Здания и сооружения, как и люди, тоже "болеют" и "стареют". Причем в условиях Севера разрушение строительных конструкций протекает более интенсивно, чем в других регионах.
В настоящее время реально существующая проблема глобального потепления климата и, как следствие, возможная деградация вечной мерзлоты, особенно опасная на территориях населенных пунктов с развитой сетью инженерных коммуникаций, остро ставят вопрос о разработке методов и специальной техники для создания устойчивых к воднотепловым и физико-химическим нагрузкам грунтовых структур как на стадии строительства, так и при выполнении аварийно-восстановительных мероприятий.
Картину, которую мы получим при потеплении климата, можно наблюдать частично уже сейчас: отдельные здания и сооружения с обводненными и растепленными грунтами оснований в результате аварийных сбросов воды из инженерных коммуникаций. Процесс потепления климата будет сопровождаться повышением среднегодовых температур воздуха и, как следствие этого, температур горных пород в так называемой активной зоне, или зоне фундирования (область напряженно-деформированного состояния, возникающая вокруг нагруженного фундамента). С повышением температуры несущая способность грунтов оснований начнет постепенно снижаться, что активизирует термореологические процессы, приводящие к необратимым и, как правило, неравномерным осадкам фундаментов. По-видимому, увеличится мощность сезонноталого слоя, что отрицательно скажется на устойчивости подземных коммуникаций. Геохимические процессы в оттаивающих грунтах получат дальнейшее развитие, резко возрастет коррозионная активность грунтов. Наибольшую опасность представит наложение на температурный фон увеличивающейся со временем геохимической составляющей из-за роста общей загрязненности территорий северных городов и промышленных комплексов.
Безусловно, процесс деградации мерзлоты будет происходить долгие десятилетия, что даст возможность принимать соответствующие меры, пересмотрев технические приемы фундаментостроения и инженерной подготовки территорий для строительства на вечномерзлых грунтах. Техническая мелиорация грунтов, как способ направленного изменения их строительных свойств, должна превратиться в самостоятельное направление строительного производства, обеспечивающее функциональную надежность зданий и сооружений в условиях северной строительно-климатической зоны.
Избежать катастрофического нарушения городской инфраструктуры можно. Однако необходимо уже сейчас, на начальном этапе деградационного процесса, серьезно заняться данной проблемой как в научно-методологическом, так и технологическом плане. Решать вопрос надежности и безопасности городских и промышленных инфраструктур необходимо, рассматривая обеспечение нормальной жизнедеятельности как общенациональную программу. В первую очередь, необходимо использовать результаты исследований, полученных на геотехническом полигоне.
Для устранения причин потери несущей способности оснований, приводящей в аварийное состояние фундаменты зданий и сооружений различного назначения, необходимо, решить следующие задачи:
разработать и внедрить технологию глубинного осушения, структурирования и химического закрепления оттаявших и пластично мерзлых грунтов с целью получения устойчивых к водно-тепловым и химическим воздействиям грунтовых структур, обладающих высокой несущей способностью и долговечностью;
разработать технорабочий проект осушения территории, максимально используя морфологические и гидрографические особенности района, в том числе древние погребенные речные протоки и старицы, которые можно использовать для разгрузки поверхностных дождевых и талых вод;
реконструировать существующие внутриквартальные инженерные сети и повысить надежность строящихся, с целью исключения аварийных утечек воды, доля которой в годовом балансе грунтового и поверхностного стока сопоставима с объемом талых и дождевых вод;
внедрить в строительную практику применение специальных герметиков (типа акватрона) для защиты верхней части свай, оголовников, рандбалок, плит цокольного перекрытия, кирпичной кладки стен и т.д. от коррозии, что особенно важно для зданий старой постройки с низко расположенными ростверками, контактирующими с грунтом;
проекты для новостроек должны содержать раздел по инженерной защите объектов от подтопления и опасных криогенных процессов, обусловленных влиянием водно-тепловых факторов и необратимыми нарушениями геохимического фона на застроенных территориях. Эти мероприятия необходимы на подготовительном этапе строительства, т.е. при производстве работ по инженерной подготовке стройплощадок;
разработать и внедрить в проектную практику методы численного моделирования термомеханического поведения нагруженных оснований, с учетом совместной работы основания, фундаментов и надфундаментных конструкций при динамично меняющихся мерзлотно-грунтовых условиях в течение расчетного срока эксплуатации объектов, что позволит принимать обоснованные проектные решения по управлению физико-механическими параметрами грунтовых оснований, гарантирующие их длительную эксплуатационную надежность.
Одной из причин массовой аварийности зданий, помимо низкого качества строительства и несоблюдения норм эксплуатации, является нарушение условий теплообмена на границе "здание - основание", сопровождающееся, как правило, глубоким засолением многолетнемерзлых грунтов, а зачастую и подтоплением оснований, инициирующих потерю ими несущей способности. Решить проблему аварийности зданий и сооружений - значит научиться управлять процессами, ведущими к ее возникновению.
1. Геологические и инженерно-геологические процессы и явления - эндогенные и экзогенные геологические процессы, возникающие под воздействием разных природных факторов (и их сочетаний) как вне влияния деятельности человека (геологические), так и под ее влиянием (инженерно-геологические). Характеризуются взаимообусловленностью, нестационарностью и унаследованностью развития, а также детерминированностью. Явления - результат деятельности одного или группы процессов.
2. Геологическая среда - многокомпонентная дискретная динамическая природная система, разнообразно и энергично взаимодействующая с сооружениями. Состоит из системы геологических тел разных уровней, различного состава, тектонической нарушенности, выветрелости, обводненности и т.п., которые разделяются на формации, субформации, стратиграфолитологические комплексы, петрографические типы (пачки, толщи) и монопородные элементы.
3. Опасные геологические процессы - геологические и инженерно-геологические процессы и гидрометеорологические явления, которые оказывают отрицательное воздействие на территории, народнохозяйственные объекты и жизнедеятельность людей (оползни, обвалы, карст, снежные лавины и др.). Наиболее распространенные сочетания процессов, требующие комплексных решений:
склоновые - вместе с процессами на берегах морей и водохранилищ, абразионными и эрозионными - на реках;
эрозионно-селевые в долинах горных и предгорных областей - совместно с оползневыми;
карстовые и суффозионные;
просадочные в лессах и пепловых образованиях;
снежные и снежно-каменные лавины.
4. Инженерная защита территорий, зданий и сооружений - комплекс инженерных сооружений и мероприятий, направленный на предотвращение отрицательного воздействия опасных геологических, экологических и др. процессов на территорию, здания и сооружения, а также защиту от их последствий.
5. Оползни - движение масс пород на склоне под воздействием собственного веса грунта и нагрузки (сейсмической, фильтрационной, вибрационной), происходящее в результате сдвига грунта.
6. Обвалы - обрушение (падение) масс горных пород (в виде крупных глыб и обломков) в результате отрыва от коренного массива.
7. Лавины снежные - сосредоточенное движение снежных масс, падающих или соскальзывающих с горных склонов, в виде сплошного тела (мокрые лавины) или распыленного снега (сухие лавины).
8. Карст - совокупность явлений, связанных с деятельностью вод (поверхностных и подземных) и выраженных в растворении горных пород и образовании в них пустот разного размера и формы, а также в создании особого характера циркуляции и режима подземных вод и характерного рельефа местности и режима гидрографической сети.
9. Подтопление территорий - комплексный процесс, проявляющийся под действием техногенных и, частично, естественных факторов, при котором в результате нарушения водного режима и баланса территории за расчетный период времени происходит повышение уровня подземных вод, достигающее критических значений, требующих применения защитных мероприятий.
10. Затопление - образование свободной поверхности воды на территории в результате паводков, нагонов волн и повышения уровней водоемов и водотоков.
1. Необходимость применения инженерной защиты определяется:
для вновь застраиваемых и реконструируемых территорий - в проекте генерального плана с учетом вариантности планировочных и технических решений;
для застроенных территорий - с учетом существующих планировочных решений, требований заказчика и на основе сопоставления стоимости полного комплекса инженерной защиты с минимальным его объемом, включая затраты на вынос зданий и сооружений и восстановление утраченных фондов на новых местах.
2. Проектирование инженерной защиты следует выполнять на основе:
результатов инженерно-геодезических, инженерно-геологических и инженерно - гидрометеорологических изысканий для строительства;
планировочных решений и вариантной проработки решений, принятых в схемах инженерной защиты (генеральных, детальных, специальных);
данных, характеризующих особенности использования территорий, зданий и сооружений, как существующих, так и проектируемых, с прогнозом изменения этих особенностей и с учетом установленного режима природопользования (заповедники, сельскохозяйственные земли и т.п.) и санитарно-гигиенических норм;