Уровень сложности в строительстве

Глава 5. Теоретические основы оптимизации инженерно-геологических исследований

5.1. Пути и условия оптимизации
инженерно-геологических исследований

Хозяйственная, в том числе и инженерная, деятельность разделяется на четыре этапа: планирование, проектирование, строительство и эксплуатация природно-технических систем. Инженерно-геологические исследования, проводимые на разных этапах хозяйственной деятельности, всегда подчинены ее задачам.

Коротко это можно сформулировать так: геологическая задача всегда вытекает из инженерной задачи и подчинена ей. Главное положение инженерно-геологических работ, проводимых для решения практических вопросов, можно представить в виде принципа цели инженерно-геологических исследований. Содержание этого принципа таково: характер и объем инженерно-геологических изысканий, проводимых в рамках некоторого этапа хозяйственной деятельности, должен точно отвечать цели хозяйственной деятельности этого этапа . По отношению к этапу проектирования ПТС следует говорить о том, что характер и объем инженерно-геологических изысканий, проводимых на некоторой стадии проектирования, должен точно отвечать цели строительного проектирования на этой стадии. Это положение хорошо понимал основоположник отечественной инженерной геологии Ф. П. Саваренский, который применительно к лабораторным испытаниям грунтов еще в 1935 г. отмечал, что каждое лабораторное исследование должно соответствовать точно поставленной задаче. Без четко поставленной цели даже очень большое количество лабораторных данных практически не имеет значения, так как геолог не может использовать весь полученный материал, чтобы сделать заключение.

Гайд по СТРОИТЕЛЬСТВУ ➤ Farthest Frontier | АНТИРЕЙД и СЧАСТЬЕ на Максимальном Уровне Сложности

Из принципа цели вытекает очень важное положение об оптимуме инженерно-геологической информации. Содержание, объем, точность и доверительная вероятность данных об инженерно-геологических условиях, получаемых на любом этапе хозяйственной деятельности, должны быть оптимальными, т. е. минимально необходимыми и достаточными, для решения инженерной задачи этапа . Оптимум информации предполагает оптимизацию процесса ее получения — инженерно-геологических исследований. Оптимизация инженерно-геологических исследований заключается в том, что инженерно-геологическую информацию следует получать наиболее эффективными в данных природных условиях методами, требующими минимально необходимых (но достаточных) затрат труда, средств и времени, т. е. обеспечивающими получение информации нужного качества в требуемые сроки.

Проблема оптимизации процесса инженерно-геологических исследований довольно сложна, так как объемы инженерно-геологических работ и методы их выполнения зависят как от условий решаемой инженерной задачи (этап хозяйственной деятельности, тип и конструкция сооружения, характер инженерных работ), так и от природных, в том числе геологических, условий. Перечисленные условия определяют пути рациональной оценки объема (границ) изучаемой геологической системы, детальность изучения разреза и свойств, точность и доверительную вероятность оценки геологических параметров. Такая оценка должна быть выполнена в отношении:

Мастер-класс по строительству ГП (Геймплея) | Geometry Dash 2.11

· границ (в латеральной плоскости и по глубине) исследуемого объекта (литосистемы);

· состава и числа компонентов инженерно-геологических условий, отобранных для изучения;

· степени детальности расчленения исследуемого объекта геологической среды на геологические тела, выделенные по разным признакам;

· состава и степени детальности изучения свойств геологической среды (характеристики пространственной изменчивости и меры рассеяния геологических параметров).

Наличие корректной оценки объекта исследований (некоторой области геологической среды) неизбежно сказывается на параметрах оптимизации процесса инженерно-геологических исследований. Таким образом, условия проведения инженерно-геологических исследований (и условия инженерной задачи, и природные) через свойства объекта исследований влияют на параметры оптимизации процесса инженерно-геологических исследований (табл. 5.1).

Таблица 5.1 . Аспекты оптимизации процесса инженерно-геологических
исследований и их связь с оценкой объекта и условиями проведения
инженерно-геологических работ

Содержание табл. 5.1 показывает, что оптимизация инженерно-геологических исследований зависит от условий инженерной задачи и от геологических условий, определяемых свойствами геологической среды. Некоторые характеристики процесса инженерно-геологических исследований поддаются оптимизации, основанной на содержательном анализе геологических и технических данных.

Это справедливо, например, для границ района проведения инженерно-геологических изысканий, предназначенных для планирования ПТС, и глубины освещения инженерно-геологических условий; набора методов исследований и последовательности их применения. Другие характеристики процесса инженерно-геологических изысканий можно оптимизировать на формальной основе — например, границы изучаемого объекта на стадии рабочей документации (границы сферы взаимодействия геологической среды с сооружением), глубина выработок, расстояния между выработками, объемы инженерно-геологических работ и др.

Пути оптимизации инженерно-геологических исследований в настоящее время только прокладываются. Некоторые вопросы оптимизации можно считать теоретически и практически решенными (вопрос о числе лабораторных и полевых испытаний грунтов, размещении и объемах опробования при детальной разведке, на ключевых участках при среднемасштабной инженерно-геологической съемке). В то же время такие важные вопросы, как число точек наблюдений при инженерно-геологических съемках, отношение между числом буровых скважин и горных выработок и др., пока не решены. Вследствие этого при планировании инженерно-геологических исследований состав и объемы работ назначаются в зависимости от категории сложности инженерно-геологических условий, регламентируемой нормативами и справочной литературой.

5.2. Оценка сложности инженерно-геологических условий

В настоящее время оценка сложности инженерно-геологических условий исследуемой области геологической среды некоторой территории заключается в установлении ее категории. По степени сложности выделяют три категории инженерно-геологических условий — I, II и III. Реже (например, при строительстве подземных сооружений) устанавливают две категории — простые и сложные инженерно-геологические условия.

Классификации категории сложности инженерно-геологических условий разработаны различными министерствами и ведомствами. Классификации несущественно отличаются друг от друга. Во всех классификациях предусмотрены три категории сложности. В качестве примера приведем в табл. 5.2 классификацию сложности инженерно-геологических условий (приложение Б, СП 11-105-97).

Таблица 5.2 . Категории сложности инженерно-геологических условий

Примечание. Категории сложности инженерно-геологических условий следует устанавливать по совокупности факторов, указанных в настоящем приложении. Если какой-либо отдельный фактор относится к более высокой категории сложности и является определяющим при принятии основных проектных решений, то категорию сложности инженерно-геологических условий следует устанавливать по этому фактору. В этом случае должны быть увеличены объемы или дополнительно предусмотрены только те виды работ, которые необходимы для обеспечения выяснения влияния на проектируемые здания и сооружения именно данного фактора.

По поводу оценки сложности инженерно-геологических условий можно отметить следующее. В соответствии с классификацией категория сложности инженерно-геологических условий некоторого района устанавливается без учета специфики того вида строительства, для которого проводятся инженерно-геологические изыскания. Она, таким образом, не зависит от сооружения, хотя должна быть специальной, т. е. учитывать условия инженерной задачи.

В классификации приводятся сведения о компонентах инженерно-геологических условий и о проявлениях экзогенных геологических процессов, отвечающих некоторой категории сложности. Однако она не содержит четких и однозначных критериев, обеспечивающих объективное и единообразное отнесение территории намечаемых изысканий к некоторой категории.

Следовательно, существующие классификации сложности инженерно-геологических условий пока не совершенны. Они не обеспечивают узкоспециальной, учитывающей условия конкретной инженерной задачи оценки категории сложности инженерно-геологических условий и не гарантируют объективного установления ее категории. Поэтому в будущем, по-видимому, будет избран другой путь, заключающийся в вычислении некоторой оценки инженерно-геологических условий, которая учитывает смысл инженерной задачи и определяет объемы инженерно-геологических изысканий.

В качестве такой оценки автором предложен интегральный показатель инженерно-геологических условий:

где R i — количественная оценка i -го ( i = 1, . п) компонента инженерно-геологических условий; α i — весовой коэффициент, устанавливаемый на основании учета условий инженерной задачи. Для квазиоднородных участков района предполагаемого проведения инженерно-геологических исследований можно подсчитать интегральный показатель, а затем по­строить модель поля J и в соответствии с его структурой планировать объемы и размещение инженерно-геологических работ. Рассматриваемый путь оптимизации инженерно-геологических исследований предполагает установление взаимосвязи интегрального показателя с объемами работ.

5.3. Принципы размещения и установления объемов
инженерно-геологических работ

При проведении инженерно-геологических исследований в рамках разных этапов хозяйственной деятельности (планирование, проектирование, строительство и эксплуатация сооружений) объемы инженерно-геологических работ и их размещение различны. По мере перехода от одного этапа к другому изменяются условия инженерной задачи и, следовательно, требования к инженерно-геологической информации, обеспечивающей ее решение. На более поздних этапах требуется информация о свойствах геологической среды, замкнутая границами меньшего ее объема (район исследований, строительная площадка, границы предполагаемой сферы взаимодействия. ), менее полная по списку свойств геологической среды, но зато более точная и обеспеченная более высокой доверительной вероятностью (см. главу 6). Различие характера инженерно-геологической информации определяет разные методы ее получения, разные объемы инженерно-геологических работ и их пространственное размещение.

При составлении схем развития и размещения предприятий различных отраслей народного хозяйства, схем расселения, территориальных комплексных схем охраны природы в результате инженерно-геологических проработок должны быть освещены геологические условия некоторого района с полнотой, достаточной для решения инженерной задачи: обоснование развития и размещения производительных сил, выбор мест размещения будущих городов, промышленных комплексов, трасс линейных сооружений, мелиоративных систем и др. В процессе инженерно-геологических изысканий, предполагающих использование накопленной и получение оперативной информации, необходимо: 1) установить геологическое, геоморфологическое, тектоническое, гидрогеологическое строение (структуру), определяемое пространственными отношениями соответствующих элементов; 2) выявить проявления экзогенных геологических процессов, их размещение в пределах района, интенсивность развития; 3) определить некоторые свойства геологической среды и выявить общие закономерности их пространственной изменчивости, достаточные для сравнительной оценки компонентов инженерно-геологических условий и выбора мест размещения будущих сооружений (площадок предполагаемого строительства).

При этом возможно широкое использование методов экстраполяции и метода инженерно-геологической аналогии. Для решения перечисленных вопросов инженерно-геологические изыскания в районе размещают с таким расчетом, чтобы выявить и изучить элементы, отношения которых составляют геологическую, геоморфологическую, тектоническую и другие структуры района, и проследить границы элементов; установить общие черты пространственной изменчивости тех свойств геологической среды, которые могут оказать влияние на схему развития и размещения производительных сил. При размещении работ необходимо руководствоваться правилами, которые можно назвать геологическими. Они предполагают нерегулярное размещение работ и заключаются в следующем.

1. Каждый геоморфологический элемент должен быть охарактеризован не менее чем одной выработкой. Точки наблюдений и выработки следует расположить по короткой оси, секущей геоморфологические элементы (поперек долины реки, склона).

2. Для уточнения соотношения геологических тел, слагающих разные геоморфологические элементы, выработки следует размещать в местах сопряжения элементов.

3. Створы пунктов получения информации (точек наблюдений, выработок, точек геофизических измерений) следует ориентировать вкрест залегания пород.

4. При изучении геологических объектов, имеющих в плане вытянутую форму (речных долин, линейных кор выветривания и др.), створы выработок следует ориентировать по короткой оси геологических тел.

5. Точки наблюдения и выработки размещают в местах проявления ЭГП (областях с неустойчивой структурой).

6. Пункты получения информации (выработки, места геофизических измерений) следует располагать: поперек зон тектонических нарушений и зон трещиноватости; по главным направлениям изменчивости ξ 1 и ξ 2 , учитывающим процессы петролитогенеза.

7. Для предварительной оценки геологического строения территории, принадлежащей к одному геоморфологическому элементу и лишенной естественных обнажений, выработки следует располагать по двум взаимно перпендикулярным створам, ориентированным по главным направлениям изменчивости.

При проведении инженерно-геологических исследований на стадии проекта должна быть получена инженерно-геологическая информация, достаточная для решения следующих условий инженерной задачи: компоновка зданий и сооружений, предварительные расчеты оснований, выбор типов фундаментов, разработка проекта защитных мероприятий. При одностадийном проектировании к перечисленным условиям инженерной задачи прибавляются окончательные расчеты оснований, разработка проекта производства строительных работ.

Компоновка зданий и сооружений в границах площадки намечаемого строительства сооружений предусматривает предварительные расчеты оснований, требуемые для оптимизации размещения сооружений с учетом архитектурно-планировочного решения (технологической схемы промышленного комплекса) и свойств геологической среды, до нижней границы сферы ее взаимодействия. В пределах строительной площадки разнообразие природных, в том числе геологических, условий существенно меньше, чем на большей по площади территории района, для которого разрабатывают схему развития и размещения производительных сил.

Геологические, геоморфологические и гидрогеологические условия в целом известны и достаточно однообразны. Например, строительная площадка располагается на одном геоморфологическом элементе.

Вместе с тем по условиям решения инженерной задачи может потребоваться инженерно-геологическая информация, замкнутая границами площадки в латеральной плоскости и глубиной сферы взаимодействия наиболее тяжелого сооружения, достаточная для проведения предварительного расчета основания в любой точке площадки (требование оптимальной компоновки). Следовательно, инженерно-геологические работы должны охватить всю строительную площадку до глубины сферы взаимодействия наиболее тяжелого сооружения и выявить структуру и свойства геологической среды, нужные для предварительных расчетов оснований сооружений.

Инженерно-геологические работы (предварительная разведка) размещаются в пределах границ выделенных геологических тел регулярно, в соответствии с геолого-математическими принципами. Из первого принципа — равнопредставительности вытекает регулярность в размещении пунктов получения информации (горно-буровых, геофизических, специальных работ). Он имеет следующую формулировку: любые равные по объему части выделенного геологического тела должны быть охарактеризованы одинаковым числом измерений. Второй принцип , регламентирующий регулярное размещение инженерно-геологических работ, заключается в том, что системы пунктов получения информации (системы выработок, точек наблюдений, системы опробования) устанавливают отдельно для каждого выделенного по принятым критериям геологического тела, учитывая анизотропность мер рассеяния геологических параметров по главным направлениям изменчивости и по глубине, а также принятый уровень доверительной вероятности. Третий принцип — ориентировки систем пунктов получения информации — заключается в том, что системы пунктов получения информации ориентируют по главным направлениям изменчивости (по направлениям экстремальных значений градиентов) геологических параметров.

Размещение инженерно-геологических работ в соответствии с геолого-математическими принципами не только не отрицает, но, напротив, предполагает необходимость размещения пунктов получения информации в наиболее интересных с точки зрения геологии местах будущей строительной площадки.

В ходе инженерно-геологических изысканий, проводимых на стадии рабочей документации (РД), все работы ведут внутри границ предполагаемой сферы взаимодействия геологической среды с сооружением. Объем, конфигурация и структура сферы взаимодействия определяются характеристиками проектируемого сооружения и свойствами геологической среды.

Ясно, что размещение инженерно-геологических работ (горно-буровых, специальных, опробования и др.) в рассматриваемом случае подчинено конструктивным соображениям. В результате выполнения работ должна быть получена информация, необходимая и достаточная для окончательных расчетов основания (для составления расчетной схемы). Вследствие этого пункты получения информации (горно-буровые работы, полевые испытания грунтов, инженерно-геологическое опробование и др.) размещают по расчетным сечениям, осям и контурам сооружения, на местах расположения будущих фундаментов. Такое размещение работ позволяет получить информацию, необходимую для составления расчетной схемы.

В ходе строительства сооружения инженерно-геологические исследования, выполняемые в рамках службы авторского надзора, сосредоточивают в пределах развивающейся сферы взаимодействия: в строительных выемках и на прилегающей к строительству территории, на которой могут возникнуть инженерно-геологические процессы. Работы размещают, руководствуясь конструктивными соображениями и учитывая свойства геологической среды, взаимодействующей с орудиями труда, строительными выемками, частями сооружений и т. д. Режимные инженерно-геологические наблюдения, проводимые в процессе эксплуатации сооружения (точнее, эксплуатации ПТС), размещают с учетом структуры сферы взаимодействия. Сеть режимных наблюдений должна соответствовать строению сферы, а состав наблюдений — отражать членение сферы на зоны и, следовательно, на инженерно-геологические процессы, учитываемые при разработке мероприятий, обеспечивающих оптимальное управление ПТС.

5.4. Системы пунктов получения
информации и их расчет

Оперативную инженерно-геологическую информацию обычно получают в отдельных точках изучаемой области геологической среды. Это точки геологических наблюдений, места заложения горно-буровых выработок, места проведения полевых испытаний грунтов, точки отбора образцов пород, точки измерений геофизических параметров и др.

Такие точки, в дальнейшем называемые пунктами получения информации в пределах изучаемого объекта, в совокупности составляют некоторую систему. Система пунктов получения информации (сппинф) должна быть такой, чтобы при ее реализации было обеспечено получение инженерно-геологической информации требуемого объема и качества, необходимой для планирования, проектирования, строительства или эксплуатации сооружения.

Система должна учитывать условия инженерной задачи (стадию проектирования, тип и конструкцию сооружения). В то же время сппинф должен обеспечивать наиболее эффективное выявление структур изучаемой области геологической среды и закономерностей пространственной (пространственно-временной) изменчивости ее свойств. Это достигается выбором сппинфа.

Сппинф — упорядоченная в пространственном (в общем случае — в пространственно-временном) отношении конечная совокупность (пространственно-временная композиция) точек, в которых изучаются свойства геологической среды. Размерность сппинфа зависит от размерности изучаемой области геологического объекта.

Это створ пунктов получения информации, если объект изучается в каком-либо одном направлении; двумерная плоская сетка — при исследовании объекта в латеральной или вертикальной плоскости; трехмерная пространственная решетка — при изучении объекта по латерали и по глубине. Размерность соответствующего пространственно-временного сппинфа на единицу больше: к пространственным координатам прибавляется время. По пространственным отношениям пунктов получения информации сппинфы разделяются на нерегулярные и регулярные. В нерегулярном сппинфе расстояния между точками получения информации непостоянны.

Нерегулярные сппинфы реализуют в процессе среднемасштабных инженерно-геологических съемок, инженерно-геологических рекогносцировок, при проведении инженерно-геологических исследований, направленных на решение отдельных вопросов (этап планирования ПТС, рациональное использование и охрана геологической среды). Информацию получают в интересных и важных с точки зрения геологии местах, например: в местах развития ЭГП, в зонах трещиноватости, распространения линейных кор выветривания и др.

Регулярные сппинфы допускают вариации в размещении пунктов получения информации вокруг некоторых центров, в совокупности образующих правильную геометрическую решетку. В них, в отличие от геометрически правильных разведочных сетей, задаются не координаты пункта получения информации, а их интервал, размах координат, обозначающий область безразличия с жестко привязанными центрами (рис.

5.1). Размах координат, выделяющих границы областей безразличия, получают расчетом. Область безразличия одномерного сппинфа представляет собой отрезок створа, двумерного — прямоугольник, трехмерного — параллелепипед. Любой сппинф характеризует объем, а регулярный — объем и параметры.

Рис. 5.1. Регулярная двумерная система пунктов получения информации.
1 — центр области безразличия; 2 — пункт получения информации; 3 — область безразличия

Объем сппинфа — это число пунктов получения информации. Параметрами регулярного сппинфа следует считать расстояния между центрами областей безразличия по главным направлениям изменчивости ( ξ 1 , ξ 2 ) и по глубине ( ξ 3 ). Параметрами сппинфа в латеральной плоскости ( ξ 1 , ξ 2 ) являются шаги: шаг по ξ 1 , обозначаемый индексом ∆ ξ 1 , и шаг по ξ 2 – ∆ ξ 2 ; по глубине по ξ 3 — интервал ( ∆ ξ 3 ). Число параметров сппинфа определяется его размерностью.

Пространственно-временные сппинфы используют во всех случаях, когда требуется получить информацию не только об изменчивости свойств геологической среды в пространстве исследуемого геологического тела, но и об их изменении в физическом времени. Информация режимного характера нужна для изучения и прогноза экзогенных геологических (включая инженерно-геологические) процессов, прогноза изменения геологической среды при искусственных (управляющих) взаимодействиях. Пространственно-временные сппинфы реализуют с целью получения сведений о режимах уплотнения грунтов основания сооружения, проницаемости, порового давления в основании и в теле земляных сооружений, о режиме других процессов.

Объем пространственно-временного сппинфа определяется по формуле:

где N — объем пространственного сппинфа, Т — полный расчетный период его функционирования, n t — частота наблюдений в год при нормальном режиме изучаемого свойства геологической среды (наблюдаемый параметр укладывается в интервал М [ R ( t )] ± σ R , n e , — частота наблюдений в год при экстремальных значениях наблюдаемого геологического параметра. Параметрами пространственно-временного сппинфа в зависимости от его размерности являются ∆ ξ 1 , ∆ ξ 2 , ∆ ξ 3 , а также ∆ t — период времени между наблюдениями. Он регламентирует режим наблюдений за компонентами инженерно-геологических условий (исключая моменты времени, отвечающие экстремальным значениям соответствующих геологических параметров).

Объемы работ, выполняемых в рамках нерегулярных сппинфов при среднемасштабных инженерно-геологических съемках, в целом коррелируют со сложностью инженерно-геологических условий. Их можно обосновать в проекте работ, опираясь на данные анализа накопленной информации об инженерно-геологических условиях территории предполагаемых исследований.

В ходе крупномасштабной инженерно-геологической съемки и инженерно-геологической разведки отдельные пункты получения информации, размещаемые нерегулярно, составляют лишь небольшую часть объема работ (первые проценты), и их можно планировать, вводя поправочный коэффициент (до 1,1) к подсчитанному объему регулярного сппинфа. Следует иметь в виду, что формальная независимость результатов расчета оценок значений показателя от координат пункта получения информации внутри области безразличия позволяет в процессе реализации регулярного сппинфа в той или иной мере учесть особенности инженерно-геологических условий при установлении положения каждой точки. Реализация регулярных сппинфов, локализованных границами изучаемых геологических тел, даст в целом для всей территории нерегулярную систему пунктов получения информации. Это объясняется тем, что параметры и ориентировки сппинфов в разных геологических телах различны.

Расчет параметров одномерного сппинфа представляет интерес главным образом при изысканиях линейных сооружений, когда требуется установить оптимальные расстояния между горно-буровыми выработками, местами проведения опытных полевых работ (например, зондирования) или геофизических измерений по трассе дороги, канала, трубопровода. Известно, что рекомендации по размещению пунктов получения информации (скважин, горных выработок и др.) по трассе, содержащейся в нормативных документах, регламентирующих методику инженерно-геологических исследований для линейных сооружений, научно не обоснованы (например, одна выработка на 3 км трассы). Они не учитывают свойства геологической среды, в том числе — генезис горных пород, свойства грунтов и их пространственную изменчивость. Сппинфы, рассчитанные в соответствии с указаниями настоящего раздела, способствуют получению более объективной информации о свойствах грунтов, необходимой для проектирования сооружений. Подчеркнем, что использование регулярного сппинфа не только не исключает, но, наоборот, предполагает размещение дополнительных пунктов получения информации во всех интересных с геологической точки зрения местах, выделенных в процессе инженерно-геологической съемки или обследования трассы (в местах сопряжения геоморфологических элементов, проявления экзогенных геологических процессов, переходов трассы через овраги и реки и др.).

К расчету одномерного сппинфа, ориентированного по глубине по ξ 3 , прибегают также при опробовании вскрытых скважинами (выработками) однородных по минеральному составу слоев грунта большой мощности. Одномерный сппинф представляет собой створ (линию), который ориентирован в одном из направлений плоскости ξ 1 , ξ 2 или в направлении ξ 3 (по глубине). В последнем случае рассчитывают интервал ∆ ξ 3 . В простейшем случае при стационарной изменчивости опробуемого геологического параметра сппинф рассчитывают, используя выражение

где L — длина опробуемого сечения геологического тела, n — объем сппинфа. Одним из наиболее простых и одновременно распространенных способов расчета параметра одномерного сппинфа является способ, рассматриваемый ниже. Он основан на том, что восстанавливаемая по данным инженерно-геологических исследований функция геологического параметра по координате 1 может отличаться от своего математического ожидания не более, чем на некоторую заданную величину E 0 , т. е. E < E 0 , где

В последнем выражении M[R( ξ )] — математическое ожидание функции исследуемого показателя по аргументу ξ ( ξ — направление одномерного сппинфа); . — оценка среднего значения исследуемого показателя, полученная по n частным значениям показателя ( R i ). Для расчета параметра ∆ ξ можно воспользоваться следующим неравенством:

где max — максимальная величина градиента исследуемого показателя по направлению ξ ,

Таким образом, для определения ∆ ξ нужно знать величину E 0 и max . Минимальное значение величины E 0 не может быть меньше абсолютной точности метода измерения изучаемого показателя свойств грунтов ( E м ), E 0 > E м . В то же время Е 0 не может превосходить некоторую критическую величину ∆ R крит . , называемую порогом отбрасывания нехарактерных крайних значений геологического параметра:

где R n — крайнее значение упорядоченного ряда частных значений исследуемого показателя, — оценка среднего выборочного значения, s — выборочное среднее квадратическое отклонение, t α — табличная величина, зависящая от принятого уровня доверительной вероятности и объема выборки 2 . Значения Е м и ∆ R крит ограничивают область, в которой находится Е 0 ,

Максимальную величину отношения приращения исследуемого показателя к приращению аргумента определяют, опираясь на данные рекогносцировочных работ, которые проводят на ограниченном участке трассы. Задача сводится к выбору максимальной величины ( R i + 1 – R i ) : ( ξ i + 1 – ξ i ) из ряда значений, подсчитанных для пар частных значений показателя, измеренных в соседних пунктах получения информации.

В качестве примера, иллюстрирующего рассматриваемый метод, приведем расчет расстояния между пунктами динамической пенетрации по профилю Урлапово–Кашино (Приобское плато). Для получения исходных данных, требуемых для определения шага опробования, на небольшом отрезке профиля проведены испытания лёссовых пород краснодубровской свиты динамическим зондированием. Результаты испытаний приведены в табл. 5.3.

Таблица 5.3. Данные опробования лёссовых пород динамической
пенетрацией на отрезке профиля Урлапово — Кашино

Оценка среднего значения показателя пенетрации, подсчитанная для 16 пенетрационных скважин, = 4,66; выборочное среднее квадратическое отклонение — s = 0,706. Для объема выборки n = 16 и 5 %-ного уровня значимости (доверительная вероятность 0,95) по таблице найдем t α . Она будет равна 2,67.

Определим ∆ R крит . = s · t α .

Существуют и другие способы расчета параметров одномерного регулярного сппинфа, которые учитывают вид аппроксимации случайной функции R( ξ ) и величину погрешности аппроксимации. Они рассмотрены в работе Г. К. Бондарика [2].

К расчету параметров двумерного сппинфа прибегают при опробовании грунтов на ключевых участках в рамках инженерно-геологической съемки среднего масштаба; решении вопроса о пространственном размещении горных выработок, буровых скважин, точек геофизических измерений или мест проведения полевых опытных работ (пенетрация, вращательный срез и др.); осуществлении крупномасштабной инженерно-геологической съемки; опробовании грунтов в вертикальном сечении геологического тела (в плоскости ξ 1 , ξ 3 или ξ 2 , ξ 3 ), выполняемом в процессе инженерно-геологической разведки строительной площадки. Расчет параметров многомерных (двух- и трехмерных) сппинфов предусматривает выполнение условия, в соответствии с которым должна соблюдаться равная степень рассеяния изучаемого показателя в разных направлениях. Это означает, что точность оценок среднего значения показателя, подсчитанного для различных направлений ( , ) , и точность оценки среднего, подсчитанного по данным опробования многомерной системы , должны быть одинаковы. Для двумерного сппинфа (плоскость ξ 1 , ξ 2 или ξ 1 , ξ 3 ; ξ 2 , ξ 3 ) это условие можно записать как равенство средних квадратических отклонений среднего значения в различных направлениях, т. е. как . Так как , то

где и — средние квадратические отклонения показателя в главных направлениях, n 1 и n 2 — число точек опробования в главных направлениях. Преобразуя формулу (2), получим

где — модуль анизотропности.

Объем сппинфа равен n = n 1 · n 2 .

Таким образом, имеем систему уравнений:

решив которую относительно п 1 и n 2 , получим:

Пусть опробуемая площадь (ключевой участок, строительная площадка и т. д.) имеет размер , тогда

где ∆ ξ 1 и ξ 2 — шаги опробования по ξ 1 и ξ 2 . Подставив правые части выражений (6) в уравнения (5), получим формулы параметров двумерного сппинфа

Для сппинфа, ориентированного в вертикальной плоскости ( ξ 1,3 ) или ( ξ 2,3 ), будем иметь аналогичные выражения:

(шаг опробования по ξ 1 );

(шаг опробования по ξ 2 );

В приведенных формулах — мощность опробуемого геологического тела, — модуль анизотропности исследуемого показателя в соответствующей плоскости (подстрочный индекс).

Порядок расчета двумерного сппинфа проиллюстрируем примером. При опробовании лёссовых пород краснодубровской свиты динамическим зондированием (рекогносцировочные работы) были получены данные, приведенные в табл. 5.4.

Таблица 5.4. Данные опробования лёссовых пород

По данным, приведенным в табл. 5.4, подсчитаем модули анизотропности и объемы сппинфов для каждого слоя лёссовых пород:

Число точек зондирования для опробуемых слоев лёссовых пород при доверительной вероятности 0,9 ( t а =1,65) и относительной точности р = 10 % составит:

n 1 = 1,65 2 · 33,4 2 / 10 2 = 30;

n 2 = 1,65 2 · 26,7 2 / 10 2 = 19;

n 3 = 1,65 2 · 29,5 2 / 10 2 = 24.

Площадь участка, для которого рассчитывался сппинф, равна 20 ⋅ 20 км. Воспользовавшись выражениями (7), подсчитаем параметры двумерного сппинфа для каждого из слоев лёссовых пород.

Шаг опробования по ξ 1 для слоя I:

шаг опробования по ξ 2 для слоя I:

Для слоев II и III соответственно получим:

Параметры систем опробования разных слоев различны: 3,0 ⋅ 4,3 км (слой I), 2,8 ⋅ 7,3 км (слой II) и 3,0 ⋅ 5,2 км (слой III). Это естественно, поскольку слои имеют разные характеристики изменчивости.

Для реализации двумерной системы размещения точек динамической пенетрации всех трех слоев следует выбрать наименьшие значения шагов опробования по ξ 1 и по ξ 2 . Для рассматриваемого примера сппинф будет иметь параметры 2,8 ⋅ 4,3 км. Определение размеров области безразличия требует расчета параметров сппинфа с учетом погрешности определения модуля анизотропности.

Погрешность модуля анизотропности показателя пенетрации слоя I лёссовых пород в плоскости ξ 1 , ξ 2 равна ±0,1. При расчете шага опробования по ξ 1 с учетом погрешности модуля анизотропности получим два значения: ∆ ξ 1 1 = 2,8 км ( = 1,2 + 0,1) и = 3,3 км (=1,2 – 0,1). Аналогично имеем два значения шага опробования по ξ 2 : ∆ ξ 2 1 = 4,7 км ( = 1,2 + 0,1) и = 4,0 км ( = 1,2 – 0,1). Длина области безразличия по ξ 1 будет 0,5 км, по ξ 2 — 0,7 км, а площадь составит 0,5 ⋅ 0,7 км. В пределах области пункты получения информации могут смещаться на 0,25 км в обе стороны от ее центра в направлении ξ 1 и на 0,35 км в обе стороны от центра в направлении ξ 2 . При установлении местоположения каждого конкретного пункта получения информации в пределах области безразличия следует учитывать особенности инженерно-геологических условий или природную и хозяйственную обстановку. После расчета параметров сппинфа всегда проверяется условие получения независимых величин, заключающееся в проверке неравенств:

Расчет трехмерного сппинфа, так же как и двумерного, предполагает выполнение условия равноточности оценок средних значений исследуемого показателя, подсчитанных по данным опробования геологического тела в главных направлениях изменчивости и по глубине. Опуская вы­кладки, аналогичные приведенным выше, для трехмерного сппинфа запишем замкнутую систему уравнений:

n = n 1 ⋅ n 2 ⋅ n 3 ,

где п — объем сппинфа; п 1 , n 2 , п 3 — число пунктов получения информации по главным направлениям ξ 1 и ξ 2 и по глубине ξ 3 ; , , — модули анизотропности для плоскостей ( ξ 1 , ξ 2 ), ( ξ 1 , ξ 3 ), ( ξ 2 , ξ 3 ). Решив эту систему уравнений относительно п 1 , n 2 и n 3 , будем иметь:

Как и при расчете двумерного сппинфа:

где— соответственно размеры опробуемого геологического тела по ξ 1 и ξ 2 и его мощность (по ξ 3 ).

Решив (8) относительно ∆ ξ и подставив его значение в соответствующие уравнения (9), получим выражения для подсчета параметров трехмерного регулярного сппинфа:

Формулы (10) можно привести к более простому виду, заменив квадраты модулей анизотропности отношением дисперсий исследуемого показателя в главных направлениях и по глубине. Опуская промежуточные выкладки, приведем окончательные выражения параметров трехмерного сппинфа:

После расчета параметров сппинфа проверяют условие ∆ ξ 1 ⋅ ∆ ξ 2 ⋅ ∆ ξ 3 ≥ V корр. , где V корр. — область автокорреляции (статистическая проба), равная

Как отмечено выше, пространственно-временной сппинф характеризуют пространственные и временные параметры. Порядок расчета пространственных параметров сппинфов, шагов и интервала ( ∆ ξ 1 , ∆ ξ 2 , ∆ ξ 3 ) рассмотрен выше. Временной параметр — период времени между наблюдениями ∆ t можно подсчитать как параметр одномерной системы пунктов получения информации. Зададимся условием, что точность аппроксимации случайного ряда результатов наблюдений Е 0 должна удовлетворять неравенству E 0 < E , где E = M | R ( t )| – M | R ( t )| — математическое ожидание случайного ряда, — оценка среднего значения параметра R , полученная по п измерениям.

где K RR (0) и K RR ( ∆ t i ) — оценки автокорреляционной функции соответственно при τ = 0 и τ = ∆ t ; Е — принятая величина погрешности аппроксимации. Зная величину E и K RR (0), по формуле (12) можно подсчитать K RR ( ∆ t i ) и по графику (рис. 5.2) определить ∆ t.

Рис. 5.2. График автокорреляционной функции геологического параметра

В случае стационарного случайного процесса с нормальным распределением наблюдаемого параметра R период времени между наблюдениями выбирают исходя из погрешности аппроксимации.

где — оценка среднего значения случайного процесса; M[R(t)] — математическое ожидание случайного процесса, Т — полный расчетный период функционирования сппинфа, ∆ t — период времени между наблюдениями.

Из уравнения (13) получим:

5.5. Расчет числа, площади и формы
ключевых участков — эталонов

В процессе среднемасштабной инженерно-геологической съемки инженерно-геологическое опробование проводят на ключевых участках. Число и местоположение ключевых участков — эталонов устанавливают на основании анализа данных о пространственной изменчивости показателей свойств грунтов.

Поскольку данные опробования представляют в виде оценок средних значений показателей и мер их рассеяния, то, естественно, ключевой участок — эталон должен располагаться в пределах квазиоднородной области поля опробуемого геологического параметра, а число ключевых участков должно быть не меньше числа квазиоднородных областей поля. Таким образом, вопрос о минимальном числе ключевых участков — эталонов предполагает предварительную оценку поля опробуемого геологического параметра (однородное или неоднородное). Оценку можно получить путем проверки режима изменчивости параметра в главных направлениях. Если поле опробуемого параметра однородно (режим изменчивости по ξ 1 и по ξ 2 стационарный), то для получения представительных оценок показателей свойств грунтов достаточно опробовать один ключевой участок — эталон. Если режим изменчивости показателя по ξ 1 нестационарный, то нужно разделить поле на квазиоднородные области, внутри которых режим изменчивости показателя в любом направлении плоскости ξ 1 , ξ 2 можно считать стационарным в соответствии с принятым критерием.

В качестве такого критерия можно предложить приближенную оценку несущественности различия оценок средних значений показателя, которая записывается в виде условия — , где и — оценки среднего значения показателя, соответствующие границам квазиоднородной области шириной l ξ (рис. 5.3); σ R — среднее квадратическое отклонение частных значений показателя. Критерий означает, что различия между оценками среднего значения показателя внутри квазиоднородной области поля шириной l ξ укладываются в интервалах ±2 σ R . Для установления величины l ξ запишем

Вместо неизвестных и в уравнение (15) подставим 2 σ R и заменим член выражением (для линейного тренда). Окончательно получим

Рис. 5.3. Определение ширины квазиоднородной области
неоднородного поля геологического параметра в направлении ξ 1

Значения 2 σ R , и получают по данным рекогносцировочных работ. Минимальное число ключевых участков — эталонов n min = L ξ : l ξ . Положение ключевого участка — эталона в пределах квазиоднородной области поля исследуемого геологического параметра устанавливают, оценивая изменчивость показателей свойств грунтов по их случайной по­следовательности, секущей квазиоднородную область по ξ 1 . На ключевом участке показатели свойств должны быть типичными. Величину показателя свойств можно считать типичной, если: 1) сохраняется характер изменения оценок его средних значений; 2) сохраняется режим флуктуации (размах и частота колебаний частных значений вокруг среднего такие же, как и на других участках случайной последовательности значений показателя по ξ 1 ); 3) отсутствуют резкие аномалии частных значений показателя.

Для выбора места размещения ключевого участка — эталона по случайной последовательности показателя на ней показывают математическое ожидание и интервалы ±2 σ R . В случае сомнения в правильности выбора места ключевого участка можно проверить условие несущественности различия между оценками среднего значения параметра на выбранном отрезке случайной последовательности и среднего значения на отрезке l ξ . Для этого используем формулу:

Значения получают по таблице для выбранного уровня значимости. Кроме критерия Стьюдента можно воспользоваться выражением:

В выражении (17) s 2 — оценка дисперсии показателя на отрезке l ξ , равная , ( k — число выборок); s i 2 — оценка дисперсии для выбранного участка; n i — объем выборки, по которой подсчитано , N — суммарный объем выборок, по которым произведен расчет . Ключевые участки — эталоны следует располагать не только на линиях опорных профилей, для которых проведены рекогносцировочные работы. Их можно размещать на всей территории, принадлежащей квазиоднородной области, в тех местах, где компоненты инженерно-геологических условий являются типичными. Однако при прочих равных условиях предпочтение следует отдавать местам пересечения опорных профилей. Можно также сдвигать места размещения ключевых участков по ξ 2 , особенно когда имеется уверенность в том, что при этом несущественно изменится режим изменчивости показателя по ξ 1 .

Расчет площади участка-эталона проводят в соответствии со следующим алгоритмом.

1. По данным рекогносцировочных работ на взаимно перпендикулярных профилях, ориентированных по ξ 1 и ξ 2 , подсчитываем нужные статистики: и радиусы корреляции

2. Находим область корреляции опробуемого геологического параметра s корр = Радиус корреляции можно рассматривать как минимальный шаг опробования, тогда

s корр. = ∆ ξ 1 ⋅ ∆ ξ 2 . (18)

3. Выражение (18) — площадь элементарной ячейки двумерного сппинфа, поэтому площадь ключевого участка — эталона F будет равна

F = n ⋅ ∆ ξ 1 ⋅ ∆ ξ 2 , (19)

где n — число точек опробования.

4. Определим длину сторон ключевого участка — эталона по главным направлениям изменчивости и Для этого воспользуемся уравнениями

Решая систему уравнений (20) относительно и получим формулы для расчета длины сторон ключевого участка — эталона:

Рассматриваемый метод определения площади и формы ключевых участков пригоден и для расчета ключевых участков, располагаемых в местах, выбранных на основании анализа структуры ландшафта.

1 Реализация сечения поля геологического параметра по линии опробования

2 См. например, табл. ХII приложений к работе В. Ю. Урбаха (1964), табл. IV к работе И. С. Комарова (1972).

Источник: bookonlime.ru

5 категорий сложности при разработке КМД

Практически 100%-ая копия полюбившегося многим инстаграм, идеально подойдет для портфолио, презентации работ своим клиентам или как отклик на понравившуюся вакансию. Молодой ресурс, но администраторы оперативно реагируют на предложения и вопросы.

5 категорий сложности конструкций при разработке КМД

При разработке КМД металлические конструкции подразделяются на пять категорий сложности в зависимости от их назначения и конструктивной формы.

I категория сложности:

• прогоны;
• связи и распорки простые;

• балки и стойки площадок прокатные;
• тяжи;
• лестницы — стремянки, пожарные лестницы без площадок;
• упоры прокатные;
• стойки и ригели фахверка;
• ограждения и перила;
• площадки переходные, посадочные, ремонтные;
• прямоугольные щиты;
• импосты;
• рифленый настил;
• монорельсы прямолинейные;
• кронштейны и консоли;
• детали витражей из стального проката.

II категория сложности:

• фонари простые;
• связи и распорки сложные, пространственные;
• ригели рамные прокатные ;
• тормозные фермы;
• закладные части фундаментов;
• опорные плиты и шайбы;
• стойки составного сечения из прокатного профиля;
• подвески для монорельсов и площадок;
• хомуты;
• стяжные приспособления;
• опорные столики, обрамления колонн;
• двери;
• крышки люков;
• сооружения каркасного типа, посты управления, будки, кабины;
• бункерные решетки;
• площадки под механизмы открывания фонарей;
• балки площадок и междуэтажных перекрытий прокатные;
• опоры скользящие, неподвижные щитовые, лобовые и т.д.;
• каркасы лестничных клеток и шахты лифтов;
• вентиляционные шахты;
• лестницы маршевые с площадками и опорами;
• оконные и фонарные переплеты;
• опоры под площадки пространственные ;
• траверсы, элементы оттяжек;
• фланцы простые;
• кровля зданий воздухонагревателей, литейного двора, поддоменного и машинного здания;
• переходы по цеху;
• пилоны наклонных мостов;
• разливочные машины;
• стойки каркаса нагревательных методических и обжигательных печей;
• стойки и стенки регенераторов мартеновских печей;
• прямоугольные балки и резервуары;
• цистерны с плоскими днищами;
• плоскости герметичного лаза коллектора;
• шпренгельные прогоны;
• стойки и ригели фахверка составного сечения;
• фахверковые колонны без примыканий;
• монорельсы прямолинейные и с полосой усиления;
• перфорированные балки;
• несущие конструкции типа «Канск» и «Плауэн».

III категория сложности:

• фермы всех видов пролетом до 36 м;
• фермы аэрационных и светоаэрационных фонарей;
• колонны сплошностенчатые прокатные и сварные, а также решетчатые;
• балки составного сечения;
• ригели рамные наклонные;
• связи и распорки особо сложные;
• монорельсы криволинейные;
• стойки и ригели фахверка сварные;
• балки криволинейного очертания;
• балки с гофрированной стенкой;
• лестницы с решетчатой тетивой;
• опоры плоские и пространственные ;
• площадки косоугольные и кольцевые;
• промышленные ворота;
• элементы силосов;
• связи и распорки ;
• балки подкрановые с разбивкой дыр для крепления рельса;
• элементы дымовых труб и воздуховодов без патрубков и переходов;
• ригели и стойки сплошных рам;
• конструкции доменных цехов;
• сварные опорные кольца;
• копер и монтажная балка;
• колошниковая площадка;
• наклонный мост без пилона;
• конструкции подшкивных площадок и опрокидывающих устройств;
• лифт;
• подъемники;
• конструкции мартеновских печей;
• арки свода;
• каркас головки печи;
• рамы регенераторов;
• шахтные копры;
• прямые трубопроводы;
• цистерны всех типов с коническими днищами;
• башни, мачты решетчатые;
• мачты ЛЭП;
• надколонники ферм;
• косоуры.

IV категория сложности:

• бункеры симметричные ;
• фермы с криволинейными очертаниями поясов;
• опоры пространственные;
• элементы диффузоров и градирен;
• фермы всех видов пролетом более 36 м;
• воздухонагревательные аппараты;
• газгольдеры и резервуары больших емкостей с плоскими днищами;
• цилиндрические сегментные и секторные затворы;
• вагранки и другие аналогичные конструкции с одним коническим переходом;
• колонны горна и шахты доменной печи со связями и балками;
• желоба для выпуска стали;
• шахтные барабаны и выпуски бензольных скрубберов;
• газовые холодильники и другие аналогичные конструкции с внутренними площадками и насадками;
• наклонные фермы галерей;
• мачты решетчатые и ЛЭП переменного периметра;
• каркасы печей.

V категория сложности:

• элементы дымовых труб и воздуховодов с патрубками и переходами;
• бункеры несимметричные ;
• подкраново — подстропильные конструкции коробчатого сечения;
• балки рабочих площадок сплошностенчатой и рамной конструкции сложного очертания;
• фермы тяжелые сложной конфигурации и уникальные;
• кожух доменной печи;
• газоотводы;
• кольцевой воздухопровод;
• фасонные части трубопроводов;
• пылеуловители, скруббера, отстойники и прочие конструкции резервуарного типа с коническими многоярусными основаниями;
• опрокидывающие устройства мостов и подъемников;
• подшкивные площадки наклонного моста;
• седла под трубопроводы;
• сложные арки большого пролета.

Далее:

Работа конструктора над технологичностью конструкций

Основные положения оформления монтажных схем

Экономичность конструкций

Внесение изменений в чертежи КМД

Учет допусков на размеры проката

Тематическая подборка для проектирования строительных конструкций

Проектирование металлоконструкций — это прибыльный бизнес?

Стремительное развитие мобильной связи в 20 веке

Чертеж воздухонагреватель. Лепесток купола

Работа конструктора над чертежом

Что такое чертежи КМД и зачем они нужны. Разработка КМД в Екатеринбурге!

Чертеж стропильной фермы из уголков

Основные правила оформления деталировочных рабочих чертежей

Чертеж резервуара объемом 25 м3

Огравление $Rightarrow $

Готовые проекты

Наши главные преимущества

BIM технологии информационного моделирования в строительстве

Гарантия качества с передовыми технологиями BIM. Используем инструменты и процессы информационного моделирования.

Проектирование чертежей – полностью в 3D

Быстрая проработка и оценка решений на ранних этапах проекта. Отсутствие в проекте перерасхода материалов и возможность минимизировать ошибки.

Опыт наших инженеров

За плечами десятки успешно реализованных проектов КМ, КМД, КЖ. В нашей компании работают только инженеры с профильным образование. Мы постоянно проводим дополнительное обучение в компании, повышая уровень профессионализма.

Высокое качество строительного проекта

Благодаря BIM технологиям исключаются множество человеческих факторов, и достигается 100% собираемость конструкций. Все проекты просчитываются на нагрузки и подписываются инженерами с многолетним стажем работы.

Экономия Ваших средств

Система скидок для постоянных клиентов. Выбор экономически целесообразных решений, использование стандартных конструкций для сокращения цены сооружения.

Оперативность разработки проектной документации

Грамотное управление, сжатые сроки проектирования с использованием автоматизированных систем. Возможность поэтапно выдавать рабочую документацию КМ, КМД, КЖ. Согласование технических решений в течение суток.

Авторский надзор на площадке строительства

Только авторский надзор позволяет гарантировать наилучшее качество готовой проектной документации. Осуществление авторского надзора за строительством проектируемых объектов, контроль за соответствием качества строительных работ и материалов, конструкций и изделий, требованиям утвержденного проекта, стандартов и технических условий.

Готовые проекты строительных объектов

Готовые проекты каркасов из металлических и железобетонных конструкций. Вы можете выбрать понравившийся Вам дом или другое сооружение из более 100 имеющихся проектов.

Широкая география проектно-конструкторских услуг

Компания 3dstroyproekt.ru не привязана к определенному городу, мы занимаемся проектированием по всей России. Ищем представителей в Москве, Санкт-Петербурге, Новосибирске, Нижнем Новгороде, Казани, Челябинске, Омске, Самаре, Ростове-на-Дону, Красноярске, Воронеж, Волгограде и других городах России.

Источник: 3dstroyproekt.ru

Уровень сложности в строительстве

Предварительная оценка геотехнической ситуации

Современное геотехническое сопровождение начинается с первого шага строительного процесса — оценки инвестиционной привлекательности объекта реконструкции и пятна застройки (или технико-экономического обоснования). У инвестора — застройщика обычно не возникает проблем с оценкой вероятной стоимости надземных конструкций: каждая статья затрат — от строительно-монтажных работ до любого класса отделки — легко прогнозируется. В то же время даже ориентировочное определение стоимости устройства или усиления фундаментов требует привлечения специалиста-геотехника и проведения предварительной оценки геотехнической ситуации. Последняя требует решения (в первом приближении) трех задач:

• определения возможного типа фундаментов строящегося или реконструируемого здания, которые обладали бы необходимой надежностью и обеспечивали безопасность окружающей застройки;
• выбора щадящей технологии работ нулевого цикла (Под щадящей здесь подразумевается технология, не оказывающая негативного воздействия на грунты основания и соседние строения в конкретной геотехнической ситуации.);
• оценки необходимости усиления основания и фундаментов соседних зданий.

Эти задачи могут быть решены, исходя из информации, содержащейся в геотехнических картах и в эскизном проекте.

Для предварительной оценки геотехнической ситуации необходимы:

• информация о назначении объекта нового строительства или реконструкции;
• генплан объекта;
• основные конструктивно-планировочные решения (включая подземное пространство);
• ориентировочный уровень нагрузок на основание;
• архивные сведения об инженерно-геологических условиях площадки.

В рамках предварительной оценки геотехнической ситуации производят:

• определение геотехнической категории объекта реконструкции или нового строительства;
• назначение объема работ по изысканиям и обследованиям в соответствии с геотехнической категорией;
• выявление принципиально возможных вариантов устройства подземной части строящегося здания, сооружения или необходимости усиления реконструируемого здания;
• ориентировочную оценку стоимости работ.
• После того как предварительный анализ показал состоятельность инвестиционного проекта в части стоимости нулевого цикла и принято решение об открытии финансирования, необходимо выполнить комплекс предпроектных изыскательских работ. Программа этих работ и требования к ним составляются, исходя из геотехнической категории сложности объекта.

Геотехнические категории сложности объекта нового строительства или реконструкции

В международной геотехнической практике принято различать три геотехнических категории, отвечающих уровню сложности решения геотехнической задачи, заключающейся в обеспечении сохранности городской застройки при строительстве или реконструкции объекта:

1 — соответствует задаче минимальной сложности;
2 — рядовой задаче;
3 — наиболее сложной задаче.

При определении геотехнической категории необходимо учитывать:

• категорию ответственности строящегося здания (сооружения) или категорию технического состояния объекта реконструкции;
• категорию технического состояния застройки, окружающей объект строительства или реконструкции;
• категорию риска для существующей застройки, обусловленного влиянием нового строительства или реконструкции.

В отечественной нормативной литературе имеются понятия о первых двух группах категорий. Категория ответственности нового строительства определяется в зависимости от класса ответственности здания или сооружения (в соответствии со СНиП 2.01.07-85 «Нагрузки и воздействия») по табл.1.1.

Категории ответственности нового строительства

Категорию технического состояния реконструируемого здания или сооружения рекомендуется определять по ВСН 490-87, в которых содержится наиболее полная классификация дефектов конструкций (табл. 1.2). Этой же таблицей следует руководствоваться при определении категории технического состояния застройки, окружающей объект реконструкции или нового строительства.

Категории технического состояния здания или сооружения

Категория по состоянию

В отечественной и зарубежной нормативной литературе оценка геотехнической ситуации выполняется, исходя из представленных выше двух групп категорий. Такой подход вполне достаточен для обеспечения прочности и надежности собственно объекта реконструкции или нового строительства, но не гарантирует сохранности окружающей застройки. В связи с этим при рассмотрении геотехнической ситуации представляется целесообразным ввести категорию риска для существующей застройки, обусловленного новым строительством или реконструкцией (табл.1.3).

Категория риска определяется в рамках геотехнического обоснования проекта. Определение геотехнической категории сложности можно выполнять по схеме (рис.1.1), исходя из сочетания категорий: ответственности объекта строительства (или технического состояния объекта реконструкции), технического состояния окружающей застройки и риска, обусловленного реконструкцией или новым строительством.

Рис.1.1. Схема определения геотехнической категории сложности реконструкции и нового строительства в условиях городской застройки: х — категория технического состояния окружающей застройки; y — категория риска; z — категория ответственности объекта строительства или категория технического состояния объекта реконструкции

Определение категории риска при реконструкции и новом строительстве в условиях городской застройки

При новом строительстве

К геотехнической категории I следует отнести:

· реконструкцию здания без увеличения нагрузок на основание и изменения статических условий работы основания (без устройства новых фундаментов, углубления существующих подвалов и т.д.) при условии, что техническое состояние здания оценивается категорией 1;

· новое строительство зданий и сооружений, инженерных коммуникаций, оцениваемых категорией ответственности 1 и не оказывающих статических и техногенных воздействий на основание окружающей застройки.

Геотехническая категория II распространяется на сочетания категорий , не вошедшие в геотехнические категории I и III.

В геотехническую категорию III попадают такие сочетания, в которых хотя бы одна компонента представлена категорией 3. Исключениями являются случаи, когда имеет место категория 1 риска, а ответственность объекта нового строительства или техническое состояние реконструируемого здания характеризуются категориями 1 и 2 — этим случаям соответствуют геотехнические категории I и II.

Геотехническая категория сложности нового строительства или реконструкции подлежит уточнению на всех этапах геотехнического сопровождения

Инженерные изыскания и обследования

Инженерные изыскания должны предоставить достаточный материал для решения вопросов о степени влияния реконструкции или нового строительства (в том числе на стадии производства работ) на существующую застройку (включая реконструируемое здание) и для разработки конструктивных решений и мероприятий, позволяющих снизить это влияние до безопасных пределов.

Изыскания проводят в соответствии с программой, на основании технического задания заказчика, исходя из геотехнической категории сложности объекта, определенной в результате предварительной оценки геотехнической ситуации.

Инженерно-геологические изыскания и обследование фундаментов

В наиболее общем случае инженерно-геологические изыскания включают выполнение шурфов с обследованием фундаментов и грунтов основания, бурение скважин с отбором образцов, статическое и динамическое зондирование, лабораторные исследования грунтов и материала фундамента, обследование свай с определением длины, сплошности и уточнением несущей способности (в том числе статическими испытаниями).

При реконструкции здания или сооружения необходимо выполнение следующих работ:

для геотехнической категории I:

• изучение материалов инженерно-геологических изысканий прошлых лет и других архивных материалов;
• выполнение 2 — 3 контрольных шурфов в здании с определением состояния фундаментов и грунтов в их основании;
• выявление режима эксплуатации здания с целью установления факторов, отрицательно воздействующих на основание (утечки из коммуникаций, затопление подвалов);

для геотехнической категории II:

• изучение материалов инженерно-геологических изысканий прошлых лет и других архивных материалов;
• выполнение шурфов у каждого вида конструкций (стен, колонн) в наиболее ответственных участках с отбором и испытанием грунтов основания и обмером фундаментов;
• определение прочности фундамента неразрушающим методом, оценка поврежденных деревянных элементов (при их наличии);
• динамическое зондирование грунтов основания; при расхождении полученных при дополнительных изысканиях результатов с архивными материалами — статическое зондирование и бурение контрольной скважины с отбором и испытанием образцов грунта;
• ревизия и оценка состояния дренажных систем;
• выявление гидрогеологического режима и химического состава подземных вод;
• выявление наличия и местонахождения подземных сооружений, подвалов, фундаментов снесенных зданий, тоннелей, инженерных коммуникаций и т.п.;

для геотехнической категории III (помимо работ, необходимых для категории II):

• выполнение шурфов у всех вертикальных несущих конструкций (стен, колонн) в наиболее опасных местах с обмером фундаментов, отбором и испытанием грунтов основания и динамическим зондированием в сочетании с ручным бурением;
• определение прочности фундамента неразрушающими методами и прямыми испытаниями материала фундамента в лаборатории;
• статическое зондирование и бурение контрольных скважин (в объеме, предусмотренном для нового строительства ) с отбором и испытанием образцов грунта;
• в случае свайного основания — оценка длины свай, их сохранности и несущей способности.

Инженерно-геологические изыскания и обследования фундаментов окружающей застройки, попадающей в зону влияния нового строительства или реконструкции, проводятся для геотехнических категорий II и III основного объекта: для категории II — в объеме геотехнической категории I, для категории III — в объеме геотехнической категории II.

При детальном обследовании фундамента в открытом шурфе определяют размеры фундамента, выявляют переделки, исследуют однородность, сплошность и прочность кладки путем простукивания и испытания неразрушающими методами (молотками Фидзеля, Кашкарова, ультразвуковым методом и т.п.).

Когда прочность материала фундамента является решающей при определении его несущей способности, производят отбор образцов и его прямые испытания в лаборатории.

Длину и сохранность свай определяют посредством испытаний по неразрушающей методике с помощью низкодеформационного динамического теста после выведения сваи из работы в конструкции. Несущую способность сваи определяют путем стандартных статических испытаний свай, выведенных из работы в конструкции.

Инженерно-геологические обследования грунтов под подошвой фундаментов осуществляются путем динамического зондирования ручным зондом в сочетании с отбором грунта ручным бурением в пределах зондирования и отбором грунта со дна шурфа тонкостенным режущим кольцом с последующими лабораторными определениями физико-механических характеристик.

Инженерно-геологические исследования грунтов площадки устанавливают последовательность и выдержанность напластования грунтов, наличие линз и пластов сильносжимаемых грунтов. Грунты описывают в соответствии с номенклатурой, предусмотренной ГОСТ 25100-95, осуществляют высотную привязку слоев и горизонтов грунтовых вод. Количество скважин определяется объемом предыдущих изысканий, сложностью геологического строения участка и геотехнической категорией сложности сооружения.

Расстояние между скважинами назначают в зависимости от сложности инженерно-геологических условий:

• при простых инженерно-геологических условиях (не более двух различных литологических слоев, выдержанных по мощности в пределах глубин изысканий, при горизонтальной, перерасчлененной поверхности площадки и одном выдержанном горизонте грунтовых вод) — 50 — 100 м;
• при средних (не более 4 литологических слоев в пределах обследуемой толщи, залегающих наклонно и выклинивающихся с закономерным изменением характеристик грунтов в плане и по глубине, двух и более выдержанных горизонтах подземных вод с неоднородным химическим составом и (или) имеющим напор с наличием физико-геологических процессов, влияющих на сооружение) — 30 — 50 м;
• при сложных условиях (сильно расчлененной поверхности площадки, образованной в пределах изысканий более чем 4 литологическими элементами, резко изменяющимися по мощности и простиранию, при наличии линз, значительной степени неоднородности грунтов в плане и по глубине, не выдержанных горизонтах подземных вод, при сложном чередовании водоносных и водоупорных слоев, при широком распространении физико-геологических процессов, влияющих на сооружение) — 20 — 30 м.

В зависимости от количества секций здания или сооружения количество скважин должно составлять: при 1 — 2 секциях — не менее 4; при 3 -4 — 6, при большем количестве секций — не менее 8.

Глубина скважин определяется условием превышения расчетной мощности активной зоны под фундаментом на 2-3 м или, в первом приближении, по табл. 1.4.

Ориентировочная оценка глубины бурения скважин

Нагрузка на опоры, кН

Глубина
вскрытия, м

Нагрузка на
1 пог.м, кН

Глубина вскрытия, м

При этом необходимо вскрытие грунтов, обладающих удовлетворительными (для данного объекта) строительными свойствами, и заглубление не менее чем на 5 м ниже возможной отметки пяты предполагаемой сваи.

Количество отобранных образцов при проходке скважин должно обеспечить идентификацию инженерно-геологических элементов и возможность статистической обработки результатов определения физико-механических характеристик грунтов каждого инженерно-геологического элемента.

Обследование реконструируемого и примыкающих зданий

Размеры зоны обследования застройки, окружающей объект реконструкции или нового строительства, определяются размерами зоны влияния строящегося или реконструируемого объекта. Обследованию подлежат все здания и сооружения, которые согласно расчетной оценке могут получить какую-либо дополнительную деформацию от статических, динамических или иных техногенных факторов, связанных с реконструкцией или новым строительством.

В первом приближении радиус зоны обследования может быть ограничен (в соответствии с ТСН 50-302-96) одной секцией (блоком) примыкающих строений, при этом он должен быть не менее 30 м.

Обследование конструкций реконструируемых зданий и сооружений должно включать:

для геотехнической категории I:

• анализ проектной и архивной документации;
• составление обмерных чертежей при ее отсутствии в случае перепланировки, не затрагивающей несущие конструкции;
• визуальное освидетельствование состояния здания или сооружения с фиксацией трещин, их размера и характера; оценку состояния гидроизоляции;
• определение статической схемы работы здания;
• определение конструкции основных несущих элементов;
• контрольное определение прочности материалов несущих конструкций неразрушающими методами;
• поверочные расчеты;
• оценку степени физического износа;

для геотехнической категории II:

• анализ проектной и архивной документации;
• составление обмерных чертежей;
• визуальное освидетельствование состояния объекта с составлением дефектной ведомости;
• инструментальное обследование состояния гидроизоляции;
• выборочное вскрытие основных несущих элементов для определения их конструкции и состояния;
• определение прочности материалов несущих конструкций неразрушающими методами;
• определение фоновых параметров колебаний конструкций от имеющихся воздействий (автомобильного транспорта, трамваев, метро, соседних производств и т.п.);
• поверочные расчеты;
• оценку степени физического износа;

для геотехнической категории III (в дополнение к перечню работ для геотехнической категории II):

• вскрытие конструкций в нормативных объемах с определением степени повреждения несущих элементов, в том числе в узлах их сопряжений;
• выполнение шпуров для определения сплошности и однородности кирпичной кладки;
• отбор образцов из конструкций и прямое лабораторное определение их прочности.

Обследование конструкций окружающей застройки, попадающей в зону влияния нового строительства или реконструкции, производят для геотехнической категории II — в объеме геотехнической категории I; для геотехнической категории III — в объеме геотехнической категории II.

Визуальное обследование заключается в фиксировании дефектов, в том числе направления и раскрытия трещин. При этом выделяют основные группы трещин:

• вертикальные, мелкие, близко расположенные, находящиеся чаще всего в простенках первых этажей, нередко сопровождающиеся выпучиванием кладки — трещины, вызванные перегрузкой;
• трещины значительного раскрытия переменного по высоте здания, чаще наклонные, располагающиеся в местах ослабления сечения (межоконные пояса и т.п.) — трещины вследствие неравномерных деформаций;
• трещины температурного происхождения, располагающиеся вдоль дымовых каналов, по торцам здания и у торцов перемычек.

Выделение типа трещин позволяет определить основное направление дальнейшего обследования. По результатам визуальных обследований составляют дефектную ведомость с указанием местоположения дефекта, его описанием, оценкой степени опасности повреждения, вероятных причин его возникновения и возможных путей устранения.

Инженерные изыскания и обследования должны обеспечить достаточную информацию для проведения поверочных расчетов. Расчетные характеристики материала конструкций принимают по результатам испытаний, размеры — по обмерочным чертежам с учетом степени повреждения. Характеристики грунтов основания принимают уточненными по результатам дополнительных изысканий.

Для геотехнической категории I выполняют поверочные расчеты характерных несущих элементов (в основном, подвергающихся дополнительным воздействиям):

• производят сбор нагрузок на обследованные элементы;
• определяют расчетное сопротивление грунтов основания, несущую способность фундаментов (в месте вскрытия шурфов);
• оценивают накопленную и дополнительную осадки (на том же участке);
• выполняют расчет прочности наиболее нагруженного простенка первого этажа.

Для геотехнической категории II:

• производят сбор нагрузок на типичные элементы сооружения;
• определяют расчетное сопротивление грунтов основания и несущую способность фундаментов;
• оценивают накопленную осадку всех типов фундаментов;
• выполняют расчет прочности всех типов простенков на наибольшие нагрузки;
• производят проверку несущей способности всех типов элементов перекрытий и проверку допустимости прогибов.

Для геотехнической категории III выполняют те же расчеты, что и для категории II, для всех несущих конструкций.

Инженерно-геодезические изыскания

В общем случае инженерно-геодезические изыскания включают топографическую съемку территории, геодезические измерения накопленных неравномерных деформаций существующей застройки, организацию геодезической сети для мониторинга.

Топографическую съемку территории, где планируются реконструкционные работы, следует выполнять в два этапа. На первом этапе — до демонтажа конструкций здания, подлежащих по проекту разборке, выполняют:

• планово-высотную съемку границ площадки с привязкой межевых стен соседних зданий (при этом могут быть использованы материалы обследования конструкции узла сопряжения межевых стен) и фиксацией (по возможности) контура крыш соседних зданий;
• горизонтальную съемку примыкающих проездов;
• построение «жизненного» пространства реконструируемой территории в трехмерном изображении;
• заложение системы будущего геодезического контроля за состоянием соседних зданий и сохраняемых конструкций.

На втором этапе — после демонтажа отдельных конструкций уточняют границы «жизненного» пространства реконструируемой территории.

Для нового строительства (геотехнической категории II и III) топографическая съемка территории выполняется в один этап.

Геодезические измерения накопленных неравномерных деформаций состоят в нивелировании цоколя, определении отклонения плоскости стен и углов от вертикали.

Организация геодезической сети для геотехнического мониторинга осуществляется в соответствии с требованиями «Руководства по наблюдениям за деформациями оснований и фундаментов зданий и сооружений» (1975). Марки размещают с шагом 10 — 15 м с обязательной установкой на углах, в местах примыкания внутренних стен таким образом, чтобы по результатам нивелирования можно было построить кривую осадок здания. Крены углов здания фиксируют со взаимно перпендикулярных направлений.

Комплекс приведенных выше изыскательских работ является базой для второй ступеньки геотехнического сопровождения — геотехнического обоснования проекта.

Геотехническое обоснование проекта

Геотехническое обоснование предназначено для выбора оптимального варианта проектного решения, обеспечивающего надежность объекта реконструкции или нового строительства и сохранность окружающей застройки.

Составляющими геотехнического обоснования являются:

• ретроспективный анализ сложившейся геотехнической ситуации с выявлением причин деформаций и оценкой величин накопленных осадок для реконструируемого здания и застройки, окружающей объект реконструкции или нового строительства;
• анализ строительной (реконструкционной) ситуации с прогнозом деформаций объекта реконструкции или нового строительства и окружающей застройки при различных вариантах и технологиях усиления существующих фундаментов и устройства новых фундаментов, заглубленных и подземных объемов;
• геотехнический расчет объекта реконструкции и нового строительства для выбранного варианта и технологии фундирования.

Ретроспективный анализ сложившейся геотехнической ситуации выполняется для геотехнических категорий II и III.

Для геотехнической категории II он должен содержать:

• анализ фактического напряженно-деформированного состояния оснований реконструируемого здания и застройки, окружающей объект нового строительства или реконструкции;
• оценку степени влияния вибрационного фона площадки на развитие осадок;
• оценку степени завершенности осадок зданий;
• оценку величины допустимой дополнительной осадки существующей застройки при реконструкции и новом строительстве.

Для геотехнической категории III, помимо указанного выше, должны быть выполнены:

• ретроспективный анализ работы оснований реконструируемого здания и (или) застройки, окружающей объект реконструкции и нового строительства, совместно с работой конструкций существующей застройки;
• расчетная оценка суммарной величины накопленных деформаций и вклада различных факторов в развитие осадок существующей застройки.

Анализ строительной (реконструкционной) ситуации выполняется для всех геотехнических категорий и включает:

для геотехнической категории I:

• поверочные расчеты, обосновывающие отсутствие влияния строящегося или реконструируемого сооружения на существующую застройку, и уточнение категории риска;
• выбор технологии производства работ, не оказывающей воздействия на основания реконструируемого здания и застройки, окружающей объект реконструкции или нового строительства;

для геотехнической категории II:

• оценку размеров зоны влияния на основание и окружающую застройку при различных вариантах конструктивного решения объектов реконструкции и нового строительства и уточнение категории риска;
• поиск варианта конструктивного решения, обеспечивающего как надежность объекта реконструкции и нового строительства, так и сохранность окружающей застройки без ее усиления;
• выбор технологии производства работ, оказывающей минимальное воздействие на грунты основания и соседние строения, при которой не требуется предварительное усиление последних;

для геотехнической категории III:

• оценку размеров зоны влияния на основание и окружающую застройку при различных вариантах конструктивного решения объектов реконструкции и нового строительства;
• поиск варианта конструктивного решения, обеспечивающего как надежность объекта реконструкции и нового строительства, так и минимальное влияние на окружающую застройку;
• выбор технологии производства работ, оказывающей минимальное воздействие на грунты основания и соседние строения;
• назначение мер защиты конструкций окружающих зданий, адекватных ожидаемому воздействию со стороны объекта реконструкции и нового строительства.

Геотехнический расчет объекта реконструкции или нового строительства по выбранному варианту проектного решения и технологии фундирования выполняется для всех геотехнических категорий сложности и должен содержать:

для геотехнической категории I:

расчет по двум группам предельных состояний по СНиП 2.02.01-83*;

для геотехнической категории II, кроме того:

· определение несущей способности элемента усиления или нового фундамента по грунту с учетом сохранения природного сложения грунта или нарушения структуры ( в зависимости от применяемой технологии);

• определение несущей способности элемента усиления или нового фундамента по материалу с учетом его работы в грунтовой среде;
• определение доли нагрузки, передаваемой на элементы усиления и по подошве усиленного фундамента;
• оценку устойчивости проходки (скважины) для устройства элемента усиления или нового фундамента при различных технологиях ведения работ и способах крепления стенок;
• оценку осадок усиленного или нового фундамента.

Для геотехнической категории III в добавление к вышеперечисленным работам целесообразно выполнять совместный расчет здания (сооружения) и его основания.

В связи со сложностью и многофакторностью задач геотехнического обоснования для их решения рекомендуется привлекать численные методы, реализующие физически и геометрически нелинейные модели работы основания.

Технологический регламент

Анализ аварийных ситуаций, имевших место в Петербурге при ведении работ нулевого цикла в условиях городской застройки, свидетельствует о наличии некоторого разрыва между проектом и его практической реализацией. Сущность этого разрыва состоит в том, что проект не содержит обоснованных детальных требований к производству работ, а проект производства работ не имеет достаточного расчетного обоснования. К сожалению, подобная ситуация типична для современной отечественной строительной практики. Проектировщик в лучшем случае ограничивается самыми общими указаниями по ведению строительных работ, а подрядчик, как правило, не в состоянии обосновать безопасность для окружающей застройки применяемой технологии. Иными словами, ни проектировщик, ни подрядчик не уделяют должного внимания составлению технологического регламента, содержащего детальные указания и требования к геотехнологиям.

Основу регламента составляют результаты расчетного геотехнического обоснования, позволяющего выбрать оптимальное конструктивное решение и щадящую технологию устройства фундаментов. Технологический регламент является своего рода компромиссом между эффективностью, технологичностью ведения работ и обеспечением безопасности окружающей среды (грунтов основания и зданий).

Технологический регламент разрабатывается для геотехнических категорий II и III и в общем случае должен содержать следующие компоненты.

1. Критерии, позволяющие отличить допустимые техногенные воздействия от недопустимых. Основным критерием допустимости воздействия является условие

где Sadt i — осадка от i-го техногенного воздействия; Sadt u — предельно допустимая дополнительная осадка примыкающего здания в период ведения строительных работ на объекте, определяемая расчетом или назначаемая в первом приближении, исходя из требований норм (например, ТСН 50-302-96).

Прочие критерии — по допустимым параметрам колебаний, минимальному уровню грунтовых вод и т.п. — нацелены на раннюю диагностику геотехнической ситуации, когда негативные воздействия не привели еще к развитию осадок.

2. Перечень факторов риска, к которым могут быть отнесены:

• технологии в целом;
• отдельные технологические операции;
• ситуации, связанные со статическим и динамическим нагружением или разгрузкой основания в ходе строительных работ, снижением природного уровня грунтовых вод и т. д.

К факторам риска следует относить все технологии, оказывающие ударное, вибрационное или статическое воздействие на основание и окружающую застройку: операции по устройству проходок и выработок в грунте, процедуры высоконапорного нагнетания в грунт бетона или растворов, устройство глубоких котлованов (ниже глубины заложения фундаментов соседних зданий), водопонижение и т.д.

3. Размеры зон влияния каждого фактора риска (зоны риска). Эти размеры могут быть определены теоретически в рамках геотехнического обоснования или назначены, исходя из результатов технологических испытаний, проведенных на данной строительной площадке или в сходных условиях. Ориентировочные размеры зон риска при использовании ряда технологий (например, по забивке и вибропогружению свай и шпунта), приведенные в нормативной литературе, подлежат проверке при проведении технологических испытаний.

4. Особые требования к очередности выполнения различных видов работ на объекте. Работы на площадке всегда выполняют в некоторой логической последовательности. Однако существуют звенья, последовательность выполнения которых не имеет принципиального значения для собственно строительного объекта. В этом случае естественным критерием выбора очередности этих звеньев является обеспечение безопасности окружающей застройки.

5. Данные о последействии и релаксации влияния техногенных факторов в грунтах основания и требования к последовательности и интенсивности ведения каждого вида работ, отнесенного к факторам риска. Специфической особенностью воздействия на грунт строительных технологий является его относительная кратковременность.

Оно способствует расструктуриванию глинистого грунта, т.е. снижению прочностных характеристик. При этом грунт не уплотняется, поскольку длительность консолидационных процессов несопоставима с периодом ведения работ нулевого цикла. После снятия техногенного воздействия в грунте происходит восстановление части тиксотропно нарушенных связей, рассеяние напряжений. Учет этих явлений необходим при назначении очередности ведения работ на площадке во времени и пространстве для того, чтобы локализовать влияние технологического процесса на грунты основания и выбрать оптимальную интенсивность работ, не приводящую к прогрессированию деформаций основания. При рассмотрении устойчивости во времени выработок и скважин весьма существенным является учет параметров ползучести грунта.

6. Параметры щадящих режимов производства работ. Эти параметры (например, частота работы вибропогружателя; масса и высота сброса молота при погружении свай и шпунта; высота грунтовой пробки, оставляемой в обсадных трубах при бурении скважин для буронабивных свай; давление нагнетания при закреплении массива грунта или заполнении скважины бетоном) в первом приближении могут быть определены расчетным путем или назначены по нормативной и справочной литературе. Их уточнение для условий конкретной площадки возможно по результатам технологических испытаний по видам работ, отнесенных к факторам риска.

7. Вопросы обеспечения и контроля качества работ. Они регламентируются действующими нормами и стандартами. В технологическом регламенте должны быть предписаны:

• виды контрольных испытаний для каждого типа ответственных конструкций;
• количество испытаний, их периодичность, последовательность;
• требования к испытаниям.

8. Требования к геотехническому мониторингу за состоянием окружающей застройки и возведенных конструкций и надзору за ходом строительства. Программа мониторинга закладывается в общих чертах на стадии разработки рабочего проекта и детализируется в проекте производства работ. В программе указывают:

• цели мониторинга;
• зону его действия;
• предмет мониторинга (контроль за осадками, параметрами колебаний, уровнем грунтовых вод, поровым давлением и т.д.);
• периодичность и сроки проведения мониторинга;
• механизм остановки работ при возникновении неблагоприятных воздействий.

• при разработке рабочего проекта;
• при разработке проекта производства работ.

На первом этапе регламент разрабатывают, исходя из требований нормативных документов и стандартов, на основе численного моделирования различных технологических ситуаций, а также накопленного опыта производства данного вида работ в сходных условиях. При отсутствии или недостатке такого опыта необходимо проведение технологических испытаний, по результатам которых может быть уточнен регламент.

Основные позиции технологического регламента должны содержаться в проекте организации работ, а в развернутом виде — в проекте производства работ.

Для сложных инженерно-геологических условий либо при наличии ветхой окружающей застройки при отсутствии достаточного для данного региона опыта применения технологии предусмотренный проектом регламент должен быть апробирован на опытной площадке путем проведения специальных технологических испытаний и наблюдений в натурных условиях.

Технологические испытания

Технологические испытания являются необходимой составляющей геотехнического сопровождения строительства и проводятся в случае, если геотехнология не прошла достаточной апробации в условиях, аналогичных условиям данной строительной площадки. Испытания проводят для геотехнических категорий II и III.

Указания на необходимость выполнения таких испытаний для ряда технологий содержатся в действующей нормативной литературе. В частности, перед применением в условиях городской застройки методов забивки или вибропогружения свай и шпунта требуется проведение пробного погружения с регистрацией параметров колебаний грунтов основания и фундаментов окружающих зданий. При работах по закреплению грунтов основания и инъецированию фундаментной кладки предписывается проведение опытного нагнетания для определения фактического поглощения раствора, гарантированной зоны закрепления, корректировки давления нагнетания и состава растворов.

Наиболее актуальны технологические испытания при устройстве глубоких фундаментов (свайных, шлицевых, «стена в грунте» и т.д.), технология изготовления которых может оказывать наибольшее влияние на массив грунта. Действующие нормы предписывают, например, проведение статических испытаний опытных свай, изготовленных на площадке, до начала работ по устройству свайных фундаментов. Технологические испытания могут быть проведены в процессе изготовления опытных и анкерных свай и не потребуют существенных дополнительных затрат. В связи с этим представляется целесообразным дополнить положения норм требованием о проведении технологических исследований процесса устройства свай, предназначенных для статических испытаний.

Целью технологических испытаний является корректировка регламента, предложенного в проекте, и отладка щадящих технологических режимов.

Испытания должны включать:

• оценку изменения напряженно-деформированного состояния массива грунта с помощью системы глубинных и поверхностных геодезических марок, марок для измерения послойных деформаций грунта, датчиков порового давления, мессдоз для определения вертикальных и горизонтальных напряжений;
• фиксацию параметров колебаний на всех технологических операциях с помощью сейсмоприемников, а также анализ динамического воздействия на грунты основания и окружающие конструкции;
• инструментальную регистрацию параметров технологических операций посредством измерительной аппаратуры, установленной на рабочем оборудовании;
• визуальный пооперационный контроль.

По результатам технологических испытаний определяют радиусы безопасных зон работы механизмов, вносят коррективы в рабочую документацию и проект производства работ, в том числе в программу геотехнического мониторинга. Пример проведения технологических испытаний приведен в гл. 9.

Геотехнический мониторинг

Наличие обоснованного конструктивного решения и щадящей технологии ведения работ является необходимым, но не достаточным условием успешного строительства. Как показывает практика, на процесс производства влияет множество дополнительных факторов: квалификация персонала, состояние техники, соблюдение регламента, щадящих технологических режимов ведения работ. Кроме этого, нельзя исключить и несоответствие расчетных схем, использованных при геотехническом обосновании рабочего проекта и проекта производства работ, реальным условиям работы грунта и конструкций.

Геотехнический мониторинг является инструментом оперативного управления производством работ нулевого цикла. В международной практике ни одна строительная площадка не обходится без мониторинга, который является также обязательным условием заключения договора о страховании строительного риска.

Цель геотехнического мониторинга — обеспечение надежности возводимой конструкции, сохранности окружающей застройки и коммуникаций.

Основной задачей мониторинга является фиксация превышений критериев безопасного ведения работ. Мониторинг оказывается эффективным в том случае, если осуществляющая его геотехническая организация наделена правом приостановки работ при обнаружении превышения установленных критериев.

В сферу мониторинга, помимо строительной площадки, попадают геологическая и гидрогеологическая среды, капитальная застройка и ответственные коммуникации, находящиеся в зоне риска, связанного со строительством или сложной реконструкцией объекта.

Объем и состав мониторинга зависят от категории геотехнической сложности строительства. Мониторинг проводится для категорий II и III и состоит из двух этапов — подготовительного и рабочего.

На подготовительном этапе выполняют следующие работы:

для геотехнической категории II:

• анализ исходной информации по результатам обследования застройки (освидетельствование технического состояния застройки в зоне действия мониторинга; фиксация дефектов, графическая фиксация и фотофиксация, составление ведомостей дефектов; определение фоновых параметров колебания конструкций зданий от имеющихся воздействий автомобильного транспорта, трамваев, метро, соседних производств и т.д., определение кренов стен зданий, неравномерности осадок);
• установку маяков и датчиков раскрытия трещин;
• установку геодезических марок с привязкой к городской реперной сети;
• установку пьезометров (режимных скважин) для контроля за уровнем грунтовых вод (для случаев устройства выработок ниже УГВ);
• уточнение проектных критериев по допустимым воздействиям;

для геотехнической категории III:

помимо работ, перечисленных выше, в наиболее сложных и ответственных случаях дополнительно устанавливают грунтовые геодезические марки, марки для измерения послойных деформаций, датчики порового давления, мессдозы вертикальных и горизонтальных напряжений.

На рабочем этапе мониторинга осуществляют:

для геотехнической категории II:

• визуальный контроль технического состояния конструкций окружающей застройки; контроль состояния маяков и датчиков на трещинах;
• геодезические измерения деформаций зданий;
• наблюдения за параметрами колебаний;
• фиксацию уровня грунтовых вод по пьезометрам;
• контроль за соблюдением геотехнического регламента работ;
• технический контроль за состоянием возведенных конструкций;
• контроль качества выполненных работ согласно требованиям нормативных документов, в том числе контроль сплошности свай в случае устройства свайных фундаментов;

для геотехнической категории III:

дополнительно к перечню работ, приведенному выше, для наиболее сложных случаев производят фиксацию показаний установленной контрольно-измерительной аппаратуры.

По мнению авторов, геотехническое сопровождение всех этапов строительного процесса: предварительная оценка геотехнической ситуации на стадии рассмотрения инвестиционной привлекательности объекта, изыскания и геотехническое обоснование при разработке проекта, технологические испытания на опытной площадке для отработки щадящих технологических режимов, геотехнический мониторинг на стадии производства работ нулевого цикла — является непременным условием успешного осуществления строительства и реконструкции.

Как показывает опыт сложной реконструкции в крупных городах России, в том числе в Петербурге, экономия на геотехническом сопровождении приводила, как правило, к затратам, намного превышающим стоимость самого сопровождения. В ряде случаев происходили утраты значимых памятников архитектуры.

Отдельные составляющие и весь комплекс работ по геотехническому сопровождению могут быть проиллюстрированы примерами реконструкции зданий и кварталов городской застройки Петербурга.

Источник: georec.narod.ru