Геотехническое прогнозирование
Важную роль в комплексе ГТМ играет прогнозирование. Данный инструментарий задействуют в процессах проектирования оснований, подземных частей строений и фундаментов. Под прогнозом такого рода понимается оценка возможного влияния строительного процесса на состояние и характеристики грунтового массива. Подобные мероприятия также являются необходимостью при разработке проектов прокладки инженерных коммуникаций, размещаемых на застроенной территории.
В качестве исходных данных для геотехнического мониторинга с прогнозированием используются параметры перемещений ограждающих конструкций, а также учитывается характер напряженно-деформированного воздействия на грунт со стороны возводимого сооружения. В расчетах для оценки возможных изменений используются численные и аналитические методы. В прогнозировании дополнительных деформаций, которые могут быть вызваны вертикальными нагрузками от сооружаемого объекта, допускается применение расчетной схемы в форме линейно-деформируемого полупространства, подробнее об этом на сайте специалистов, которые производят геотехнический прогноз.
Два пути для российской геотехники, подкрепленные нормативкой
Получается, что сегодня есть два пути дальнейшего развития: пытаться догнать иностранцев, двигаясь по своей дороге; либо принять имеющиеся знания и, оттолкнувшись от них, продолжить их развитие уже по собственным представлениям.
Идти одновременно обоими путями бессмысленно: слишком они разные. Но наблюдается именно такая картина: появляются изменения в нормативных документах, связанные с длительным использованием зарубежных программ в практике проектирования, при этом нет единой четкой системы. Так, например, появился новый ГОСТ на определение параметров переуплотнения, а в расчетной части эти параметры по-прежнему не используются, за исключением упоминания в разделе 9 СП 22.13330. Переуплотнение, которое может возникать по разным причинам, не имеющим никакого отношения к ледникам, широко используется в мировой практике, и определяет такие важные аспекты, как сжимаемая толща, прочность, а деформации ползучести приводят к изменению коэффициента переуплотнения. В этом отношении весьма информативны и считаются новаторскими работы нашего современника В.Васенина, однако и в работах отечественных ученых прошлых лет эти тенденции прослеживались.
Что касается результатов расчетов, то, конечно, они зависят от опыта и интуиции расчетчика, его квалификации и владения инструментом. Но и проблема исходных данных не стоит в стороне. Сегодня заказчик экономит на изысканиях (по сути, оплачивает “стандартный вариант”), но на многих объектах, особенно в городской черте, эта экономия выливается в затраты на усиление котлованов, поскольку результаты расчетов обеспечивают излишнюю надежность, но чаще приводят к авариям.
Геотехническое обоснование
Задачи, решаемые при выполнении геотехнического обоснования проекта:
- подбор и анализ возможных вариантов конструктивного решения фундамента здания и его параметров;
- подбор оптимальной ограждающей конструкции котлована, распорной системы;
- определение оптимальной технологии производства работ «нулевого» цикла с целью обеспечения сохранности зданий окружающей застройки и минимизации затрат;
- оценка влияния нового строительства или реконструкции на окружающую застройку;
- оценка влияния демонтажа зданий и сооружений (геотехническое обоснование на демонтаж);
- разработка рекомендаций по выполнению мероприятий, направленных на обеспечение сохранности окружающей застройки (при необходимости, по результатам расчетов, назначаются мероприятия по усилению фундаментов существующих зданий или устройству геотехнического «барьера»).
Результатом работ является отдельный том проектной документации «Геотехническое обоснование», включаемый в состав проекта и в обязательном порядке проходящий согласования в органах экспертизы и КГиОП (при необходимости). Объем требуемых задач определяется для каждого объекта индивидуально, в зависимости от сложности объекта, стадии проектирования и других требований заказчика. Геотехническое обоснование может выполняться как на предпроектной стадии с целью оценки объема инвестиций, так и на этапе разработки проекта с целью проверки и определения возможности оптимизации уже принятых проектировщиком конструктивных решений фундамента и их дальйшего согласования в органах экспертизы.
Сроки разработки тома «Геотехническое обоснование» зависят от сложности объекта и составляют, как правило, от двух недель до двух месяцев.
Геотехнические изыскания – цели, задачи и стадийность исследований
Инженерно-геотехнические изыскания в основном проводят в комплексе с другими видами исследований(геологическими, гидрологическими, геодезическими), но отдельным видом исследований их выполняют в следующих случаях:
- Строительство объектов с повышенным уровнем ответственности и возведении уникальных зданий и сооружений;
- Строительство объектов с предусмотренным заглублением подземной части на более чем десять метров;
- Строительство объектов строительства в сложных условиях, например плотная городская застройка;
- Строительство объектов на территориях, имеющих развитие опасных геологических процессов.
Основная цель геотехнических изысканий – дать конкретное обоснование проекту и разработать мероприятия по безопасной застройке территории. По мере выполнения работ, геотехнические исследования решают целый ряд задач, зависящих от стадии изысканий
Предпроектная стадия изысканий:
- Предварительное зонирование территории по влиянию проектируемого объекта на инженерную среду
- Анализ материалов прошлых лет с учетом данных гидрологических изысканий
- Зонирование гидрологических условий территории и прогноз их изменения при условии постройки проектируемого объекта
- Расчет сейсмичности территории застройки(сейсмо микрорайонирование)
Проектная стадия и стадия разработки рабочей документации:
- Обследование существующих объектов в предварительной зоне влияния предстоящего строительства
- Уточнение расчетной сейсмичности территории с учетом принятых на стадии проектирования материалов и конструкций
- Лабораторные испытания грунта динамическими нагрузками в насыщенном водой состоянии
- Динамические испытания грунта для объектов, расположенных в зоне метрополитена
- Прогнозирование изменения несущей способности грунтов основания с учетом прогноза гидротехнических параметров
- Расчет устойчивости склонов, искусственных откосов и котлованов
- Расчеты осадок сооружений и прогноз их развития во времени
- Мониторинг осадки и перемещений зданий и сооружений в зоне влияния
Стадия строительства:
- Геодезические исследования перемещений ограждающих конструкций сооружений
- Напряженно-деформируемое состояние основания в период строительства – анализ и прогнозирование дальнейшего поведения грунтов
- Инструментальный мониторинг в случае наличия динамических нагрузок на возводимый объект
- Расчеты состояния среды и конструкций на основании данных мониторинга
- Научно-практическое сопровождение всего процесса строительства объекта
Описание специализации и ее особенностей
Переоценить важность такой профессии, как специалист по геотехническому проектированию, довольно сложно. Сфера его деятельности заключается в:
- Сложных геотехнических расчетах с применением современных расчетных комплексов. Это и разработка конструкций фундаментов на сложных основаниях, и разработка конструкций бортов котлована, и разработка усилений оснований здания, и такое прочее.
- Разработке проектов по результатам проведенного геотехнического расчета.
- Геотехническом прогнозе влияния нового строительства на здания, которые уже выстроены вокруг.
- Геотехническом мониторинге зданий и сооружений с использованием только самого современного оборудования.
- Геофизическом исследовании грунтов и подземных конструкций с применением геологических радаров и сейсмических станций.
Геотехнические расчеты очень важны для процесса строительства здания или его реконструкции. Особенно, если речь идет о глинистых грунтах. Поэтому такими мероприятиями пренебрегать нельзя, и все опытные застройщики это знают и активно привлекают к процессу строительства специалистов по геотехническому проектированию.
Технолог по геотехническому проектированию еще на стадии проектирования должен продумать все мероприятия, которые позволят безопасно выполнять работы по устройству нулевого цикла возводимого здания. Больше того, во время строительства он должен постоянно вести мониторинг за объектами окружающей застройки для того, чтобы своевременно выявить отклонения контролируемых параметров. Если такое случится, то технолог обязан в срочном порядке разработать мероприятия, которые позволят максимально стабилизировать ситуацию и устранить любые негативные процессы.
Подробный объем работы
Если говорить детальнее, то технолог по геотехническому проектированию должен заниматься не только проектированием систем геотехнического мониторинга. В его сферу входит и учет определенных критериев, определяющих степень надежности геотехнических систем, разработка программ и регламентов мониторинга, а также разработка геотехнических паспортов будущих объектов.
Кроме того, технолог занимается еще и разработкой вариантов прокладки трасс и размещения объектов инфраструктуры, выбором оптимального размещения объектов. Он также дает рекомендации относительно того, какие технические решения рационально использовать в процессе строительства. Еще такой работник занимается проектированием мероприятий по инженерной защите территорий от опасных геологических процессов и решением прикладных задач. Под последним подразумеваются разные геотехнические расчеты, подбор подходящего и нужного оборудования, а также материалов. Он же налаживает контакты с поставщиками и выполняет еще довольно много разных функций.
К слову, специалист по геотехническому проектированию занимается созданием проектов систем термостабилизации грунтов
Это тоже очень важно, когда речь идет о безопасности строительства и препятствия деформации сооружений. Ведь бывают геологические условия настолько сложные, что даже малейшая ошибка в проектировании может привести к серьезным последствиям
Важна работа такого технолога и на этапах реконструкции сооружений – особенно, если они жилые.
Специалист по геотехническому проектирования в наше время имеет возможность использовать в своей работе самые современные технологии, что позволяет ему добиваться максимально точных данных.
Применение ГТМ в строительстве
К процессам строительства ГТМ подключается на этапе нулевого цикла при осуществлении геодезических обследований и проведении земельных работ. В частности, это касается грунтовой основы, фундамента и базовых несущих конструкций. Применительно к котлованам под строительство мониторинг осуществляется в отношении ограждающих сооружений, исключающих риски обвала. Затрагивают обследования и подземные объекты – коммуникации, инженерные сооружения и тоннели. В рамках проведения геотехнического мониторинга в строительстве учитываются факторы, оказывающие влияние на сооружаемый или реконструируемый объект
Во внимание берутся как потенциально опасные геологические процессы (оседание, оползни, суффозия), так и динамические воздействия, источниками которых являются непосредственно строительные работы
Что такое геотехнический расчет в проектировании и строительстве
Прочность и устойчивость зданий зависит от правильного выбора и укрепления основания, т.е. участка земли под застройку. Однако в ходе строительства, реконструкции и эксплуатации нужно обеспечить и безопасность существующих объектов на том же участке, на прилегающих территориях, на подземных частях.
Превышение показателей нагрузки может привести к оползням и деформации грунтов, кренам и постепенному разрушению конструкций. Чтобы избежать таких проблем, заранее учесть возможные воздействия на состояние грунтов, наземных и подземных частях территории, проводятся инженерные изыскания, оформляются геотехнические расчеты. Результаты расчетом будут применяться при проектировании, при обосновании выбранных решений.
Нормативные акты
Изучение и расчет механики грунтов или оснований при проектировании и эксплуатации здания является не прихотью заказчика, государственных органов. Такое требование содержится в нормативных актах и сводах правил:
- Градостроительный кодекс РФ (скачать);
- Федеральный закон № 384-ФЗ (скачать);
- СП 22.13330.2016 Основания зданий и сооружений (скачать);
- СП 14.13330.2014 Строительство в сейсмических районах (скачать);
- СП 20.13330.2011 Нагрузки и воздействия (скачать);
- другие своды правил, стандарты ГОСТ о методах и способах исследования грунтов.
Специальные СП есть для учета принципов строительной климатологии, которая напрямую влияет на состояние почв и грунтов, нормам безопасности оснований и фундаментов. Целью всех расчетов и обследований является обеспечения устойчивости проектируемого здания и окружающих объектов на весь срок службы и период эксплуатации.
Простым языком
Чем больше и выше здание, тем сильнее его нагрузка на почву. Даже если предусмотреть максимально надежное основание и фундамент для возводимого объекта, нужно просчитать показатели деформации окружающей территории. Например, естественное уплотнение грунта под основанием здания приведет к постепенной деформации земли вокруг. Рано или поздно это скажется на показателях устойчивости соседних зданий или подземных объектов. Заранее оценить такие воздействия, обеспечить надлежащую безопасность можно путем геотехнических расчетов, прогнозов и мониторинга.
Выделим общие направления геотехнических обследований и расчетов, которые нужны для проектирования:
- инженерные изыскания на участках, которые дают информацию о свойствах, строении, составе почвы, грунтов, естественных и искусственных подземных объектов;
- изучение климатических и сейсмологических особенностей территории, так как они всегда влияют на состояние грунтов;
- определение радиусов зоны влияния нового строительства на окружающую застройку;
- расчеты и прогнозы дополнительных деформаций для сооружений окружающей застройки;
- принятие решений о способах строительства, укрепления оснований и фундаментов, выбора проектных и рабочих решений.
В пределах зоны влияния нового строительства нужно обследовать существующие объекты, их конструкции, основания и фундаменты. Для обработки полученных данных и подготовки расчетов применяется профессиональное программное обеспечение (например, комплексы PLAXIS). Расчеты будут включены в проектную документацию, проверены в ходе экспертизы перед строительством.
Геотехнический расчет на производственный объект и подземные коммуникации
Состав работ по ГТМ
Согласно нормативам, геотехнический мониторинг включает в себя следующие мероприятия:
Разработка программы и проекта по контролю целевого объекта. Определяется перечень, объемы и методы операций на основе произведенных геологических изысканий на стройплощадке. Определение сроков и периодичности выполнения операций по мониторингу. График устанавливается в зависимости от планируемой продолжительности строительства с учетом земельных работ и операций, связанных с устранением обнаруженных факторов негативного влияния. Определение контролируемых параметров
В данном случае берутся во внимание как местные геологические условия, так и характеристики сооружаемого объекта – в том числе уровень его ответственности. Обработка полученных данных и составление отчета, на основе которого принимаются меры по снижению зафиксированных рисков.
Экологический мониторинг подземных вод
1. Основными задачами экологического мониторинга подземных вод на стадии рабочей документации или рабочего проекта являются:
- разработка системы оперативного контроля и своевременного обнаружения истощения и загрязнения подземных вод и подтопления территорий;
- оценка динамики гидрогеодинамических (истощение, подтопление), гидрогеохимических (химическое загрязнение) и гидрогеотермических (тепловое загрязнение) показателей;
- изучение и оценка закономерностей динамики миграции загрязняющих веществ в зоне аэрации и в подземных водах;
- составление прогноза характера течения процессов загрязнения и истощения подземных вод, подтопления и затопления территорий, активизации карстово-суффозионных процессов, оседания и просадки поверхности земли и т.д.;
- контроль и оценка эффективности природоохранных мероприятий.
2. Получаемая при экологическом мониторинге подземных вод гидрорежимная информация должна обеспечивать оценку: геоэкологического состояния подземных вод; условий взаимодействия подземных вод с окружающей средой; прогнозов режима подземных вод, в том числе и прогнозов геоэкологических процессов; состояния грунтов зоны аэрации; баланса подземных вод в естественных и нарушенных условиях; пространственно-временных закономерностей режима, фильтрационных и миграционных параметров подземных вод; характеристик зон техногенных нарушений в подземных водах.
3. Созданию плана размещения наблюдательных сетей должно предшествовать эколого-гидрогеологическое районирование, на базе которого и намечаются наблюдательные точки мониторинга подземных вод.
4. По целевому назначению экологический мониторинг подземных вод предусматривает создание четырёх видов наблюдательных сетей:
- наблюдательных сетей в зоне влияния очагов техногенеза;
- наблюдательных сетей в пределах всей стройплощадки;
- наблюдательных сетей на сопредельных территориях для вычленения влияния внешних факторов загрязнения;
- фоновых наблюдательных скважин.
5. В состав режимной сети для гидрохимических наблюдений, изучения и контроля загрязнения подземных вод входят скважины специализированной наблюдательной сети и пункты гидрохимического опробования по эксплуатационным скважинам. Наблюдения за режимом температуры подземных вод проводятся в скважинах гидрогеотермической сети.
6. Продолжительность функционирования наблюдательной сети должна быть определена из конкретных природных условий и характера и степени воздействия объекта на экологическое состояние подземных вод. При необходимости наблюдения могут быть продолжены в течение всего периода эксплуатации.
7. Гидрогеоэкологическое прогнозирование осуществляется на основе геофильтрационных и геомиграционных моделей. Размеры моделируемой области геофильтрации и геомиграции не должны ограничиваться строительной площадкой и должны определяться размером области возможного влияния объекта на изменение уровней и загрязнение подземных и поверхностных вод. В область влияния должны быть включены располагающиеся по соседству со строительной площадкой водоохранные зоны рек, зеленые насаждения, парки, пруды, жилые массивы, площадки отдыха и другие природные и социальные объекты.
8. При выборе положения нижней границы области влияния в гидрогеологическом разрезе необходимо учитывать сложность геологического строения и гидрогеологических условий территории, глубину и размеры подземного сооружения.
9. Границы области возможного влияния объекта строительства на подземные и поверхностные воды в плане и разрезе, методика проведения прогнозных расчётов должны определяться и уточняться на стадии разработки проектной документации специалистами или организацией, специализирующейся на выполнении прогнозных гидрогеоэкологических расчётов.
10. Для разработки моделей используются картографические материалы, которые получены в результате анализа и обработки материалов инженерно-геологических и геоэкологических изысканий, а также следующие фондовые материалы:
- геологическое строение площадки;
- буровые колонки скважин с указанием водопроявлений;
- гранулометрический состав водовмещающих отложений;
- коэффициенты фильтрации водовмещающих отложений, полученные лабораторными способами и при проведении опытнофильтрационных работ;
- результаты геофизических исследований;
- данные режимных наблюдений за уровнем подземных вод;
- химический состав подземных и поверхностных вод.
11. По материалам геоэкологических исследований должен быть составлен отчёт.
Заключение
Оценка и прогноз геотехнических рисков на протяжении всего жизненного цикла транспортного тоннеля является весьма актуальной задачей в практике мирового тоннелестроения. В настоящее время разрабатываются новые подходы и методики количественной и качественной оценки геотехнических рисков для тоннельных проектов .
В нашей стране необходимость оценки и прогнозирования степени риска на всех этапах инженерных изысканий, проектирования и строительства транспортных тоннелей предусмотрена нормативной технической документацией. Прогноз геотехнических рисков в составе инженерных изысканий для проектирования транспортных тоннелей является обобщающей интегральной оценкой комплексной безопасности проекта строительства сооружения.
Прогноз рисков на этапе проектно-изыскательских работ позволяет осуществлять риск-ориентированный подход при проведении горноэкологического (геотехнического) мониторинга при строительстве и эксплуатации транспортных тоннелей, когда в зонах высокого уровня риска контроль увеличивают, а в зонах пониженного риска – снижают или исключают вовсе. Это позволяет оптимально использовать трудовые, материальные и финансовые ресурсы, снижать издержки и повышать результативность контроля.
