Морозное пучение и суффозия. Часть 1: причины, последствия, методы предотвращения

Сегодня в период цифровизации строительного производства и технологических процессов важным аспектом является возможность предотвращения любых аварий, способных нанести временной и материальный ущерб. К ним относятся техногенные аварии, вызванные природными процессами, такими как морозное пучение и суффозия.

Морозное пучение – это выпучивание грунта в местах скопления капиллярной воды, где образуется лед. В связи с термическим расширением лед увеличивает свой объем и таким образом выталкивает слои грунта. При этом сам грунт деформирует конструкции, которые были в зоне возникновения морозного пучения. Деформации могут подвергаться как подземные, так и наземные конструкции.

Основная причина выпучивания грунта - сезонное и многолетнее промерзание влажных и водонасыщенных дисперсных пород. Вследствие локального накопления льда меняется рельеф мерзлого грунта, из-за увеличения своего объема он округляется. Такое изменение рельефа называют бугром пучения, которое при проектировании трубопроводных трас необходимо заранее определять и обходить.

Морозное пучение возможно в следующих случаях:

• воздействие отрицательных температур на воду, содержащуюся в грунте;
• отсутствие утепления трубопровода;
• отсутствие поддонов для отводаконденсата труб;
• образование значительного количествавлажного воздуха и его последующее оседание в грунт, где происходит дальнейшеенакопление влаги;
• различные нарушения припроектировании и выполнения СМР, которые в последствии приводят к отпотеваниюконструкций и скоплению конденсата.

Суффозия – это механический процесс, который представляет собой вымывание мелких частиц грунта капиллярной и подземной водой. Впоследствии образуются полости, которые могут привести к обрушению верхнего слоя участка грунта в образовавшуюся пустую область.

Основные причины появления суффозии конструкций трубопровода:

• создание условий для свободной фильтрации мелких частиц грунта;
• нарушение проектных решений, различные механические повреждения или появление аварийных ситуаций, которые могут привести к утечке и последующему накоплению жидкости в грунте (при утечке химического вещества, в связи с нарушением непроницаемости трубы, может произойти химическая суффозия, которая выносит часть породы);
• ситуация, при которой предусмотрена не только гидроизоляция, но и применение непроницаемых материалов без обязательных работ по водоотведению (в толще грунта происходит скапливание грунтовых вод, которые увеличивают свой напор).

Наиболее опасным фактором в обоих случаях является их неравномерность. Если говорить о морозном пучении, то характер и степень распространения зависят от физико-химических свойств грунта - процесс будет по-разному распространяться на границах разных типов.

В период активной цифровизации городской среды, а также строительных и технических процессов, мониторинг территории, где установлены конструкции трубопровода, крайне важен в рамках применения современных технических мероприятий, направленных на повышение безопасности и эффективности. Избежать морозного пучения и суффозии можно с помощью решения Sarex.

‍

Этапы и возможности аэромониторинга

Порядок производства работ выстраивается на основании аэромониторинга рассматриваемого участка и состоит из нескольких этапов.

Сбор данных об объекте исследования и мониторинга

‍Устанавливаются особенности и важные аспекты, на которые необходимо обратить внимание при выполнении аэрофтосъемки. Это позволяет заранее спрогнозировать, какая информация может быть полезна заказчику. В этот этап также входит разработка программы полета для рассматриваемого участка.

Подготовка личного кабинета заказчика‍

По факту установления всех аспектов на платформе Sarex формируется личный кабинет «Компания» заказчика, где хранится весь перечень объектов с полным функционалом для их анализа и мониторинга. Структура ЛК формируется под запросы заказчика и включает в себя те приложения, которые сбыли согласованы на этапе обсуждения проекта. Логины и пароли для доступа направляются на электронные почты пользователей автоматически. При этом у каждого при необходимости есть возможность поменять данные своей учетной записи.

‍

Платформа Sarex обладает гибким интерфейсом, что позволяет подстроиться под любою корпоративную иерархию, предоставив полномочия согласно компетенциям каждого из сотрудников компании. При создании личного кабинета определяется администратор как со стороны Sarex, так и со стороны заказчика, у которого будет максимальное количество прав, а также возможность видеть все изменения и их инициаторов.

Полевой этап

‍Сюда входит аэрофтосъемка согласно программе полета, а также получение и подготовка материалов в стороннем ПО для дальнейшей загрузки на платформу. Результатом выполнения этого этапа являются:

• плотное облако точек АФС;
• ортофотоплан;
• панорамы;
• дополнительные фото- и видеоматериалы.

Камеральный этап‍

Заключается в анализе предоставленных материалов и делится на два вида. Первый - обработка полученных материалов в стороннем ПО с последующей выгрузкой на платформу: привязанные панорамы, ортофотопланы и плотные облака точек, при необходимости облака наземного лазерного сканирования.

Приналичии BIM-модели объекта, например наземного или подземного трубопровода, ее конвертация происходит в стороннем ПО, которое предоставляет Sarex с подробной инструкцией для его установки и выгрузки модели. Такой конвектор позволяет существенно сократить время обработки различных 3D-форматов.

Если у модели и облака разные системы координат, то модель вручную привязывают к облаку перед ее конвертацией и последующей загрузкой на платформу. В таком случае появляется человеческий фактор, который может влиять на результат мониторинга и фиксации отклонений или любых других изменений в проекте. В связи с этим, особенно важно, чтобы все материалы со стороны заказчика предоставлялись в верных системах координат. Если специалист самостоятельно выбирает, к каким конструктивным элементам произвести привязку, есть риск, что они могут включать в себя отклонения в фактической ситуации, что в свою очередь повышает погрешность измерений.  

Второй вид камерального этапа - работа на платформе Sarex с загруженными материалами. Он подразумевает сравнение между съемками (если в личном кабинете их несколько) или сравнение между BIM-моделью и плотным облаком точек.

‍

Если съемка всего одна, то может производится визуальный осмотр местности и объекта. В рамках этого исследования отмечаются участки, вызывающие наибольшие опасения. С местности не все участки доступны для изучения, а при работе с облаком на платформе Sarex возможно приблизить и изучить любой участок. Если есть проектная поверхность, можно сделать сравнение именно с ней, установив любые несоответствия.

Если же в личный кабинет загружено больше одной съемки, то можно сделать сравнение между ними, включая анализ, который покажет любые изменения за отчетный период. Отчетный период – это время между проведением съемок, которое согласовывается на начальном этапе (несколько раз в несколько месяцев, несколько раз в неделю и т.д.). Анализ выполненного сравнения направлен на установление участков, где были зафиксированы изменения, например любые высотные изменения участков грунта рассматриваемого объекта.

Результатом камерального этапа является сформированный отчет, шаблон которого обговаривается заранее. При необходимости заказчик может предоставить свой шаблон, и тогда отчет будет выполняться согласно установленному корпоративному оформлению.

В рамках работы с платформой Sarex отчет можно загрузить в рабочее пространство. Подробнее об этом во второй части авторского материала.