Качественный анализ составляющих геотехнического риска при строительстве подземных и заглубленных сооружений

КАЧЕСТВЕННЫЙ АНАЛИЗ СОСТАВЛЯЮЩИХ ГЕОТЕХНИЧЕСКОГО РИСКА ПРИ СТРОИТЕЛЬСТВЕ ПОДЗЕМНЫХ И ЗАГЛУБЛЕННЫХ СООРУЖЕНИЙ

QUALITATIVE ANALYSIS OF COMPONENTS THE GEOTHECHNICAL RISK IN UNDERGROUND CONSTRUCTION

Е.А.Серова, Д.Ю. Чунюк

МГСУ

В настоящей статье рассматриваются вопросы качественного анализа геотехнического риска. А так же, приводится перечень задач, выполняемых в рамках предлагаемой методики количественного анализа риска.

The article covers issues of qualitative analysis geotechnical risk. The list also reveals the actions needed to take in order to perform this analysis.

Терминология риска в строительстве достаточно разнообразна и зависит от конкретного вида рисков. Само понятие риск, применительно к строительной отрасли можно определить, как возможность нанесения какого-либо вреда здоровью или имуществу человека, в частности существующим зданиям, при проведении строительных работ по возведению нового сооружения или в результате последствия проведения данных работ.

При строительстве подземных и заглубленных сооружений появляется специфический вид рисков - геотехнический. Авторами, на данном этапе, предлагается выделить следующие основные составляющие геотехнического риска:

• конструктивная;

• геологическая и гидрогеологическая;

• технологическая;

• экологическая;

• попадание окружающей застройки в зону влияния строящегося сооружения, стесненность площадки строительства.

Исходя из вышеперечисленных параметров, можно сформулировать следующее определение:

Геотехнический риск- это риск нанесения вреда здоровью человеку или имуществу (в связи с возникновением/возможностью возникновения аварийной ситуации, изменением исходных параметров окружающей среды), в частности существующим зданиям, а так же сложившимся геологической, гидрогеологической и экологической ситуациям участка строительства, при проведении работ по возведению подземных и заглубленных сооружений или в результате последствия проведения данных работ.

В подходе к анализу рисков есть два направления- качественный и количественный анализ. В данной работе рассматривается качественный анализ составляющих геотехнического риска.

Для дальнейшего анализа геотехнического риска необходимо проанализировать все выбранные факторы на предмет их классификации:

• конструктивная составляющая определяется в зависимости от класса ответственности здания или сооружения (в соответствии со СНиП 2.01.07-85 "Нагрузки и воздействия") и подразделяется на три класса:

Класс III: здания и сооружения объектов, имеющих ограниченное народнохозяйственное и (или) социальное значение: склады без процессов сортировки и упаковки для хранения сельскохозяйственных продуктов, удобрений, химикатов, угля, торфа и др., теплицы, парники, одноэтажные жилые дома, опоры проводной связи, опоры освещения населенных пунктов, ограды, временные здания и сооружения и т.п.

Класс II: здания и сооружения объектов, имеющих важное народнохозяйственное и

Класс I: основные здания и сооружения объектов, имеющих особо важное народнохозяйственное и (или) социальное значение: главные корпуса ТЭС, АЭС, центральные узлы доменных печей, дымовые трубы высотой более 200 м, телевизионные башни, сооружения магистральной первичной сети ЕАСС, резервуары для нефти и нефтепродуктов вместимостью свыше 10 тыс.м3, крытые спортивные сооружения с трибунами, здания театров, кинотеатров, цирков, крытых рынков, учебных заведений, детских дошкольных учреждений, больниц, родильных домов, музеев, государственных архивов и т.п.

В трудах Шашкина и Улицкого предлагается так же ввести дополнения к перечню СНиП 2.01.07-85:

Для Класса III: Заглубленные инженерные коммуникации и подземные сооружения, имеющие ограниченное значение.

Для Класса II: Заглубленные или подземные инженерные коммуникации и подземные сооружения, имеющие важное значение.

Для Класса I: Заглубленные или подземные транспортные и пешеходные коммуникации; инженерные коммуникации и подземные сооружения, имеющие особо важное значение.

Категорию технического состояния реконструируемого здания или сооружения рекомендуется определять по ВСН 490-87, в которых содержится наиболее полная классификация дефектов конструкций (согласно данной классификации существует три категории состояния знаний и сооружений). Этой же таблицей следует руководствоваться при определении категории технического состояния застройки, окружающей объект реконструкции или нового строительства.

• геологическая и гидрогеологическая составляющая определяется в соответствии с категорией сложности инженерно-геологических условий по СП 11-105-97. В данной классификации выделяют три категории сложности.

I (простая):

Геоморфологические условия - площадка (участок) в пределах одного геоморфологического элемента. Поверхность горизонтальная, нерасчлененная

Геологические факторы в сфере взаимодействия зданий и сооружений с геологической средой - не более двух различных по литологии слоев, залегающих горизонтально или слабо наклонно (уклон не более 0,1). Мощность выдержана по простиранию. Незначительная степень неоднородности слоев по показателям свойств грунтов, закономерно изменяющихся в плане и по глубине. Скальные грунты залегают с поверхности или перекрыты маломощным слоем нескальных грунтов.

Гидрогеологические факторы в сфере взаимодействия зданий и сооружений с геологической средой - Подземные воды отсутствуют или имеется один выдержанный горизонт подземных вод с однородным химическим составом.

Геологические и инженерно-геологические процессы, отрицательно влияющие на условия строительства и эксплуатации зданий и сооружений - отсутствуют.

Специфические грунты в сфере взаимодействия зданий и сооружений с геологической средой - отсутствуют.

Техногенные воздействия и изменения освоенных территорий -незначительные и могут не учитываться при инженерно-геологических изысканиях и проектировании.

II (средней сложности):

Геоморфологические условия - Площадка (участок) в пределах нескольких геоморфологических элементов одного генезиса. Поверхность наклонная, слабо расчлененная

Геологические факторы в сфере взаимодействия зданий и сооружений с геологической средой - Не более четырех различных по литологии слоев, залегающих наклонно или с выклиниванием. Мощность изменяется закономерно. Существенное изменение характеристик свойств грунтов в плане или по глубине. Скальные грунты имеют неровную кровлю и перекрыты нескальными грунтами.

Гидрогеологические факторы в сфере взаимодействия зданий и сооружений с геологической средой - Два и более выдержанных горизонтов подземных вод, местами с неоднородным химическим составом или обладающих напором и содержащих загрязнение.

Геологические и инженерно-геологические процессы, отрицательно влияющие на условия строительства и эксплуатации зданий и сооружений - Имеют ограниченное распространение и (или) не оказывают существенного влияния на выбор проектных решений, строительство и эксплуатацию объектов.

Специфические грунты в сфере взаимодействия зданий и сооружений с геологической средой - Имеют ограниченное распространение и (или) не оказывают существенного влияния на выбор проектных решений, строительство и эксплуатацию объектов.

Техногенные воздействия и изменения освоенных территорий - Не оказывают существенного влияния на выбор проектных решений и проведение инженерно-геологических изысканий.

III (сложная):

Геоморфологические условия - Площадка (участок) в пределах нескольких геоморфологических элементов разнога генезиса. Поверхность сильно расчлененная.

Геологические факторы в сфере взаимодействия зданий и сооружений с геологической средой - Более четырех различных по литологии слоев. Мощность резко изменяется. Линзовидное залегание слоев. Значительная степень неоднородности по показателям свойств грунтов, изменяющихся в плане или по глубине. Скальные грунты имеют сильно расчлененную кровлю и перекрыты нескальными грунтами. Имеются разломы разного порядка.

Гидрогеологические факторы в сфере взаимодействия зданий и сооружений с геологической средой - Горизонты подземных вод не выдержаны по простиранию и мощности, с неоднородным химическим составом или разнообразным загрязнением. Местами сложное чередование водоносных и водоупорных пород. Напоры подземных вод и их гидравлическая связь изменяются по простиранию.

Геологические и инженерно-геологические процессы, отрицательно влияющие на условия строительства и эксплуатации зданий и сооружений - Имеют широкое распространение и (или) оказывают решающее влияние на выбор проектных решений, строительство и эксплуатацию объектов.

Специфические грунты в сфере взаимодействия зданий и сооружений с геологической средой - Имеют широкое распространение и (или) оказывают решающее влияние на выбор проектных решений, строительство и эксплуатацию объектов.

Техногенные воздействия и изменения освоенных территорий - Оказывают существенное влияние на выбор проектных решений и осложняют производство инженерно-геологических изысканий в части увеличения их состава и объемов работ.

• технологическая составляющая подразумевает уровень сложности применяемой технологии, авторы предлагают условное деление применяемых технологий в геотехническом строительстве на три категории

Простая- подразумевается применение технологий, которые являются часто используемыми и не требуют дополнительных требований при производстве работ, к ним относятся например- шпунтовое ограждение котлована из металлических труб с деревянной забиркой.

Средней сложности- подразумевается применение часто используемых технологий, но требующих высокой квалификации исполнения, например технологии с применением монолитного железобетона.

Сложная- подразумевается применение редко используемых технологий, которые требуют высокой квалификации исполнения и выполнения специфических требований, например технология jet-grouting, метод цементации оснований и фундаментов, методы химического, электрохимического и термического закрепления грунтов.

• экологическая составляющая показывает уровень влияния планируемых строительных работ по возведению сооружения на окружающую среду. Невозможно себе представить вторжение технического процесса по возведению нового сооружения без изменения исходных параметров экологической среды. Данные изменения будут настолько многогранны, что требуют отдельного тщательного изучения и называются анализом экологического риска проекта. В настоящем исследовании, применительно к геотехническому риску экологическая составляющая не рассматривается.

• попадание окружающей застройки в зону влияния строящегося сооружения, стесненность площадки строительства. Попадание окружающей застройки в зону влияния характеризуется наличием в зоне влияния планируемого сооружения существующей застройки и характеризуется тремя категориями, которые устанавливаются авторами на основе анализа расчетов влияния более 60 объектов в г. Москве и в соответствии с МГСН [2]:

1 (безопасная) - окружающая застройка находится на расстоянии > 5h от строящегося сооружения.

2 (средней опасности) - окружающая застройка находится на расстоянии 0,5 h 5 h от строящегося сооружения.

3 (опасная) - окружающей застройки находится на расстоянии < 0,5h от строящегося сооружения.

В данном исследовании рассмотрены факторы геотехнического риска и произведен качественный анализ каждого из них. В результате качественной оценки был уточнен перечень факторов геотехнического риска, а так же были определены условия ранжирования, с учетом нормативной и справочной литературы.

Итак, определив все выбранные факторы геотехнического риска, можно определить взаимосвязь между ними по предлагаемой схеме взаимовлияния составляющих геотехнического риска, показанную на рис. 1.

Из предложенной на рис. 1 схемы видно, что наиболее зависимый блок состоит из конструктивной, геологической, гидрогеологической, составляющих и наличия окружающей застройки. В то время как технологическая составляющая является обособлен-

ным фактором, который способен изменяться, уточняться и корректироваться в зависимости от исходных параметров ситуации строительства. Следовательно, технологическая составляющая является наиболее гибкой с точки зрения управления геотехническим риском. Поэтому авторы предлагают выбрать именно технологическую составляющую в роли доминантного признака при минимизации геотехнического риска.

В соответствии с вышеизложенными данными был проведен анализ влияния на технологическую составляющую остальных факторов геотехнического риска, в процессе которого были изучены технологии, применяемые при строительстве подземных и заглубленных сооружений. В результате проведенного анализа была получена таблица влияния составляющих геотехнического риска на технологии производства работ, применяемые при строительстве подземных и заглубленных сооружений.

Таблица 1

Анализ влияния составляющих геотехнического риска на технологии производства работ, применяемые при строительстве подземных и заглубленных сооружений

№ поз. Технология производства работ Геотехнический риск

Конструктивная составляющая Геологическая и гидрогеологическая составляющие Технологическая составляющая Попадание окруж. застройки в зону влияния сооружения

1 Технологии для крепления стен котлованов

1.1 Буровые сваи не влияет I, I, III (ограничение применения -высокий уровень грунтовых вод) средняя 1*

1.2 Буросеку-щиеся сваи не влияет I, I, III (ограничение применения -высокий уровень грунтовых вод (возможны дополнительные мероприятия, например - применение специального бетона)) средняя 1*

1.3 Монолитная стена в грунте не влияет I, I, III (часто используется при высоком уровне грунтовых вод, используя дополнительные мероприятия, например - применение специального бетона, защитных экранов) средняя 1*

1.4 Металлический шпунт с деревянной забир-кой ограничение применения-глубина котлована (до 10-15 м), для 1 и 2 классов ответственности необходимо провести расчеты совместной работы сооружений и основания I, I, III (ограничение применения -высокий уровень грунтовых вод) простая 1*

1.5 Шпунт «Ларсена» ограничение применения-глубина котлована (до 10-15 м), для 1 и 2 классов ответственности необходимо провести расчеты совместной работы сооружений и основания I, I, III (технология усложняется при наличии глинистых грунтов, часто используется при высоком уровне грунтовых вод) средняя 1*

1.6 Струйная цементация (]е1-сваи) не влияет слабое грунтовое основание (например обводненные песчаные грунты) сложная 1*

2 Технологический способ возведения подземных сооружений

2.1 Открытый способ строительства не влияет не влияет простая 1*

2.2 Закрытый способ строительства up-down не влияет, чаще применяется для объектов 1 класса ответственности не влияет сложная 2*, 3*

2.3 Полузакрытый способ строительства top & down не влияет, чаще применяется для объектов 1 класса ответственности не влияет сложная 2*, 3*

2.4 Крепление вертикальных ограждающих конструкций при разработке котлована

Анкера не влияет применяется при достаточных проч- слож- 2*, 3*,

2.4. ностных характеристик грунта, опре- ная реже при

1 деляется расчетом 1*

Анкера-РИТ не влияет применяется при достаточных проч- слож- ** 2*, 3*,

2.4. ностных характеристик грунта, опре- ная реже при

2 деляется расчетом 1*

Распорки не влияет, не влияет простая не влияет

2.4. 3 горизон-таль-ные используется при небольших пролетах здания

Распорки не влияет не влияет простая не влияет

2.4. 4 наклонные

3 Усиление оснований и фундаментов существующих зданий

3.1 Метод цементации оснований и фундаментов не влияет слабое грунтовое основание, трещиноватые скальные породы, низкая несущая способность фундамента существующего сооружения сложная 2*

3.2 Метод химического закрепления грунтов не влияет слабое грунтовое основание, низкая несущая способность фундамента существующего сооружения сложная 2*

3.3 Метод электрохимического закрепления грунтов не влияет слабое грунтовое основание, низкая несущая способность фундамента существующего сооружения сложная 2*

3.4 Метод термического закрепления грунтов не влияет слабое грунтовое основание- глинистые, пылеватые и илистые грунты (коэф. фильтрации от 10-2 до 10-8 м/сут.), залегающие ниже уровня грунтовых вод сложная 2*

3.5 Микродур не влияет слабое грунтовое основание (например обводненные песчаные грунты), низкая несущая способность фундамента существующего сооружения сложная 2*

3.6 Технология jet-grouting не влияет слабое грунтовое основание, трещиноватые скальные породы, низкая несущая способность фундамента существующего сооружения сложная 2*

Примечание:

I, I, III - категории сложности инженерно-геологических условий по СП 11-105-97 1 - окружающая застройка находится на расстоянии > 5h от строящегося сооружения.

2* - окружающая застройка находится на расстоянии 0,5 h от строящегося сооружения. 3 - окружающей застройки находится на расстоянии < 0,5h от строящегося сооружения.

Изложенная выше таблица позволяет учитывать геотехнический риск и его составляющие при выборе конкурентоспособных вариантов технологических решений проекта, а так же при обосновании выбранного варианта применяемой технологии. Что позволит участникам планирования и реализации строительного проекта влиять на уровень геотехнического риска.

Литература:

1. СП 50-101-2004 "Проектирование и устройство оснований и фундаментов зданий и сооружений"// С.-Пб., 2004.

2. МГСН 2.07-01 (ТСН 50-304-2001) Основания, фундаменты и подземные сооружения. // М., 2003.

3. Пособие к МГСН 2.07-01 Обследование и мониторинг при строительстве и реконструкции зданий и подземных сооружений. // М., 2004.

4. ТСН 50-302-2004 «Проектирование фундаментов зданий и сооружений в Санкт-Петербурге» // С.-Пб., 2004.

5. Организационно-технологический регламент строительства (реконструкции) объектов в стесненных условиях существующей городской застройки. (предназначен для территории г.Москвы). // М., 2002.

6. Ухов С.Б., Семенов В.В., Знаменский В.В. и др. «Механика грунтов, основания и фундаменты», // М., 2007.

7. Улицкий В.М., Шашкин А.Г. «Геотехническое сопровождение реконструкции городов» (обследование, расчеты, ведение работ, мониторинг). // Москва. Изд-во АСВ, 1999 г.

8. Чунюк Д.Ю. "Обеспечение безопасности и снижение рисков в геотехническом строительстве" // Вестник МГСУ >2 2008г. М., МГСУ.

9. Мельчаков А.П. «Расчет и оценка риска аварии и безопасного ресурса строительных объектов» // Челябинск, Издательство ЮУрГУ, 2006 г.

Literature:

1. SP 50-101-2004 «Design and construction of bases and foundations of buildings»// Saint-Petersburg, 2004.

2. MGSN 2.07-01 (TSN 50-304-2001) Foundations, basements and underground constructions. // M., 2003.

3. Manual to MGSN 2.07-01 Inspection and monitoring during construction and renovation of buildings and underground structures. // M., 2004.

4. TSN 50-302-2004 "Design of foundations of buildings and structures in St. Petersburg // Saint-Petersburg, 2004.

5. Organizational and technological rules of construction (reconstruction) of objects in the cramped conditions of the existing urban areas. (Intended for the territory of Moscow). // M., 2002.

6. Ukhov S.B., Semenov V.V., Znamenskiy V.V. etc. «Soil mechanics, Foundations», // M., 2007.

7. Ulitskiy V.M., Shashkin A.G. «Geotechnical support for urban renewal» (inspection, calculations, maintenance, monitoring). / / Moscow. Izdatel'stvo ASV, 1999.

8. Chunyuk D. Yu. «Ensuring the safety and risk reducing in geotechnical construction» Vest-nik MSSU № 2, 2008. M., MSSU.

9. Melchakov AP «Calculation and evaluation of accident risk and secure resource construction projects» // Chelyabinsk, South Urals State University Publishing, 2006

Ключевые слова: Геотехнический риск, анализ риска, качественный анализ риска, составляющие геотехнического риска.

Key words: Geotechnical risk, risk analysis, qualitative risk analysis, components the geotechnical risk.