных явлений различают: а) кратковременно действующие экстремальные, оказывающие преимущественно разрушительное действие на инженерные сооружения; б) продолжительно действующие неблагоприятные, оказывающие преимущественно парализующее или истощающее воздействие.

Регулярность источников опасности может быть охарактеризована по времени их действия и по силе. По регулярности действия во времени опасные природные явления можно разделить на: а) регулярно (периодически) действующие; б) нерегулярно действующие, т. е. возникающие внезапно в случайный момент времени.

По силе классификация проводится с помощью специальных шкал воздействия различных факторов с уровнями, превышающими допустимые для нормальных условий эксплуатации. Они ускоряют процесс деградации сооружений и приближают момент наступления его деформации и аварии. При значительных уровнях разрушение может произойти непосредственно в ходе воздействия. Такие воздействия являются нерегламентированными и могут быть кратковременными (поражающее действие определяют амплитудные значения параметров воздействия) и долговременными (поражающее действие определяется «дозовыми» эффектами, т. е. накоплением повреждений).

В связи с тем, что опасность может быть как природного, так и техногенного происхождения, степень опасности для отдельного объекта будет зависеть от разных факторов. Степень природной опасности зависит от повторяемости и силы опасных природных явлений, их пространственных характеристик (площадей развития или зон действия негативных факторов, пространственного распределения очагов возникновения экстремальных природных явлений). Степень техногенной опасности зависит от видов и числа потенциально опасных технических объектов, их потенциала опасности, повторяемости аварий и катастроф, природных условий, способствующих усилению или ослаблению их воздействия (например, преимущественного направления ветра) и др. Под действием техногенных факторов возникают инженерно-геологические процессы, приводящие к нарушению устойчивости и разрушению зданий. Иными словами инженерно-геологические процессы влияют на инженерную безопасность здания.

Степень опасности в сильной мере связана с т.н. географическим фактором, который определяется локальным характером проявления многих источников опасностей, возможностью их неопределенного местоположения в случае реализации, ослаблением уровней воздействующих факторов с удалением от очага возникновения опасности. Чем ближе объекты и люди располагаются по отношению к источнику опасности (предполагаемому или известному), тем больше угроза.

С точки зрения угрозы сооружениям и зданиям со стороны техногенных и природных опасностей при уровне их воздействия выше критических нагрузок, выделяются следующие последствия: деформация всей конструкции или ее элементов (в виде снижения их прочности, прогибов и трещин), обрушение отдельных частей здания, его частичное или полное обрушение, возгорание и пожар в отдельных частях или во всем здании, разрушение части или всего здания вследствие взрыва. Часть последствий в виде деформаций и обрушений имеет отношение к инженерной безопасности.

Исходными материалами для оценки инженерной безопасности здания являются: 1) проектно-эксплуатационная документация; 2) инженерно-геологические карты; 3) карты сейсмического микрорайонирования; 4) топографические карты местности в пределах площадки и в округе; 5) результаты опроса населения, персонала, эксплуатирующего интересующий объект; 6) оценка реальных и потенциальных природных и техногенных опасностей. Как видно, пп. 2-4 и 6 имеют непосредственное отношение к результатам инженерных изысканий.

Более конкретно исходные данные по зданию должны включать следующие сведения: название области, района, города, наименование и тип объекта, его координаты, адрес, наличие проектно-конструкторской документации, год начала строительства, год окончания строительства и год ввода в эксплуатацию, оценку степени повреждения и износа, размеры здания, этажность, наличие подвала, тип фундамента и материала, из которого он возведен, его глубину заложения, количество проживающих людей, сейсмичность района, наличие других опасностей, год строительства, сведения о возможных катастрофических воздействиях и др. При этом составляется ситуационная схема, на которой показываются ближайшие объекты, объекты инженерной защиты, особенности рельефа площадки строительства, подпорные стенки, водные объекты, овраги, направления возможных воздействий опасностей, места прохождения и подвода коммуникаций, их вид и глубина заложения.

Наиболее достоверно инженерная безопасность зданий и сооружений определяется на основе комплексного анализа сведений, полученных при проведении инженерных изысканий, испытаний несущих конструкций, моделировании возможного поведения данного объекта в условиях проявления установленных или прогнозируемых опасностей.

Литература

1. Акимов В.А., Новиков В.Д., Радаев Н.Н. Природные и техногенные чрезвычайные ситуации: опасности, угрозы, риски. М.: ЗАО ФИД «Деловой экспресс», 2001.344 с.

2. Безопасность жизнедеятельности. Учебник для вузов под общей редакцией СВ. Белова. 2-е изд., испр. и доп. М.: Выcшая школа, 1999.448 с.

3. Котлов В.Ф. Вопросы анализа и комплексной оценки безопасности жилой застройки // Прикладная геоэкология чрезвычайные ситуации, земельный кадастр и мониторинг. Сб. трудов. Вып. 6. М.: ТИССО-Полиграф, 2005. С. 56-66.

Журнал "СЕВЕР строительный" № 8 за 2006 год