Контроль риска аварии при возведении объекта
При возведении объекта менеджменту риска аварии в обязательном порядке подлежат сложные в инженерном отношении здания, особенно, если они предназначены к эксплуатации в условиях скопления людей. Наибольшая эффективность контроля риска аварии достигается, если он осуществляется в режиме мониторинга конструкционной безопасности «промежуточных» зданий. Под «промежуточном» зданием понимается конкретная завершенная строительством часть возводимого объекта (см. Прил.1, ДМ 15). Для вертикально ориентированных m - этажных объектов «промежуточными» зданиями являются отдельно нулевой цикл объекта («0» – этаж) и возведенные части объекта, содержащие и «0»–ой этаж и вышележащие k = 1, 2,., mэтажей. Для горизонтально ориентированных объектов за «промежуточные» здания принимаются возведенные пролеты или части этих пролетов между осадочными или температурными швами.
Руководить мониторингом при контроле должен ведущий эксперт. На подготовительном этапе именно он формирует «команду» мониторинга, с включением в ее состав, как узких специалистов, так и представителей проектных и научно-исследовательских институтов. К его функциямотносится:
–формирование требований на риск аварии «промежуточных» зданий;
–определение значений риска аварии «промежуточных» зданий;
–выдача рекомендаций по снижению риска аварии «промежуточного» здания в случае, если его риск превышает требуемую величину.
Формирование требований на риск аварии «промежуточных» зданий базируется на знании максимально допустимого риска аварии объекта в целом Rд.При этом риск аварии «промежуточного» здания не должен превышать величины R* = 1/(nн)n*, где n* – число групп однотипных конструкций несущего каркаса «промежуточного» здания объекта, а nн – виртуальная надежность группы, при которой риск аварии объекта будет равен максимально-допустимому значению Rд. Этот показатель определяетcя по формуле nн = (Rд)–1/n, где n – число групп однотипных конструкций несущего каркаса объекта в целом. Ниже приводится пример формирования требований к величине риска аварии «промежуточных» зданий 4-х этажного строящегося объекта. Пусть несущий каркас объекта на нулевом цикле имеет 4-е группы однотипных конструкций и по 3-и группы на каждом этаже. Согласно раздела 2.3 за величину максимально-допустимого риска аварии объекта в целом примем Rд = 2.Вначале определяется значение величины nн = 2 –1/(4+3+3+3+3) = 0,9576; затем, начиная с«0»–го цикла объекта, рассчитывается величина максимально-допустимого риска аварии для каждого «промежуточного» здания объекта по формуле: R* = 1/(0,9576)n*, где n* – число групп однотипных конструкций несущего каркаса «промежуточного» здания объекта. Итак:
– нулевой цикл объекта («0» – этаж): Rо* = 1/ (0,9576 4) = 1,189;
–1-ое «промежуточное» здание («0» + 1-й этаж):
R1* = 1/ [0,9576 (4+3)] = 1,354;
–2-ое «промежуточное» здание («0» + 1 + 2-ой этаж):
R2* = 1/ [0,9576 (4+3+3)] = 1,542;
–3-е «промежуточное» здание («0» + 1 + 2 + 3-й этаж):
R3* = 1/ [0,9576 (4+3+3+3)] = 1,756;
–4-ое «промежуточное» здание («0» +1 +2 +3 +4-ый этаж):
R4* = 1/ [0,9576 (4+3+3+3+3)) = 2,000.
Требуемые величины риска аварии «промежуточных» зданий 4-х этажного объекта приведены в виде карты риска на рис.6.
Регламентом мониторинга «промежуточного» здания является «дерево» его несущего каркаса –иерархическая последовательность возведения n* групп однотипных несущих конструкций.
Рис.6. Карта риска для 4-х этажного объекта
Дерево должно содержать сведения о технических характеристиках групп и может использоваться как формат для показателей надежности этих групп. Его вид показан в табл.6
Таблица 6
«Дерево» несущего каркаса «промежуточного» здания объекта
| № п.п | Название группы однотипных конструкций | Техническая характеристика группы | Показатель надежности группы |
| … | … | n1 | |
| … | … | … | … |
| i | … | … | ni |
| … | … | … | … |
| n* | … | … | nn* |
Мониторинг уже возведенного «промежуточного» здания объекта включает в себя диагностику физического состояния групп однотипных конструкций. По ее результатам эксперт составляет ведомость дефектных конструкций (табл.7). В ведомость дефектов от каждой группы включаются наиболее дефектные конструкции с подробным описанием их физического состояния, оцененного экспертами, как по внешним признакам, так и с использованием методов неразрушающего контроля. Для каждой включенной в ведомость дефектной конструкции эксперт устанавливает ранг ее опасности, а затем по правилу, приведенному в табл.1, показатель ее надежности.
Таблица 7
Ведомость дефектных конструкций
несущего каркаса «промежуточного» здания
| № п.п. | Название групп однотипных конструкций | Дефектные конструкции в группе и описание их физического состояния | Показатели надежности дефектных конструкций |
| … | … | {n1j } | |
| … | … | … | … |
| i | … | … | {nij} |
| … | … | … | … |
| n* | … | … | {nnj} |
Назначение ранга опасности дефектной конструкции – ответственная операция. Ранг опасности должен назначаться ведущим экспертом после тщательного анализа приведенной в табл. 7 информации о физическом состоянии дефектных конструкций. В особых случаях принятое решение о ранге опасности конструкции следует подтвердить специальными расчетами и/или испытаниями на моделях и натурных образцах. При назначении ранга можно воспользоваться информацией табл.8, где приведена база о возможных ошибках строителей. Использование этой информации не освобождает эксперта от определения соответствия упущений строителей действительной их цене. Когда ранги опасности дефектных конструкций экспертом выявлены и показатели их надежности (nij) установлены, они заносятся в табл. 79.
Таблица 10
База данных. Примерный перечень ошибок строителей
| 1. Основания зданий и сооружений |
| 1.1.Осадки и крены основания превышают норму на их величину |
| 1.2.Здание посажено на склон, расчета устойчивости склона нет, склон по оценке эксперта неустойчив |
| 1.3.Полное замачивание грунта основания на глубину более 0,5 м. |
| 1.4.Замачивание просадочных, набухающих и элювиальных неводонасыщенных грунтов основания до степени влажности >50% |
| 1.5.Промораживание водонасыщенных грунтов |
| 1.6.Промораживание элювиальных пучинистых грунтов основания и переход основания в зиму без утепления |
| 1.7.Изменение гидрогеологической обстановки на участке, вода в подвалах и в технических подпольях, гидроизоляция нарушена |
| 1.8.Отсутствие зазора под подошвой ростверка свайного основания при пучинистом грунте |
| 1.9.Свайное основание. Сквозные вертикальные трещины в ростверке |
| 2.Фундаменты зданий и сооружений |
| 2.1.Сквозные вертикальные трещины в цоколе здания |
| 2.2.Повреждения и разрушения фундаментных блоков |
| 2.3.Трещины в фундаментной плите |
| 2.4.Класс бетонавфундаментной плите не соответствует классу, принятому в проекте |
| 3. Несущий каркас |
| 3.1.Узлы сопряжения смежных конструкций выполнены не в соответствии с проектным решением, обнаружена несоосность в узлах |
| 3.2.Целостность связевых конструкций нарушена |
| 3.3.Отклонение колонн от вертикали выше нормативного допуска |
| 3.4.Неправильное размещение связей и жестких диафрагм |
| 3.5.Повреждены наружные стены, есть трещины в облицовке и в стенах |
| 3.6.Коррозионные разрушения закладных деталей |
| 3.7.Трещины в перекрытии |
| 3.8.Выявлены несоответствия класса бетона и стали требованиям проекта |
| 3.9.Дефекты сварных швов |
| 3.10.Оголение и сильная коррозия арматуры, местами разрывы арматуры |
| 3.11.Низкая прочность бетона в сжатой зоне конструкции, крупные выбоины и сколы бетона в сжатой зоне конструкции |
| 3.12.Коррозия металла в несущих металлических конструкциях |
| 3.13.Видимые простым глазом деформации конструкции |
| 3.14.Несоответствие класса стали требованию проекта |
| 4. Большепролётные покрытия |
| 4.1.Прогиб конструкции превышают расчётный, следовательно, конструкция содержит опасный дефект, грозящий аварией |
| 4.2.Коэффициент неоднородности бетона в ж/б оболочке не учтен |
| 4.3.Армирование опорного контура выполнено в нарушение нормативных указаний |
| 4.4.Нарушен регламент бетонирования железобетонной оболочки |
| 4.5.Квалификация сварщиков не соответствует требованиям монтажа сборки полотен мембраны |
| 4.6.Ванты, как несущий элемент висячего покрытия, не прошли операцию преднапряжения для снятия релаксации |
| 4.7.Оконечные детали крепления тросов не прошли прочностной контроль |
| 5.Контроль материалов, изделий и сборных конструкций |
| 5.1.Проверка паспортов, сертификатов, технических свидетельств, Контроль поставляемой продукции проекта не организована |
| 5.2.Выборочные испытания материалов наиболее сложных конструктивных узлов не выполнялись |
| 5.3. Проверка монтажных устройств для укрупнительной сборки металлических конструкций не проводилась |
По показателям надежности дефектных конструкций, относящихся к i - ой группе однотипных конструкций каркаса «промежуточного» здания объекта, производится оценка надежности i – ой группы по следующей формуле: ni = [1 + min {nij }]/2, обеспечивающей среднюю оценку риска аварии «промежуточного» здания, поскольку распределение показателей надежностей конструкций в группе равномерное.
При известных значениях показателя надежностей (ni) всех групп однотипных конструкций «промежуточного» здания риск его аварии рассчитывается по формуле: Rс* = 1/ПnI , где Пni– произведение показателей надежностей всех групп однотипных конструкций несущего каркаса «промежуточного» здания, а индекс i = 1,2,3…n*.
Полученное значение риска аварии «промежуточного» здания объекта считается приемлемым, если справедливо неравенство: R < R*, где R* –максимально допустимая величина для риска аварии исследуемого «промежуточного» здания. В случае, если фактический риск аварии «промежуточного» здания превысил требуемую из условия его конструкционной безопасности величину риска аварии R*, тов режиме реального временипроизводится регулирование риска аварии. Информация о величине риска аварии «промежуточного» здания объекта позволяет принять управленческое решение и в режиме «on–lain» осуществить регулирование риска, что существенным образом меняет ситуацию при возведении следующего «промежуточного» здания объекта.
Регулирование риска – это неотъемлемая часть мониторинга конструкционной безопасности «промежуточного» здания. Ее главный принцип: расследование причин недостаточного уровня конструкционной безопасности «промежуточного» здания объекта и построение на основе этого расследования оптимальной тактики и стратегии производства работ по снижению риска аварии. Основной способом снижения риска аварии – ликвидация опасных дефектов в реально существующих конструкциях. Если ликвидировать дефекты в конструкции не удается по техническим или каким-либо другим причинам, то следует применить дублерконструкцию (монолитные пояса жесткости, шпренгельные системы и др.), заменяющую и исполняющую функции дефектной конструкции в составе несущего каркаса и прошедшую в обязательном порядке две стадии: – расчетную и проектную.
Здесь уместно привести для применения в процедуре мониторинга строящегося объекта способ адаптивного управления параметрами фундаментов и оснований в процессе его возведения. Способ разработан В.И. Соломиным (Южно–Уральский академический центр, г. Челябинск), В.В. Лушниковым и Ю.Р. Оржеховским («УралНИИпроект РААСН», г. Екатеринбург). Суть способа заключается в том, что основание и фундамент предлагается рассматривать как систему, адаптирующуюся к меняющимся в процессе строительства обстоятельствам, под которыми понимается текущее состояние фундамента и грунтового основания. Именно они вносят наибольший «вклад» в риск аварии системы «основание – несущий каркас» объекта. В практике проектирования психология построена таким образом, что любые сомнения в несущей способности оснований и фундаментов трактуется в сторону создания дополнительных запасов, т.е. в предположении «наихудшего сценария», даже если вероятность его мала. Проекты разрабатываются с минимальным риском. Для этого в проект, с одной стороны, вводятся повышающие коэффициенты во внешние воздействия, а с другой, напротив, – понижающие, учитывающие вариантность свойств грунтов, условия их работы и проч. В результате общий коэффициент надежности оценивается в 1.5-2 и выше, что приводит к значительному перерасходу материалов, например, из-за неоправданного применения свай.
Аналогом и прототипом предлагаемого способа адаптации фундаментов является корневая система дерева. Действительно, корни его вырастают «по мере необходимости», т.е. в процессе роста и в зависимости от тех грунтов и тех ветровых воздействий в месте, где дерево растет. При увеличении ветровых воздействий (например, если дерево попадает на прорубленную просеку), корни его увеличиваются до необходимого размера.
Согласно этому способу в проектное решение можно изначально заложить некоторый риск, например, понижая коэффициенты надежности и условий работы. Но этот риск контролируемый, поскольку система обратной связи позволяет осуществить инженерное вмешательство в любой момент строительства, предотвратить негативные тенденции и в случае необходимости – «достроить» фундамент или упрочнить грунты до необходимого и более определенного уровня надежности. При этом возникновение «запредельной ситуации» можно предсказать задолго до завершения строительства, например, по результатам наблюдений при возведении первых этажей здания. Поэтому строительство можно продолжать, но одновременно, в случае необходимости, вести работы по упрочнению грунтов или усилению фундаментов по ранее подготовленному проекту, который получил адекватное название «отложенного решения». В арсенале строителей имеется множество способов, которые могут рассматриваться как «отложенное решение» – инъекционное упрочнение грунтов, подведение вдавливаемых свай, буровых, буроинъекционных свай, свай «РИТ» и др.; эти способы широко применяются для усиления фундаментов при реконструкции, оснащены малогабаритным оборудованием. Также может быть изменена последовательность возведения здания.
Предлагаемый способ может рассматриваться как раздел известной теории динамических систем, управляемых каким-либо процессом по принципу обратной связи в условиях неопределенности, помех и противодействия, когда оптимальное решение принимается в зависимости от развития самого изучаемого процесса. Под процессом здесь понимается строительство зданий и сооружений, а факторами неопределенности, помех и противодействия – отсутствие достоверной информации о действительных характеристиках грунтов, изменчивость их в результате воздействия многих внешних факторов, несовершенство расчетных схем и др.
Отдельные результаты применения этого способа при строительстве зданий опубликованы в статьях и сборниках научных трудов [83-87]
На заключительном этапе мониторинга эксперт оформляет отчет, включающий в себя информацию о фактически достигнутых значениях риска аварии всех «промежуточных» зданий исследуемого объекта. При этом значение риска аварии последнего «промежуточного» здания – это и есть фактический риск аварии для объекта в целом, которое заносится в его паспорт.
Примечание. В приложении книги приведен пример на тему «Менеджмент риска аварии строящегося объекта» (см. Прил. 2, пример 2)