ВЫПИСКА
из учебника Обеспечение мероприятий и действий сил ликвидации чрезвычайных ситуаций: учебник в 3 - х частях: часть 2 . Инженерное обеспечение мероприятий и действий сил ликвидации чрезвычайных ситуаций: в 3 - х книгах: книга 2. Оперативное прогнозирование инженерной обстановки в чрезвычайных ситуациях. / Под общ. ред. С.К. Шойгу/ Г.П. Саков, М.П. Цивилев, И.С. Поляков и др. - М, : ЗАО «ПАПИРУС», 1998. – 166с
Оперативное прогнозирование обстановки в районах разрушительных землетрясений
1.1 Интенсивность сейсмического воздействия при землетрясениях
К числу наиболее опасных стихийных бедствий относятся землетрясения.
Внезапность в сочетании с огромной разрушительной силой колебаний земной поверхности часто приводят к большому числу человеческих жертв и значительному материальному ущербу.
При этом необходимо отметить, что важный вклад в количество спасенных людей несут предельно сжатые сроки выполнения спасательных работ, так как через сутки после землетрясения 40 % числа пострадавших, получивших тяжелые травматические повреждения, относятся к безвозвратным потерям, через 3 суток - 60 %, а через 6 суток - 95 %. Данная статистика свидетельствует о необходимости проведения спасательных работ по извлечению людей из завалов как можно быстрее. Даже при массовых разрушениях спасательные работы необходимо завершить в течение 5 суток.
Исходя из вышесказанного, для эффективной организации АСНДР необходимо сразу после воздействия землетрясения оценить объем возможных разрушений, определить состав сил и средств, необходимых для проведения спасательных работ в нормативно отведенные сроки, приступить к их вводу в районы выполнения задач. Затем, по мере поступления данных разведки, уточнить потребное количество сил и средств.
Остановимся на некоторых основных понятиях, необходимых для решения задачи оценки обстановки в районах действия разрушительных землетрясений.
Землетрясение проявляется в форме колебания грунта и эффективность его воздействия на внешнюю среду и, в частности, на здания количественно оценивается интенсивностью (J) по двенадцатибальной шкале. В ряде европейских стран используется Международная модифицированная сейсмическая шкала ММSK - 86. Интенсивность землетрясения не измеряется приборами. Для ее определения необходимо исследовать пострадавший район - выявить степень повреждения зданий, дорог, горных склонов, изменения земной поверхности - всего того, что могло испытать на себе воздействие землетрясения, включая реакцию людей и животных. Существуют специальные бланки, которые рассылаются в районы землетрясений для сбора данных. Карточки с занесенными данными о землетрясении обрабатываются и на основе этого, используя шкалу ММSK - 86, оценивается значение интенсивности подземных толчков в различных пунктах района бедствия.
Таким образом, интенсивность землетрясений является величиной относительной и зависит от эпицентрального расстояния (чем ближе к очагу, тем выше интенсивность), глубины очага (меньше глубина - больше интенсивность), а также от других условий (высокое залегание грунтовых вод и рыхлых пород способствует усилению бальности).
Существует объективная мера величины землетрясения – магнитуда. Чем сильнее амплитуда сейсмической волны, тем больше магнитуда землетрясения. Идею магнитуды воплотил в жизнь профессор Калифорнийского технологического института Рихтер. Шкала магнитуд Рихтера основана на инструментальных данных, т.е. на записях землетрясений сейсмографами, способными уловить очень слабые сотрясения почвы с амплитудами всего несколько микрон.
Согласно Рихтеру, магнитуда толчка есть логарифм выраженной в микронах максимальной амплитуды записи этого толчка, сделанной стандартным короткопериодным крутильным сейсмометром на расстоянии 100 км от эпицентра. Так как сейсмометры могут размещаться на различном расстоянии от эпицентра землетрясения, то для каждой сейсмостанции имеются соответствующие методики расчета. Сильнейшее, из когда – либо зарегистрированных землетрясений имеет магнитуду 8,9.
Между магнитудой М и интенсивностью землетрясений J в баллах существует аналитическая зависимость, которая в литературе известна как формула макросейсмического поля земли
J = В ∙ М – С ∙ lg + Е, (4.1)
где Д - эпицентральное расстояние, км;
Н - глубина очага, км;
М - магнитуда землетрясений;
В, С, Е – региональные константы.
Значения коэффициентов В, С, Е в уравнении (4.1) могут быть различными для конкретных регионов. Если значения констант неизвестны, они могут быть приняты равными В=1,5; С=3,5; Е=3,0. Этой формулой пользуются при прогнозировании последствий случившегося землетрясения.
Для заблаговременного прогнозирования используется, как правило, карта общего сейсмического районирования территории страны. Индексы 1, 2, и 3 возле номиналов в зонах бальности отражают повторяемость сейсмических землетрясений возможной интенсивности один раз в 100, 1000 и 10000 лет (71, 72, 73, 81, 82, 83, 91, 92, 93).
1.2 Классификация зданий и характеристика их разрушения
1.2.1 Классификация зданий
При проведении расчетов по определению последствий землетрясения целесообразно пользоваться классификацией зданий, приведенной в сейсмической шкале ММSК - 86.
В соответствии с этой шкалой зданий разделяются на две группы:
здание и типовые сооружения без антисейсмических мероприятий;
здание и типовые сооружения с антисейсмическими мероприятиями.
Здания и типовые сооружения без антисейсмических мероприятий разделяют на типы:
А 1 - Местные здания. Здания со стенами из местных строительных материалов: глинобитные без каркаса; саманные или из сырцового кирпича без фундамента; выполненные из окатанного или рваного камня на глиняном растворе и без регулярной (из кирпича или камня правильной формы) кладки в углах и т.п.
А 2 - Местные здания. Здания из самана или сырцового кирпича, с каменными, кирпичными или бетонными фундаментами; выполненные из рваного камня на известковом, цементном или сложном растворе с регулярной кладкой в углах; выполненные из пластового камня на известковом, цементном или сложном растворе; выполненные из кладки типа “мидис“; здания с деревянным каркасом с заполнением самана или глины, с тяжелыми земляными или глиняными крышами; сплошные массивные ограды из самана или сырцового кирпича и т.п.
Б - Местные здания. Здания с деревянными каркасами с заполнителями из самана или глины и легкими перекрытиями.
Б 1 - Типовые здания. Здания из жженого кирпича, тесаного камня или бетонных блоков на известковом, цементном или сложном растворе; деревянные щитовые дома.
Б 2 - Сооружения из жженого кирпича, тесаного камня или бетонных блоков на известковом, цементном или сложном растворе: сплошные ограды и стенки, трансформаторные киоски, силосные и водонапорные башни.
В - Местные здания. Деревянные дома, рубленные в “лапу“ или в “обло“.
В 1 - Типовые здания. Железобетонные, каркасные крупнопанельные и армированные крупноблочные дома.
В 2 - Сооружения. Железобетонные сооружения: силосные и водонапорные башни, маяки, подпорные стенки, бассейны и т.п.
Здания и типовые сооружения с антисейсмическими мероприятиями разделяются на типы:
С 7 - Типовые здания и сооружения всех видов (кирпичные, блочные, панельные, бетонные, деревянные, щитовые и др.) с антисейсмическими мероприятиями для расчетной сейсмичности 7 баллов.
С 8 - Типовые здания и сооружения всех видов с антисейсмическими мероприятиями для расчетной сейсмичности 8 баллов.
С 9 - Типовые здания и сооружения всех видов с антисейсмическими мероприятиями для расчетной сейсмичности 9 баллов.
При сочетании в одном здании двух или трех типов здание в целом следует относить к слабейшему из них.
1.2.2 Характеристика разрушения зданий
При проведении расчетов по прогнозированию разрушений и людских потерь при воздействии взрывных нагрузок обычно рассматриваются четыре степени разрушений зданий - слабую, среднюю, сильную и полную. При землетрясениях принято рассматривать пять степеней разрушения зданий. В международной модифицированной сейсмической школе MMSK - 86 предлагается следующая классификация степеней разрушения зданий:
d=1 - слабые повреждения. Слабые повреждения материала и неконструктивных элементов здания: тонкие трещины в штукатурке; откалывание небольших кусков штукатурки; тонкие трещины в сопряжениях перекрытий со стенами и стенового заполнения с элементами каркаса, между панелями, в разделке печей и дверных коробок; тонкие трещины в перегородках, карнизах, фронтонах, трубах. Видимые повреждения конструктивных элементов отсутствуют. Для ликвидации повреждений достаточно текущего ремонта зданий.
d=2 - умеренные повреждения. Значительные повреждения материала и неконструктивных элементов здания, падение пластов штукатурки, сквозные трещины в перегородках, глубокие трещины в карнизах и фронтонах, выпадение кирпичей из труб, падение отдельных черепиц. Слабые повреждение несущих конструкций: тонкие трещины в несущих стенах, незначительные деформации и небольшие отколы бетона или раствора в узлах каркаса и в стыках панелей. Для ликвидации повреждений необходим капитальный ремонт зданий.
d=3 - тяжелые повреждения. Разрушения неконструктивных элементов здания: обвалы частей перегородок, карнизов, фронтонов, дымовых труб. Значительные повреждения несущих конструкций: сквозные трещины в несущих стенах, значительные деформации каркаса, заметные сдвиги панелей, выкрашивание бетона в узлах каркаса. Возможен восстановительный ремонт здания.
d = 4 - частичные разрушения несущих конструкций: проломы и вывалы в несущих стенах; развалы стыков и узлов каркаса; нарушение связей между частями здания; обрушение отдельных панелей перекрытия; обрушение крупных частей здания. Здание подлежит сносу.
d = 5 - обвалы. Обрушение несущих стен и перекрытия, полное обрушение здания с потерей его формы.
Характер разрушения зданий в значительной степени зависит от конструктивной схемы этих зданий.
В каркасных зданиях преимущественно разрушаются узлы каркаса, вследствие возникновения в этих местах значительных изгибающих моментов и поперечных сил. Особенно сильные повреждение получают основание стоек и узлы соединения ригелей со стойками каркаса.
В крупнопанельных и крупноблочных зданиях наиболее часто разрушаются стыковые соединения панелей и блоков между собой и с перекрытиями. При этом наблюдается взаимное смещение панелей, раскрытие вертикальных стыков, отклонение панелей от первоначального положения, а в некоторых случаях обрушение панелей.
Для зданий с несущими стенами из местных материалов (сырцовый кирпич, глиносаманные блоки, туфовые блоки и др.) характерны следующие повреждения:
появление трещин в стенах;
обрушение торцовых стен;
сдвиг, а иногда и обрушение перекрытий;
обрушение отдельно стоящих стоек и особенно печей и дымовых труб.
Наиболее устойчивыми к сейсмическому воздействию являются деревянные рубленные и каркасные дома. Как правило, такие здания сохраняются и только при интенсивности 8 баллов и более наблюдается изменение геометрии здания, а в некоторых случаях обрушение крыш.
Разрушение зданий в полной мере характеризуют законы разрушения. Под законами разрушения здания понимается зависимость между вероятностью его повреждения и интенсивностью проявления землетрясения в баллах. Законы разрушения зданий получены на основе анализа статистических материалов по разрушению жилых, общественных и промышленных зданий от воздействия землетрясений разной интенсивности.
Для построения кривой, аппроксимирующей вероятности наступления не менее определенной степени повреждения зданий, используется нормальный закон. При этом учитывается, что для одного и того же здания может рассматриваться не одна, а пять степеней разрушения, т.е. после разрушения наступает одно из пяти несовместимых событий. Значения математического ожидания М интенсивности землетрясения в баллах, вызывающего не менее определенных степеней разрушения зданий, приведены в таблице 4.1.
Таблица 4.1
Математические ожидания М законов разрушения зданий
| Степени разрушения зданий | |||||
|
Классы зданий по MMSK-86 |
Легкая d=1 |
Умеренная d=2 |
Тяжелая d=3 |
Частичное разрушение d=4 |
Обвал d=5 |
| Математические ожидания М законов разрушения | |||||
| А1, А2 | 6,0 | 6,5 | 7,0 | 7,5 | 8,0 |
| Б1, Б2 | 6,5 | 7,0 | 7,5 | 8,0 | 8,5 |
| В1, В2 | 7,0 | 7,5 | 8,0 | 8,5 | 9,0 |
| С7 | 7,5 | 8,0 | 8,5 | 9,0 | 9,5 |
| С8 | 8,0 | 8,5 | 9,0 | 9,5 | 10,0 |
| С9 | 8,5 | 9,0 | 9,5 | 10,0 | 10,5 |
Средние квадратические отклонения интенсивности землетрясения для законов разрушения принимаются равными 0,4.
1.3 Прогнозирование обстановки в районе разрушительных
землетрясений
Обстановку в районах разрушительных землетрясений принято оценивать показателями, характеризующими инженерную обстановку, а также объемами аварийно-спасательных работ и мероприятий по жизнеобеспечению населения.
Для оценки инженерной обстановки большие населенные пункты (города) разбиваются на несколько площадок. Значения координат площадок принимаются равными значениям координат их центров. Малые населенные пункты рассматриваются в виде одной элементарной площадки (ее координаты определяются как координаты центра населенного пункта). Затем определяются расстояния от эпицентров землетрясений до центра площадок, и рассчитывается интенсивность землетрясения для каждой площадки по формуле (4.1).
При заблаговременном прогнозировании возможная интенсивность землетрясения принимается по картам общего сейсмического районирования территории страны.
Основными показателями инженерной обстановки в районе разрушительных землетрясений являются:
количество зданий, получивших обвалы, частичные разрушения, тяжелые, умеренные и легкие повреждения, шт.;
площадь разрушенной части города, в пределах которой застройка получила тяжелые повреждения, частичные разрушения и обвалы (3, 4, и 5 степени разрушения), км2;
объем завалов, м3;
количество участков, требующих укрепления (обрушения) поврежденных или частично разрушенных конструкций, шт.;
протяженность заваленных улиц и проездов, м.
Кроме основных показателей, при оценке инженерной обстановки могут определяться вспомогательные показатели (см. 3.5), характеризующие завалы.
Количество зданий Рj, получивших j – ую степень разрушений, определяется по формуле
Рj=j, ед, (4.2)
где Кi – количество зданий i-го типа в городе;
Сij – вероятность получения зданием i-го типа j-ой степени разрушения, принимаемая по табл. 4.2;
n – число типов рассматриваемых зданий (максимальное число типов n=6 – А, Б, В, С7, С8, С9).
Таблица 4.2
Вероятности Сi повреждения различных типов зданий в зависимости
от интенсивности землетрясения
|
Типы зданий |
Степень разрушения | Вероятности разрушения зданий при интенсивности разрушения в баллах | ||||||
| 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | ||
|
А |
1 2 3 4 5 |
0,36 0,12 0,02 0 0 |
0,13 0,37 0,34 0,13 0,03 |
0 0,02 0,14 0,34 0,50 |
0 0 0 0,02 0,98 |
0 0 0 0 1 |
0 0 0 0 1 |
0 0 0 0 1 |
|
Б |
1 2 3 4 5 |
0,09 0,01 0 0 0 |
0,4 0,34 0,13 0,03 0 |
0,01 0,15 0,34 0,34 0,16 |
0 0 0,02 0,14 0,84 |
0 0 0 0 1 |
0 0 0 0 1 |
0 0 0 0 1 |
|
В |
1 2 3 4 5 |
0,01 0 0 0 0 |
0,36 0,11 0,03 0 0 |
0,13 0,37 0,34 0,13 0,03 |
0 0,02 0,14 0,34 0,50 |
0 0 0 0,03 0,97 |
0 0 0 0 1 |
0 0 0 0 1 |
|
С7 |
1 2 3 4 5 |
0 0 0 0 0 |
0,09 0,01 0 0 0 |
0,4 0,34 0,13 0,03 0 |
0,01 0,15 0,34 0,34 0,16 |
0 0 0 0,1 0,09 |
0 0 0,02 0,14 0,84 |
0 0 0 0 1 |
|
С8 |
1 2 3 4 5 |
0 0 0 0 0 |
0,01 0 0 0 0 |
0,36 0,1 0,02 0 0 |
0,13 0,37 0,34 0,13 0,03 |
0 0,02 0,14 0,34 0,50 |
0 0 0 0,020,98 |
0 0 0 0 1 |
|
С9 |
1 2 3 4 5 |
0 0 0 0 0 |
0 0 0 0 0 |
0,09 0,01 0 0 0 |
0,4 0,34 0,13 0,03 0 |
0,01 0,15 0,34 0,34 0,16 |
0 0 0,02 0,14 0,84 |
0 0 0 0 1 |
Площадь разрушений части города, в пределах которой застройка получила тяжелые, частичные разрушения и обвалы, определяется по формуле
Sразр=, км2, (4.3)
где Рj – количество зданий, получивших 3, 4 и 5 степени повреждения (4.2), зд;
Ф – плотность застройки в городе, зд./км2.
Общий объем завалов определяется из условия, что при частичном разрушении зданий объем завалов составляет примерно 50 % от объема завала при его полном разрушении:
W=(0.5С4+С5) , м3, (4.4)
где С4 С5 - вероятность получения здания 4-ой и 5-ой степени разрушения;
Н - средняя высота застройки, м;
d - доля застройки на рассматриваемой площади (плотность застройки);
g - коэффициент объема, принимаемый для промышленных зданий равным 20, для жилых - 40.
Если город большой с неравномерной плотностью и этажностью застройки, то расчеты следует проводить по участкам (площадкам), на которые предварительно разбивается город. Затем результаты вычислений суммируются.
Опыт ликвидации последствий разрушительных землетрясений показал, что при проведении спасательных работ разбирается примерно 15% завалов от их общего объема.
Структура завала, вес и размер обломков при разрушении зданий в зоне землетрясений может приниматься по данным п.2.4.
2. 4 Структура и объемно-массовые характеристики завалов
Структура завалов
Структура завалов влияет как на способы выполнения спасательных работ, так и на состав сил и средств, привлекаемых для ликвидации последствий землетрясения. Основными показателями, характеризующими структуру завала, являются распределение обломков по весу, составу элементов (материала) и содержанию арматуры.
Структура завала по весу обломков - процентное содержание в завалах различных типов обломков - определяется по табл. 2.2. Эти показатели получены на основе анализа информации о завалах зданий, разрушенных при авариях и катастрофах, а также при проведении ряда натурных испытаний. При определении состава сил и средств следует иметь в виду, что очень крупные и крупные обломки весом более 2-х т, перемещаются с использованием инженерной техники, средние - весом до 2-х т, могут быть перемещены с помощью ручных лебедок, а мелкие – весом до 0,2 т, могут быть перемещены спасателями вручную.
Таблица 2.2
Структура завала по весу обломков, (%)
|
Тип здания |
Тип обломков по весу | |||
| Очень крупные больше 5 т | Крупные от 2 до 5 т | Средние от 0,2 до 2 т | Мелкие до 0,2 т | |
| Производственное одноэтажное | 60 | 10 | 20/5 | 10/25 |
| Производственное многоэтажное и смешанного типа | 10 | 40 | 40/10 | 10/40 |
| Жилое здание бескаркасное | 0 | 30 | 60/10 | 10/60 |
| Жилое здание каркасное | 0 | 50 | 40/10 | 10/40 |
Примечание: В числителе - значения для стен из крупных панелей, в знаменателе - значения для стен из каменных материалов (кирпича, мелких обломков).
Структура завала по составу элементов - процентное содержание в завалах обломков из различного материала - определяется по табл. 2.3. Эти показатели могут быть использованы при оценке объемов и видов работ.
Таблица 2.3
Структура завала по составу элементов (%) при разрушении зданий
|
Состав элементов |
Здания жилые со стенами | Здания производственные со стенами | ||
| из кирпича (каменных материал.) | из крупных панелей | из кирпича | из крупных панелей | |
|
Кирпичные глыбы, битый кирпич |
50 | - | 25 | - |
| Обломки железобетонных и бетонных конструкций | 15 | 75 | 55 | 80 |
| Деревянные конструкции | 15 | 8 | 3 | 3 |
| Металлические конструкции (включая станочное оборудование) | 5 | 2 | 10 | 10 |
| Строительный мусор | 15 | 15 | 7 | 7 |
Структура завала по составу арматуры – содержание арматуры в различных сечениях завала.
В настоящее время, в литературе отсутствуют какие-либо сведения по содержанию арматуры в сечениях завала. Эти показатели получены на основе анализа проектов производственных и жилых зданий. Результаты обобщения материалов приведены в табл. 2.4. Содержание арматуры в завале за пределами контура здания определяется по формуле
, см2,
где Fа - содержание арматуры в пределах контура здания (табл. 2.4);
х - рассматриваемое расстояние от контура здания;
- дальность разлета обломков.
Показатели по содержанию арматуры в завале могут быть использованы при планировании распределения технических средств, используемых для резки металла.
Объемно-массовые характеристики завалов
Объемно-массовые характеристики завалов используются для обоснования состава транспортной и грузоподъемной инженерной техники. К этим характеристикам отнесены: удельный объем завала, объем завала от разрушенного здания, объемный вес завала и пустотность.
Таблица 2.4
Структура завала по содержанию арматуры
| Тип здания | Содержание арматуры в пределах контура здания на 1 пог. м. завала, (Fа),см2 | Сортамент арматуры на 1 пог. м. Завала |
| Производственные одноэтажные: | ||
| легкого типа | 20 |
Æ 12¸14 - 11 ед. Æ 28¸32 - 1 ед. |
| среднего типа | 25 |
Æ 12¸14 - 12 ед. Æ 32¸36 - 1 ед. |
| тяжелого типа | 30 |
Æ 12¸14 - 13 ед. Æ 36¸40 - 1 ед. |
| Производственное многоэтажное |
15п (п-число этажей) |
Æ 12¸14 - 16 ед. Æ 36¸40 - 1 ед. |
|
Производственное смешанного типа |
40 |
Æ 12¸14 - 16 ед. Æ 36¸40 - 1 ед. |
| Жилые здания бескаркасные: | ||
| мелкоблочные | 12п | Æ 12¸14 - 7 ед. |
| крупноблочные | 12п | Æ 12¸14 - 7 ед. |
| крупнопанельные | 14п | Æ 12¸14 - 9 ед. |
| Жилые здания каркасные | 20п |
Æ 12¸14 - 9 ед. Æ 25¸28 - 11 ед. |
Удельный объем завала (g) – объем завала на 100 м3 - определяется по табл. 2.1. Этот показатель используется при определении высоты завала (2.4) и объема завала.(2.1).
Объем завала (Vзав) от обрушенного здания рассчитывается по формуле (2.12).
Объемный вес завала (b) – вес в т 1 м3 завала - определяется по табл. 2.1. Последние два показателя используются при планировании транспортных средств для разборки завалов.
Показатель пустотности завала (a) – используется при подготовке предложений по технологии спасательных работ, в частности, при проходке галерей в завалах. Анализ информации по разрушению зданий показал, что пустотность завалов промышленных зданий может быть почти в два раза больше жилых. Показатели пустотности завалов приведены в табл. 2.1.
Таблица 2.1
Объемно-массовые характеристики завала
| Тип здания | Пустотность
|
Удельный объем
|
Объемный вес
|
| Производственные здания: | |||
| одноэтажное легкого типа | 40 | 14 | 1.5 |
| одноэтажное среднего типа | 50 | 16 | 1.2 |
| одноэтажное тяжелого типа | 60 | 20 | 1 |
| многоэтажное | 40 | 21 | 1.5 |
| смешанного типа | 45 | 22 | 1.4 |
| Жилые здания бескаркасные: | |||
| кирпичное | 30 | 36 | 1.2 |
| мелкоблочное | 30 | 36 | 1.2 |
| крупноблочное | 30 | 36 | 1.2 |
| крупнопанельное | 40 | 42 | 1.1 |
| Жилые здания каркасные: | |||
| со стенами из навесных панелей | 40 | 42 | 1.1 |
| со стенами из каменных материалов | 40 | 42 | 1.1 |
Примечания: 1.Пустотность завала (a) - объем пустот на 100 м3 завала.
- Удельный объем завала (g) - объем завала на 100 м3 строительного объема.
- Объемный вес завала (b) - вес в т 1 м3 завала.
Количество участков, требующих укрепления (обрушения) поврежденных или частично разрушенных конструкций, принимаются равными числу зданий, получивших частичные разрушения (4 степень разрушения).
Протяженность заваленных проездов определяется из условия, что на 1 км2 разрушенной части города в среднем приходится 0,6 км заваленных маршрутов (данные получены на основе анализа последствий разрушительных землетрясений)
Lnn = 0,6 Sразр, км, (4.5)
где Sразр определяется по формуле (4.3).
Как показывает опыт, вынос завала за контуры зданий при полном разрушении невелик и составляет, например, для 9-ти этажных зданий 7 - 9 метров. Поэтому проезды в зонах землетрясений оказываются практически не заваленными. На проезжей части могут оказаться отдельные отлетевшие обломки конструкций зданий. Это подтверждает и опыт землетрясения в Армении. Например, в городе Ленинакан в старой части города, где ширина улиц не превышала 10 метров, при разрушении 1-2 этажных зданий на проезжей части образовались небольшие завалы из туфовых блоков.
Однако, все вышесказанное справедливо только для случаев разрушения зданий без опрокидывания. В районах с пониженной несущей способностью и большой деформированностью грунтов, возможны случаи разрушений высотных зданий с их опрокидыванием. Высота и длина завала в этом случае будет зависеть от размеров здания.
Наиболее характерными повреждениями дорог в зонах разрушений при землетрясениях являются:
разрушение участков дорог вследствие оползней; образование трещин в дорожном полотне на несколько десятков сантиметров, а также разрушение дорожного покрытия (в девятибальной зоне).
В горной местности возможно образование каменных и снежных завалов, разрушение мостов, путепроводов, тоннелей.
Следует отметить, что при землетрясении 9 баллов и более могут быть разрушены аэродромные покрытия.
Дальность разлета обломков l и высота завалов h при землетрясении определяется в соответствии с методиками, приведенными в п.1.2.
1.2 Модели воздействия
Воздействия, связанные с чрезвычайными ситуациями (ЧС) мирного и военного времени описываются в виде аналитических, табличных или графических зависимостей. Эти зависимости позволяют определить интенсивность поражающих факторов той или иной чрезвычайной ситуации в рассматриваемой точке. Зависимости, определяющие поля поражающих факторов при прогнозировании последствий ЧС, называют моделями воздействия, имея в виду то, что они характеризуют интенсивность и масштаб воздействия.
Расчётные случаи можно свести к следующим типам моделей воздействия:
1. Информации, основанной на факте свершившейся ЧС. Характерными параметрами этой модели являются координаты центра очага, интенсивность или мощность воздействия, время.
2. Функции F(x, y, ), называемой функцией распределения случайной величины , характерной для рассматриваемой чрезвычайной ситуации (рис. 1.1, а).
3. Функции f (x, y, ), называемой плотностью распределения или плотностью вероятности случайной величины .
4. Воздействие может характеризоваться статистическим материалом по данным натурных наблюдений в регионе. Эти модели характерны для наводнений, цунами. Обычно эти модели приводятся в виде таблицы.
5. Интенсивность воздействия может быть задана на основании наблюдений и заблаговременно проведённых расчётов (карта сейсмического районирования территории России, карта цунамирайонирования). Для сейсмоопасных регионов составлены карты детального сейсмического районирования, а для городов проведено микросейсморайонирование. При микросейсморайонировании определяется сейсмичность отдельных площадок (кварталов) в пределах города. Обычно эти модели приводятся в графическом виде (в форме изолиний на картах) или в табличном виде.
Рис. 1.1. Законы распределения поражающих факторов
а - функция распределения F(x, y, );
б - функция плотности распределения вероятностей f(x, y, );
x, y - координаты рассматриваемой точки;
- поражающий фактор (случайная величина)
Функция распределения F(x, y, ) случайной величины, характерной для рассматриваемой ЧС, есть вероятность того, что случайная величина в точке с координатами x, y примет значение не выше заданной величины з
F(x, y, ) = Р( <з).
В качестве случайной величины рассматривают параметры поражающих факторов (табл.1.1).
Функция распределения F(x, y, ) обладает свойствами:
F(x, y, ) возрастает;
F(- ?)= 0;
F(+ ?)= 1.
Плотность вероятности f(x, y, ) равна производной от функции распределения F(x, y, )
f(x, y, ) = F'(x, y, ) (1.1)
и обратно F(x, y, ) выражается через плотность f(x, y, ) интегралом вида
F(x, y, Фф)= f(x, y,t)dt, (1.2)
где t - переменная интегрирования.
Основное свойство плотности вероятности f(x, y, ) - это равенство 1 площади, заключённой между ней и осью (рис. 1.1, б).
Функции распределения F(x, y, ) поражающих факторов и плотность распределения f(x, y, ) определяют на основе статистической обработки результатов наблюдений или расчётным путём.
Такие функции, например, построены для основных сейсмоопасных регионов России - Камчатки и Северного Кавказа. Эти зависимости называют региональными моделями воздействия.
В качестве случайной величины региональных моделей воздействия принята интенсивность землетрясения в баллах.
Обобщенные зависимости имеют вид
l=Н/З,м ; h=, м, (4.6)
где Н - высота здания, м;
g - объем завала на 100 м3 строительного объема не разрушенного здания.
Количество аварий на КЭС определяются из условия, что на 1км2 разрушенной части города приходится 6-8 аварий
Ккэс= 8 Sразр,
где Sразр определяется по формуле (4.3).
Эти данные получены на основании анализа последствий разрушительных землетрясений.
Причины, вызывающие повреждения КЭС, можно разделить на 2 группы. К первой группе относятся причины связанные с волновым движением грунта, вследствие чего в элементах КЭС появляются растягивающие и сдвигающие усилия, которые вызывают движение подземных коммуникаций и сооружений КЭС - коллекторов, трубопроводов, колодцев, кабельных линий.
Ко второй группе относятся причины связанные с разрушением вводов в наземные здания и сооружения, а также повреждение элементов КЭС обломками зданий.
Последствия от аварии КЭС могут оказывать поражающее действие на людей: поражение электрическим током при прикосновении к оборванным проводам; отравление газом попавших в завалы; возникновение пожаров вследствие коротких замыканий и возгорания газа.
Кроме того, возможно затопление территории вследствие разрушения водопроводных труб и канализационных корректоров и ожоги людей при разрушении элементов системы паро- и теплоснабжения.
Аварии на КЭС могут привести к прекращению снабжения водой, электроэнергией и теплом зданий и сооружений.
К показателям, влияющим на объемы аварийно-спасательных работ и решения задач жизнеобеспечения населения в зонах разрушительных землетрясений, относят:
численность пострадавших людей, структуру потерь; численность людей, оказавшихся под завалами и оказавшихся без крова; потребность во временном жилье (палатках, домиках); пожарную обстановку; радиационную и химическую обстановку в зоне разрушений.
Расчеты проводятся по методикам оперативного прогнозирования, приведенным в п. 4.1.
Обобщенную зависимость по определению потерь при разрушительных землетрясениях можно представить в виде
M (N)=,чел., (4.7)
где R – вероятность размещения людей в зоне риска в зданиях (в среднем R= 0.83);
Ni – численность людей в зданиях i - ой группы, чел;
Сi – вероятность поражения людей в зданиях i-ой группы, определяется по таблице 4.3.
Таблица 4.3
Вероятности Ci общих и безвозвратных потерь людей в различных типах зданий (по классификации MMSK-86) при землетрясениях
| Типы зданий | Степень поражения людей | Вероятность потерь людей в различных типах зданий при интенсивности землетрясения в баллах | ||||||
| 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | ||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 |
| А | Общие | 0,004 | 0,14 | 0,70 | 0,96 | 0,97 | 0,97 | 0,97 |
| Безвозвратные | 0 | 0,05 | 0,38 | 0,59 | 0,6 | 0,6 | 0,6 | |
| Б | Общие | 0 | 0,03 | 0,39 | 0,90 | 0,97 | 0,97 | 0,97 |
| Безвозвратные | 0 | 0,01 | 0,18 | 0,53 | 0,6 | 0,6 | 0,6 | |
| В | Общие | 0 | 0 | 0,14 | 0,70 | 0,96 | 0,97 | 0,97 |
| Безвозвратные | 0 | 0 | 0,05 | 0,38 | 0,59 | 0,6 | 0,6 | |
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 |
| С7 | Общие | 0 | 0 | 0,03 | 0,39 | 0,90 | 0,97 | 0,97 |
| Безвозвратные | 0 | 0 | 0,01 | 0,18 | 0,53 | 0,6 | 0,6 | |
| С8 | Общие | 0 | 0 | 0,004 | 0,14 | 0,70 | 0,96 | 0,97 |
| Безвозвратные | 0 | 0 | 0 | 0,05 | 0,38 | 0,59 | 0,6 | |
| С9 | Общие | 0 | 0 | 0 | 0,03 | 0,39 | 0,90 | 0,97 |
| Безвозвратные | 0 | 0 | 0 | 0,01 | 0,18 | 0,53 | 0,6 |
Более точно значение R для формулы (4.7) принимаются равными:
с 23.00 до 7 часов R=1;
с 7.00 до 9 часов R=0.6;
с 9.00 до 18часов R=0.7;
с 18.00 до 20часов R=0.65;
с 20.00 до 23часов R=0.9.
Число людей, оказавшихся без крова, принимается равным численности людей, проживавших в зданиях, получивших тяжелые повреждения, частичные разрушения и обвалы.
Число людей, оказавшихся в завалах, определяется так же, как и при авариях на пожароопасных объектах.
Анализ последствий землетрясений показывает, что в среднем в половине числа зданий, получивших частичные разрушения и обвалы, возможно возникновение пожаров.
Изложенные рекомендации позволяют определить основные показатели, характеризующие обстановку в районах разрушительных землетрясений.
Полученные показатели позволят должностным лицам, организующим спасательные работы, определить состав сил и средств и разработать эффективные варианты их применения для проведения АСДНР.
ii. РАСЧЕТ ПОТРЕБНЫХ СИЛ И СРЕДСТВ ДЛЯ ЛИКВИДАЦИИ ВОЗМОЖНЫХ ЧРЕЗВЫЧАЙНЫХ СИТУАЦИЙ
2.1 Общие положения
Одной из важных задач, обеспечивающих условия своевременного и эффективного проведения мероприятий и работ по ликвидации чрезвычайных ситуаций и спасению населения, является заблаговременное прогнозирование состава сил и средств спасения и жизнеобеспечения пострадавшего населения.
Расчеты по определению состава группировки сил и средств должны проводиться на основе прогнозирования обстановки, в том числе и инженерной, которая может сложиться в той или иной чрезвычайной ситуации.
Состав сил и средств должен обеспечивать круглосуточную работу в две смены в мирное время, а в условиях радиоактивного заражения местности в соответствии с режимами нахождения формирований на этой территории. Он должен обеспечивать выполнение спасательных работ в мирное время в пределах 5-ти суток, а в военное время - 2-х суток.
Состав сил и средств мирного времени должен обеспечивать проведение мероприятий по поиску пострадавших, их спасению, оказанию медицинской и других видов помощи, тушению пожаров, локализации и ликвидации очагов вторичных последствий на объектах со взрыво-, газо- и пожароопасной технологией.
Состав сил и средств инженерного обеспечения должен быть строго увязан с задачами инженерного обеспечения, их объемами, способами выполнения этих задач, условиями, в которых они выполняются, погодными и другими условиями.
2.2 Расчет сил и средств деблокирования пострадавших
из-под завалов
Опыт ликвидации чрезвычайных ситуаций последних лет показал, что разборку завала наиболее целесообразно проводить звеньями ручной разборки и спасательными механизированными группами. Состав звена и группы представлен в таблице 10.1 и 10.2.
Таблица 10.1
Состав и средства механизированной группы
|
№ п/п |
С И Л Ы | СРЕДСТВА |
Выполняемые работы |
|||
| Специальность |
Кол-во (чел.) |
Вид средства |
Кол-во (ед.) |
|||
| 1. | Командир группы | 1 | ||||
| 2. | Крановщик | 2 | Автокран (16-25т) | 1 |
Подъем и перемещение ж/б конструкции и поддонов с мелки- ми обломками |
|
| Стропальщик | 4 | |||||
| 3. | Экскаваторщик | 2 | Экскаватор (0,65 куб.м) | 1 | Загрузка мелких обломков в самосвалы | |
| 4. | Компрессорщик | 2 |
Компрессорная станция |
1 |
Дробление ж/б конструкций |
|
| 5. | Газосварщик | 2 | Керосинорез (САГ) | 1 | Резка арматуры | |
| 6. | Бульдозерист | 2 |
Бульдозер (130-240 л.с) |
1 |
Сдвигание обломков конструкций, подготовка мест для авто- крана и экскаватора |
|
| 7. | Водитель | 4 | Самосвал | 2 |
Вывоз обломков конструкций |
|
| 8. | Загрузчики | 4 |
Поддон (емк. 1,5 куб.м.) |
1 |
Загрузка поддонов мелкими обломками конструкции |
|
| И Т О Г О: | 23 чел. | |||||
Таблица 10.2
Состав и средства звена ручной разборки завалов
| № | С и л ы | С р е д с т в а | Выполняемые | ||
| п/п | Специальность | Кол-во | Вид средства | Кол-во | работы |
| (чел.) | (ед.) | ||||
| 1. | Спасатель-разведчик | 3 |
Прибор для определения местонахождения заваленного человека или группы людей ; |
1 | Выявляют местонахождение заваленных, производят раз-борку завала |
| мотоперфораторы; | 2 | ||||
| разжимной прибор; | 1 | ||||
| спасательные ножницы ; | 1 | ||||
|
плунжерная распорка |
1 | ||||
| 2. | Спасатель | 3 | Лебедка; | 1 | Убирают обломки |
| носилки; | 1 | и устанавливают | |||
| молоток; | 2 | крепления; извлека- | |||
|
малая саперная лопата; |
2 | ют пострадавших | |||
| ножовка по дереву; | 1 | ||||
| пожарный топор | 1 | ||||
| 3. |
Спасатель-командир звена |
1 |
Общее руководство работами и контроль за соблюдением мер безопасности |
||
| И Т О Г О : | 7 чел. | 14 ед. | |||
Количество личного состава для комплектования механизированных групп может быть определено по следующей зависимости
, чел, (10.1)
где Nсмг - численность личного состава, необходимого для комплектования спасательных механизированных групп;
W - объем завала разрушенных зданий и сооружений, м3;
Пз - трудоемкость по разборке завала, чел.ч/м3, принимается равная 1,8 чел.ч/м3;
Т- общее время выполнения спасательных работ в часах;
Кз - коэффициент, учитывающий структуры завала, принимаемый по табл. 10.3;
Кс - коэффициент, учитывающий снижение производительности в темное время суток, принимается равным 1,5;
Кп - коэффициент, учитывающий погодные условия, принимаемый по табл. 10.4.
Таблица 10.3
| Значения коэффициента К3 для завалов | ||||
| жилых зданий со стенами | промышленных зданий со стенами | |||
| из местных материалов | из кирпича | из панелей | из кирпича | из панелей |
| 0,1 | 0,2 | 0,75 | 0,65 | 0,9 |
Таблица 10.4
| Температура воздуха, град. | > 25 | 25 ¸ 0 | 0 ¸ -10 | -10 ¸-20 | < -20 |
| Кп | 1,5 | 1,0 | 1,3 | 1,4 | 1,6 |
Приведенная зависимость по определению личного состава для комплектования механизированных групп применима при условии, если неизвестно количество людей, находящихся в завале. Поэтому коэффициент 0,15 предполагает (по опыту) долю разбираемого завала от его общего объема. Эта формула применяется при большом объеме разрушений в городе (населенном пункте).
Если известно количество людей, находящихся в завале, то объем завала для извлечения пострадавших можно определить по формуле
, м3, (10.2)
где Nзав - количество людей, находящихся в завале, чел;
hзав - высота завала, м;
Vзав - объем завала, который необходимо разобрать для извлечения пострадав-
ших.
Данная зависимость предполагает, что для извлечения одного пострадавшего требуется устроить в завале шахту (колодец) на всю высоту завала и размером в плане 1 х 1 м. Коэффициент 1,25 учитывает увеличение объема разбираемого завала за счет невозможности оборудования шахты указанных размеров (осыпание завала, извлечение крупных обломков, наклона шахты и т.п.).
Для определения количества формируемых спасательных механизированных групп необходимо общую численность личного состава разделить на численность одной группы (см. таблицу 10.1)
, групп. (10.3)
Количество спасательных механизированных групп можно определить в прямой постановке, если в приведенные выше зависимости ввести производительность одной группы
, групп, или
, групп (10.4)
где Псмг - производительность одной механизированной группы
на разборке завала, принимается равная 15 м3/ч.
Примечание: Численность личного состава спасательной механизированной группы принята с учетом ее работы в две смены.
Общее количество спасательных звеньев (nр.з) ручной разборки, при этом составит
nр.з = n*k*nсмг , ед, (10.5)
где n - количество смен в сутки при выполнении спасательных работ;
к - коэффициент, учитывающий соотношение между механизированными группами и звеньями ручной разборки в зависимости от структуры завала, определяется по таблице 10.3.
Таблица 10.5
Значение коэффициента k
| Количество звеньев ручной разборки в смену на одну механизированную группу при ведении спасательных работ в завалах | ||||
| зданий жилых, со стенами | зданий производственных, со стенами | |||
| из местных материалов | из кирпича | из крупных панелей | из кирпича | из крупных панелей |
| 9 | 8 | 3 | 2 | 1 |
Количество личного состава для укомплектования звеньев ручной разборки (Nрз), в этом случае, определяется как произведение их количества на численность
Nрз = 7 nр.з. (10.6)
Если все завалы разбираются только вручную, тогда необходимое количество звеньев ручной разборки можно определить по формуле
, ед, (10.7)
где Пзр - производительность одного звена ручной разборки, принимаемая равной 1,2 м3/ч;
n - количество смен в сутки при выполнении спасательных работ.
Количество личного состава для этих звеньев Nрз определяется по формуле (10.6).
Примечание: Производительность, принимаемая в вышеизложенных зависимостях при работе личного состава в средствах индивидуальной защиты уменьшается в 2 раза.
Численность разведчиков Nраз принимается из условия, что на 5 спасательных механизированных групп формируется одно разведывательное звено в составе 3 чел.
2.3 Определение сил и средств для вскрытия убежищ и укрытий
Вскрытие защитных сооружений может осуществляться расчисткой завала над аварийным выходом; разборкой завала над перекрытием убежища с пробивкой проема в перекрытии; расчисткой завала у наружной стены здания, с устройством приямка и пробивкой проема из него в стене, ниже перекрытия убежища (подвала); устройством вертикальной шахты и галереи до стены.
Вскрытие может осуществляться бульдозером, экскаватором, а в ряде случаев и вручную.
Для вскрытия защитных сооружений каждый расчет бульдозера (экскаватора) усиливается обслуживающей бригадой в составе 3-х человек со средствами пожаротушения и ручным инструментом.
Следует отметить, что трудоемкость по вскрытию защитных сооружений расчетами в составе бульдозера или экскаватора примерно одинакова. Это связано с тем, что, имея разные производительности (у расчета бульдозера около 40 м3/час, а у экскаватора около 10-15 м3/час), бульдозеру для вскрытия убежища необходимо разобрать больший объем, чем экскаватору, что выравнивает их эффективность в выполнении работы.
Учитывая это, количество расчетов, необходимых для вскрытия защитных сооружений, можно определить по следующей зависимости
, ед, (10.8)
где Кззс - количество заваленных защитных сооружений, шт.
Пзс - трудоемкость вскрытия одного защитного сооружения, маш.ч./соор., принимается при высоте завала 2 м равной 0,8 маш.ч./соор., 3 м - 1,5 маш.ч./соор. , 4 м - 3 маш.ч./соор.
Т - общее время вскрытия всех защитных сооружений, равное времени возможного пребывания людей в защитных сооружениях, т.е. Т = 48 часов.
Примечание: Потребность в личном составе для формирования этих расчетов определяется исходя из количества смен в сутки при выполнении работ.
2.4 Расчет сил для оказания медицинской помощи, локализации и
тушения пожаров и других работ
Количество отрядов первой медицинской помощи (ПМП), численность врачей и среднего медицинского персонала, общая численность личного состава для отрядов ПМП определяются
nпмп = Nсп / 100, ед.; Nвр = 8 nпмп; Nсм = 38 nпмп ; Nпмп = 146 nпмп, (10.9)
где Nсп - численность санитарных потерь;
Nвр - численность врачей;
Nсм - численность среднего медицинского персонала;
Nпмп- общая численность личного состава отрядов первой медицинской помощи.
Потребное количество пожарных отделений для локализации и тушения пожаров
nпож = nсмг / 5 , ед,
Nпож = 6 nпож , чел, (10.10)
где nпож - количество пожарных отделений;
Nпож - численность пожарников.
Общая численность личного состава формирований, участвующих в спасательных работах, будет равна
Nл.с ср = Nсмг + Nр.з + Nразв + Nпмп + Nпож , чел. (10.11)
Численность личного состава, участвующего в других неотложных работах, слагается из формирований, участвующих в расчистке завалов и ликвидации аварий на коммунально-энергетических сетях.
Расчистка подъездных путей
Lпп = 0,6 Sраз , км,
, (10.12)
(0,6 км заваленных маршрутов на 1 км2 разрушенной части города)
где Т - общее время проведения работ;
Lпп - протяженность заваленных подъездных путей, км;
Nпп - численность личного состава, участвующего в расчистке
подъездных путей;
Кс, Кп- коэффициенты, учитывающие погодные условия и время
суток (см. ф.10.1).;
n - количество смен работы в сутки.
Ликвидация аварий на КЭС
Ккэс = 8 Sразр, ед,
(8 аварий на 1 км2 разрушенной части города)
, (10.13)
где kкэс - количество аварий на КЭС, ед;
Nкэс - численность личного состава аварийно-технических команд.
Численность личного состава, участвующего в проведении неотложных работ
Nлс,днр = Nпп + Nкэс, чел. (10.14)
Общая численность личного состава формирований для проведения АСДНР будет составлять
Nл.с,сднр = Nл.с,ср + Nл.с,днр (10.15)
Количество патрульных постовых звеньев для охраны общественного порядка (nооп) и численность личного состава охраны (Nооп) определяются
nооп = Nлс,сднр / 100, ед; Nооп = 7 nооп , чел. (10.16)
Количество и наименование основной инженерной техники, привлекаемой для проведения непосредственно спасательных работ, определяется оснащением спасательных механизированных групп из расчета, что каждая группа укомплектовывается бульдозером, экскаватором, автокраном и компрессором.
Количество бульдозеров для расчистки подъездных путей определяется по формуле
,
где Lпп - протяженность заваленных подъездных путей, км;
Т - время выполнения работ в очагах, ч;
kусл - коэффициент условий выполнения задачи.
Инженерная техника для оснащения аварийно-технических команд определяется потребностью в укомплектовании аварийно-технических команд из расчета по одному бульдозеру, экскаватору и автокрану в каждую команду.
Потребное количество инженерной техники для ликвидации аварий на КЭС можно определить по формуле
, ед, (10.17)
где kкэс - количество аварий на коммунально-энергетических сетях.
Для определения количества другой инженерной техники можно воспользоваться ориентированными нормативами: на 100 чел, участвующих в ликвидации чрезвычайной ситуации, потребуется по одной силовой и осветительной электростанции, по две компрессорных станции и по два сварочных аппарата.
При определении состава группировки сил и основных средств ликвидации чрезвычайной ситуации с массовым поражением людей можно воспользоваться оперативно-тактическими нормативами (табл.10.3).
Таблица 10.3
Оперативно-тактические нормативы *) потребности формирований
и техники на одну тысячу общих потерь **)
|
Наименование формирований и инженерной техники |
Требуется на одну тысячу потерь | Примечания |
| 1 | 2 | 3 |
| Поисково-спасательные звенья | 70 | |
| Спасательные механизированные группы: | 6 | |
| Звеньев ручной разборки | 30 | |
| Пожарных отделений | 8 | |
| Санитарных дружин | 1 | |
| Бригад специализированной медицинской помощи | 4 | На одну тысячу санитарных потерь |
| Звеньев охраны общественного порядка | 8 | |
| Команд ликвидации аварий на КЭС | 4 |
| 1 | 2 | 3 |
| Инженерной техники, ед. | 20 | Бульдозер, экскаватор, автокран в равных соотношениях |
| Автосамосвалов, ед. | 13 | |
| Компрессорных станций, ед. | 6 | |
| Электростанций, ед. | 7 | Осветительных и силовых в равных соотношениях |
| Комплектов средств малой механизации | 40 | |
Примечания:
*) Нормативы даны на усредненные условия. Во всех других случаях требуется вводить коэффициент условий работы
**) без учета пораженных легкой степени.
