Московский экономический журнал 12/2023

Posted by redaktor
image_pdfimage_print

PDF-файл статьи

Научная статья

Original article

УДК 631.189

doi: 10.55186/2413046X_2023_8_12_609

ВОПРОСЫ МОНИТОРИНГА ВЫСОТНЫХ ЗДАНИЙ  И СООРУЖЕНИЙ В УСЛОВИЯХ КРИОЛИТОЗОНЫ ГОРОДА ЯКУТСКА

ISSUES OF MONITORING HIGH-RISE BUILDINGS AND STRUCTURES IN THE CONDITIONS OF THE CRYOLITHOZONE OF THE CITY OF YAKUTSK

Варламова Любовь Дмитриевна, к.п.н., доцент кафедры «Экспертиза, управление и кадастр недвижимости», инженерно-технический институт, Северо-Восточный федеральный университет, г. Якутск, ул.Кулаковского 50, varlamova.lyubov@list.ru

Терентьев Савва Николаевич, кафедра ЭУКН, ИТИ инженерно-технический институт, Северо-Восточный федеральный университет, г. Якутск, ул.Кулаковского 50, savva.terentev.01@mail.ru

Varlamova Liubov Dmitrievna, PhD, Associate Professor of the Department of Expertise, Management and Cadastre of Real Estate, Engineering and Technical Institute, Northeastern Federal University, Yakutsk, Kulakovsky str. 50, varlamova.lyubov@list.ru

Terentev Savva Nikolaevich, Department of ECN, ITI Engineering and Technical Institute, North-Eastern Federal University, Yakutsk, Kulakovsky str. 50, savva.terentev.01@mail.ru

Аннотация. Авторы статьи рассматривают проблемы,  связанные со строительством высотных зданий в городе Якутске. Многолетнемерзлые, намывные грунты, на которых расположена инфраструктура Якутска, связана с рисками геокриологических процессов, связанных с потеплением климата. В статье рассматриваются мнения и опыт некоторых исследователей геокриологических процессов, в частности в городе Якутске, но отмечается, с 2008 года система скважин для грунтового исследования не в полной мере работоспособна. При этом без внимания на сегодняшний день остаются микрорайоны на намывных грунтах, на которых за последние годы интенсивно сооружаются высотные здания. Намывные грунты характеризуются сложными инженерно-геокриологическими условиями. Ссылаясь на работы авторитетных специалистов, авторы отмечают, что  совместное влияние  техногенных, геокриологических, гидрогеологических и климатических факторов может способствовать негативным проявлениям в природно-технической системе, что может повлечь за собой риски деформации объектов инженерной инфраструктуры. Авторы отмечают, что геотехнический процесс должен находиться под систематическим мониторингом и наряду с геокриологическим мониторингом, они выделяют необходимость ведения геодезического мониторинга. Геодезические наблюдения по осадочным маркам дают своевременные сведения по деформациям: осадкам, кренам, и другим отклонениям. При этом авторы отмечают проблемы привязки осадочных марок к грунтовым и глубинным реперам или к пунктам геодезической сети специального назначения, ввиду их отсутствия, необходимость развития этих сетей по периметру микрорайонов с намывными грунтами. В заключении авторы отмечают необходимость систематического мониторинга в комплексе, что обеспечит безопасность высотных сооружений  в условиях криолитозоны.

Abstract. The authors of the article consider the problems associated with the construction of high-rise buildings in the city of Yakutsk. Permafrost, alluvial soils on which the infrastructure of Yakutsk is located are associated with the risks of geocryological processes associated with climate warming. The article discusses the opinions and experience of some researchers of geocryological processes, in particular in the city of Yakutsk, but notes that since 2008, the system of wells for ground research has not been fully operational. At the same time, microdistricts on alluvial soils, on which high-rise buildings have been intensively constructed in recent years, remain unattended today. Alluvial soils are characterized by complex engineering and geocryological conditions. Referring to the works of authoritative experts, the authors note that the combined influence of technogenic, geocryological, hydrogeological and climatic factors can contribute to negative manifestations in the natural and technical system, which may entail risks of deformation of engineering infrastructure objects. The authors note that the geotechnical process must be under systematic monitoring and, along with geocryological monitoring, they highlight the need for geodetic monitoring. Geodetic observations on sedimentary marks provide timely information on deformations: settlements, rolls, and other deviations. At the same time, the authors note the problems of linking sedimentary marks to soil and deep benchmarks or to points of a special-purpose geodetic network, due to their absence, the need to develop these networks along the perimeter of microdistricts with alluvial soils. In conclusion, the authors note the need for systematic monitoring in the complex, which will ensure the safety of high-rise buildings in permafrost conditions.

 Ключевые слова: многолетнемерзлые грунты, риски, геокриологический мониторинг, инфраструктура, геодезический метод, грунтовые реперы, глубинные реперы

Keywords: permafrost soils, risks, geocryological monitoring, infrastructure, geodetic method, ground benchmarks, deep benchmarks

Город Якутск, столица Республики Саха (Якутия), расположенный в центральной части республики, характеризуется суровым климатическим режимом с длительными и суровыми зимами и короткими, но жаркими летними периодами. Одной из особенностей нашего региона является наличие многолетнемерзлых грунтов (ММГ), практически на всей огромной  (3 083 523км2) территории республики. Только на 4% территории республики, в южной Якутии, не распространяются ММГ.  Проблемами и мониторингом уникальных природных явлений нашей северной территории, в том числе и многолетнемерзлыми грунтами, многие десятилетия занимается Институт мерзлотоведения имени П. И. Мельникова Сибирского отделения Российской академии наук (далее ИМЗ СО РАН) в Якутске [9]. Среди явлений, связанных с климатическими изменениями, наибольшие риски несёт таяние вечной мерзлоты. Изменение климата, как отмечают многие специалисты, ведет к дестабилизации вечномерзлых грунтов, а она в свою очередь ведет к уменьшению ее несущей способности. По оценкам учёных, к середине XXI века из-за глобального потепления и таяния грунтов может быть повреждено до 70% арктической инфраструктуры[10]. В связи с этим, рассматриваются эффективные методики, позволяющие определить параметры прочности и деформации многолетнемерзлых и оттаивающих грунтов для практических целей [8]. Потепление климата за последние годы и связанные с этим изменения многолетнемерзлых грунтов, уменьшение их несущей способности отмечают многие исследователи, при этом они отмечают, что изменения ММГ способствуют развитию ряда деструктивных геоморфологических процессов, это увеличивает геокриологические риски для инженерной инфраструктуры [6]. Оценивая вероятные ущербы от деградации многолетнемерзлых грунтов,  С.В. Бадина, отмечает: «…при худшем сценарии потепления климата вследствие деградации многолетней мерзлоты в криолитозоне Арктической зоны Российской Федерации разрушению и деформациям до 2050 г. могут быть подвергнуты основные фонды здравоохранения и образования общей стоимостью порядка 79 и 162 млрд руб. соответственно.»[7,c.163].

Таким образом,  данная проблема требует пристального внимания специалистов в области организации мониторинга территорий с многолетнемерзлыми грунтами в различных направлениях исследования. В данной статье мы рассматриваем вопросы, связанные с наблюдениями деформаций, высотных зданий и сооружений, в условиях многолетнемерзлых грунтов в городе Якутске, инфраструктура, которой стремительно развивается. И отмечаем необходимость систематического мониторинга с использованием различных методов. Наряду с геокриологическим методом наблюдения за температурным режимом грунтов, необходимо проводить мониторинг деформаций сооружений геодезическим методом. В зависимости от видов деформаций: осадков зданий или его частей, крена, перекоса, прогиба или выгиба, с учетом свойства ММГ можно выполнить комплексный мониторинг, дающий более полноценную картину наряду с геокриологическими процессами и позволяющий принимать своевременные меры.

В современном Якутске благодаря многолетним научным и инженерным разработкам появляются новые  высотные здания, вплоть до 16 этажей, построенные по новым технологиям и материалам. Урбанизация республики и необходимость в обновлении и увеличении жилого фонда требует возведения все более современных, высотных зданий, строительство которого связано с рисками устойчивости зданий и сооружений в условиях криолитозоны. Например, О.И. Алексеева отмечает, что основными проблемами территории Якутска являются термокарстовые и термосуффозионные просадки, локальное и площадное морозное пучение, заболачивание и подтопление, техногенное наледеобразование, а также отмечается распространения криогенных процессов за последнее десятилетие. Эти процессы негативно сказываются в функционировании городской инфраструктуры, разрушая дорожные покрытия, коммуникации, деформируя насыпи, фундаменты сооружений, увеличивая зоны заболачивания [5]. ИМЗ СО РАН в г. Якутске ведет геокриологический мониторинг за состоянием фундаментов и грунтов под жилыми и общественными зданиями. Для исследования была создана система оперативного мониторинга, которая насчитывала  65 ключевых участков. Скважины были размещены на разных элементах рельефа, которые представляли собой урбанизированные ландшафты исследуемой территории [11]. Закон Республики Саха (Якутия), № 2006-З № 1571-V «Об охране вечной мерзлоты в Республике Саха (Якутия)» предписывает проводить геотехнический мониторинг, как «комплекс работ, основанный на натурных наблюдениях за температурным состоянием грунтов оснований, гидрогеологическим режимом, за перемещением конструкций фундаментов возводимых, реконструируемых и эксплуатируемых сооружений» [4].  Созданная  в 2008 году система геокриологического мониторинга существует и сейчас, хотя многие скважины повреждены. В настоящее время исследователи обеспокоены 202 и 203 микрорайонами города Якутска, так как они застроены высотными зданиями на намывных грунтах, которые характеризуются сложными инженерно-геокриологическими условиями. Как отмечают специалисты, совместное влияние  техногенных, геокриологических, гидрогеологических и климатических факторов может способствовать негативным проявлениям в природно-технической системе, что влияет на деформации объектов инженерной инфраструктуры. Для оценки достоверности опережающих геокриологических прогнозов и управления состоянием намывного массива необходимо владеть достаточной информацией об изменении влажности грунтов, их плотности, пористости, температуры и деформационных характеристик. При этом определение осадок фундаментов рекомендуется проводить геодезическим методом высокоточного нивелирования (2 класса), по периметру  зданий и под зданиями [11].

Использование геодезического мониторинга позволяет в комплексе с  другими наблюдениями, проводить наблюдения за деформациями, характер которых, выявляя взаимосвязь с данными других видов мониторинга, позволит более точно прогнозировать ситуацию нарушения. Таким образом, комбинация разных методов позволит получить наиболее полную картину состояния здания и выявить проблемы на ранней стадии.

Геодезический мониторинг инженерных сооружений является одной из наиболее распространенных и ответственных в комплексе мониторинговых наблюдений во всем мире. Традиционно для реализации мониторинга деформаций  использовались известные геодезические методы: осадки, крен, как правило, определялись методами геометрического, тригонометрического, гидростатического нивелирования, крен, изгиб высотного сооружения методами оптического проектирования. Для определения  относительных перемещений сооружения могут использоваться автоматизированные датчики. Отдельно следует сказать об использовании современных высокоточных датчиков наклона. Но при этом, исследователи отмечают недостаток систем датчиков, он состоит в том, что данные с датчиков не являются самостоятельным источником информации. Дополнительную информацию перемещения здания можно получить с помощью использования приемника Глобальной навигационной спутниковой системы или электронными тахеометрами [12]. Для использования геодезических методов, необходимо создание опорной сети для привязки пространственных данных объекта мониторинга. В этом плане в Якутске проблемы в отсутствии пунктов геодезических сетей специального назначения для привязки объектов мониторинга.

В условиях Якутска комплексный мониторинг должен проводиться  на начальной стадии строительства и далее в процессе строительства и эксплуатации на всех возводимых высотных зданиях, что прописано в основных нормативных документах. Так как  Якутск  попадает в зону природно-техногенных воздействий проведение мониторинга технического состояния зданий и сооружений является необходимой  [1]. При этом необходимо использовать визуально-инструментальные, геодезические методы геотехнического мониторинга как определено СП 305.1325800.2017 [3]. Проведение геодезических методов должен соответствовать требованиям ГОСТ24846-2019 [2],  и иметь привязку к грунтовым или глубинным реперам государственной геодезической сети или сети специального назначения.

Таким образом, для  эффективного проведения мониторинга зданий и сооружений в условиях многолетнемерзлых грунтов города Якутск рекомендуется применять следующие подходы:

Использование специализированных датчиков и измерительных приборов для  мониторинга температуры грунта и фундаментов, уровня грунтовых вод.

Использование датчиков для наблюдения за горизонтальными смещениями зданий и сооружений, датчики  должны отвечать по точности и работоспособности в  экстремальных условиях низких температур.

Использование доступного и точного геодезического метода за наблюдениями осадков, кренов с использованием современных цифровых, электронных и спутниковых технологий.

Все высотные здания у основания фундаментов должны быть снабжены осадочными, деформационными марками.

Для наблюдения за осадочными, деформационными марками необходимо произвести закладку грунтовых или глубинных реперов государственной геодезической сети или геодезической сети специального назначения не менее трех.

Использование автоматизированного мониторинга, с функциональной возможностью анализировать, генерировать предупреждения в случаях отклонения от нормы необходимое условие криолитозоны.

В заключении хотелось бы отметить, что систематически проводимый мониторинг, регулярный анализ и интерпретация полученных данных позволит своевременно выявить потенциальные проблемы и предотвратить повреждения, обрушения и другие риски зданий и сооружений.  Мониторинг зданий и сооружений в условиях многолетнемерзлых грунтов города Якутска является неотъемлемой частью обеспечения их безопасности и долговечности сооружений. Систематический мониторинг и анализ данных способствуют сохранению инженерных конструкций и обеспечению безопасности жителей города. Модернизация комплексной мониторинговой системы, соответствующей новейшим технологиям на сегодняшний день является актуальной задачей безопасности инфраструктуры северного города. Выдвинутая проблема требует внимания специалистов и дальнейших исследований в  области мониторинга.

Список источников

  1. ГОСТ Р 53778-2010 Здания и сооружения. Правила обследования и мониторинга технического состояния//[Электронный ресурс]. – docs.cntd.ru
  2. ГОСТ 24846-2019Грунты. Методы измерения деформаций оснований зданий и сооружений //Стандартинформ. – Москва. – 2020. – с.15
  3. СП 305.1325800.2017 Здания и сооружения. Правила проведения геотехнического мониторинга при строительстве//[Электронный ресурс] – docs.cntd.ru
  4. Закон Республики Саха (Якутия) от 22 мая 2018 года N 2006-З N 1571-V
    «Об охране вечной мерзлоты в Республике Саха (Якутия)»
  5. Алексеева, О.И. О проблемах градостроительства в криолитозоне (на примере Якутска) / О.И. Алексеева, В.Т. Балобаев, М.Н. Григорьев и др. // Криосфера Земли. – 2007. – № 2. – С. 76-83.
  6. Анисимов О.А., Стрелецкий Д.А. Геокриологические риски при таянии многолетнемерзлых грунтов // Арктика XXI век. Естественные науки. –  2015. – № 2 (3). – С.60–74.
  7. Бадина, С.В. Вероятные последствия деградации многолетней мерзлоты для социальной инфраструктуры Российской Арктики // Федерализм. 2022. Т. 27. №4(108) DOI: http://dx.doi.org/10.21686/2073-1051-2022-4-155-16
  8. Королев М.В.Перспективные методы определения механических свойств многолетнемерзлых грунтов // Научный вестник Арктики. – 2022. – №12. –  С. 23–33.
  9. Куперштох Н.А. Исследования Института мерзлотоведения имени П. И. Мельникова СО РАН как основания для современного «арктического прорыва» //Арктика и Север. Электронный журнал. – 2012. — №9. – С.153-164. http://arcticandnorth.ru
  10. Федотов, А.С., Алексеева О.И.  Вечная мерзлота и изменения климата: Опыт Якутии и международная деятельность института мерзлотоведения им.П.И. Мельникова СО РАН (ИМЗ СО РАН) //Арктика 2035: актуальные вопросы, проблемы, решения. – 4. – 2020. С.55-60. – [Электронный ресурс]. –   https://porarctic.ru/ru/books/arktika2035_4
  11. Чжан Р.В., Куницкий В.В., Павлова Н.А.,Сыромятников И.И. О возобновлении геокриологического мониторинга на территории г.Якутска //Наука и техника в Якутии №1(38). – 2020. – С.12-17.
  12. Шульц, Р.В., Анненков А.А., Куличенко Н.В. Опыт использования современных технологий в задачах геодезического мониторинга высотных зданий // Вестник МГСУ. – 2016. – № 1. – С.80—93.

References

  1. GOST R 53778-2010 Zdaniya i sooruzheniya. Pravila obsledovaniya i monitoringa texnicheskogo sostoyaniya//[E`lektronny`j resurs]. – docs.cntd.ru
  2. GOST 24846-2019 Grunty`. Metody` izmereniya deformacij osnovanij zdanij i sooruzhenij //Standartinform. – Moskva. – 2020. – s.15
  3. SP 305.1325800.2017 Zdaniya i sooruzheniya. Pravila provedeniya geotexnicheskogo monitoringa pri stroitel`stve//[E`lektronny`j resurs] – docs.cntd.ru
  4. Zakon Respubliki Saxa (Yakutiya) ot 22 maya 2018 goda N 2006-Z N 1571-V «Ob oxrane vechnoj merzloty` v Respublike Saxa (Yakutiya)»
  5. Alekseeva, O.I. O problemax gradostroitel`stva v kriolitozone (na primere Yakutska) / O.I. Alekseeva, V.T. Balobaev, M.N. Grigor`ev i dr. // Kriosfera Zemli. – 2007. – № 2. – S. 76-83.
  6. Anisimov O.A., Streleczkij D.A. Geokriologicheskie riski pri tayanii mnogoletnemerzly`x gruntov // Arktika XXI vek. Estestvenny`e nauki. – – № 2 (3). – S.60–74.
  7. Badina, S.V. Veroyatny`e posledstviya degradacii mnogoletnej merzloty` dlya social`noj infrastruktury` Rossijskoj Arktiki // Federalizm. 2022. T. 27. №4(108) DOI: http://dx.doi.org/10.21686/2073-1051-2022-4-155-16
  8. Korolev M.V.Perspektivny`e metody` opredeleniya mexanicheskix svojstv mnogoletnemerzly`x gruntov // Nauchny`j vestnik Arktiki. – 2022. – №12. – 23–33.
  9. Kupershtox N.A. Issledovaniya Instituta merzlotovedeniya imeni P. I. Mel`nikova SO RAN kak osnovaniya dlya sovremennogo «arkticheskogo prory`va» //Arktika i Sever. E`lektronny`j zhurnal. – 2012. — №9. – S.153-164. http://arcticandnorth.ru
  10. Fedotov, A.S., Alekseeva O.I. Vechnaya merzlota i izmeneniya klimata: Opy`t Yakutii i mezhdunarodnaya deyatel`nost` instituta merzlotovedeniya im.P.I. Mel`nikova SO RAN (IMZ SO RAN) //Arktika 2035: aktual`ny`e voprosy`, problemy`, resheniya. – 4. – 2020. S.55-60. – [E`lektronny`j resurs]. –   https://porarctic.ru/ru/books/arktika2035_4
  11. Chzhan R.V., Kuniczkij V.V., Pavlova N.A.,Sy`romyatnikov I.I. O vozobnovlenii geokriologicheskogo monitoringa na territorii g.Yakutska //Nauka i texnika v Yakutii №1(38). – 2020. – S.12-17.
  12. Shul`cz, R.V., Annenkov A.A., Kulichenko N.V. Opy`t ispol`zovaniya sovremenny`x texnologij v zadachax geodezicheskogo monitoringa vy`sotny`x zdanij // Vestnik MGSU. – 2016. – № 1. – S.80—93.

Для цитирования: Варламова Л.Д., Терентьев С.Н. Вопросы мониторинга высотных зданий  и сооружений в условиях криолитозоны города Якутска // Московский экономический журнал. 2023. № 12. URL: https://qje.su/nauki-o-zemle/moskovskij-ekonomicheskij-zhurnal-12-2023-7/

© Варламова Л.Д., Терентьев С.Н., 2023. Московский экономический журнал, 2023, № 12.