Геофизические исследования
Чтобы получить полную надежную информацию о территории, где планируется располагать сооружение или бурить скважину, требуется провести геофизические изыскания. Такие работы предполагают исследование рельефа местности и присутствующего здесь грунта. В результате появляется информация о разрезе слоев земли и даются оценки возможности ведения запланированных работ. Также появляется возможность определять наличие на глубине полезных ископаемых. Геофизические исследования относятся к разновидности инженерных изысканий, о которые более подробно можно прочитать здесь.
Назначение исследований
В процессе геофизических исследований получаются точные сведения о характере недр территории, где планируется ведение строительных работ. Одновременно уточняется присутствие воды в этом месте, поскольку она может стать источником опасности. Кроме того, геофизические изыскания проводятся с целью решения следующих задач:
- наличие пустот, которые могут присутствовать в расположенных здесь породах;
- возможное возникновение оползней из-за повышенной влажности грунта;
- присутствие на территории проложенных коммуникаций;
- выявление связей между слоями земли;
- присутствие в недрах возможных углеводородных соединений или других полезных ископаемых.
Все эти изыскания совершаются с применением различных методов, а для работы используется сложное оборудование. Некоторые приборы основываются на создании электрических и магнитных полей, которые проникают внутрь грунта для получения необходимых сведений о его характере. Часто такая информация позволяет понять возможность проведения земляных работ. Если территория не отвечает нужным требованиям, планы меняются, что ведет к экономии средств, которые могли быть потрачены впустую. После окончания проведения геодезических исследований формируется база данных, позволяющая начать строительство с гарантированным качественным результатом.
Порядок проведения работ
Геофизические испытания проводятся на основании четко разработанного плана, который включает в себя следующие этапы:
- Подготовительный.
- Полевой.
- Камеральный.
Как только все этапы будут пройдены, с учетом полученных результатов составляется отчет. В нем проводится анализ деятельности, совершенной на данной территории. Это отражается в документе, содержащем сведения о результатах анализов снятых проб, проведенных в лабораторных условиях.
Геофизические изыскания совершаются в соответствии с существующим законодательством, поэтому у компаний, занимающихся такой деятельностью, обязательно должна быть лицензия. Именно она дает ей право проводить такого рода работы. Все окончательные результаты затем передаются заказчику.
Большое количество информации о потребности проведения изысканий и ее этапах содержится в этой статье. Здесь хорошо рассказывается о возможных рисках, присутствующих во время возведения сооружений или бурении скважин при отсутствии нужных сведений.
Подготовительный этап
Данный этап еще называется проектным. Начинается он с обращения клиента к геофизикам. После получения технического задания специалисты начинают работу с архивными документами. С этой целью ищется и рассматривается вся существующая документация, относящаяся к территории, на которой планируется разработка объекта. Делается для того, чтобы провести детальный анализ имеющихся сведений.
На данном этапе с помощью архивных данных уточняется характер присутствующих на территории грунтов, чтобы спланировать методы будущей работы. Они могут быть песчаные или суглинистые, и эти сведения очень важны для раскопок.
Кроме работы с архивными документами, геофизиками посещаются надзорные органы, чтобы получить у них разрешение для проведения съемки местности.
На проектной стадии прогнозируется вероятность рисков проведения геофизических исследований. Все существующие районы разделяются на 3 группы:
- опасные;
- с возможно существующей опасностью;
- безопасные.
Чтобы дать по возможности точный ответ степени риска, используются карты, в которых указывается распространение опасных геологических процессов. Имея эти сведения, разрабатываются методы будущих геофизических исследований.
В заключении ведется составление сметы будущих геофизических работ. Для этого существуют специальные нормативные документы, где расписывается весь объем исследований, проводимый во время инженерных изысканий. На основании согласованной сметы составляется календарный план. Обычно все работы длятся на протяжении 2 месяцев. На этом подготовительный этап геофизических исследований подходит к концу.
Полевые работы
Как только все работы на предварительном этапе завершаются, начинается вторая стадия геофизических исследований. Ведется согласование количества задействованных сотрудников и необходимого транспорта для выполнения полевых исследований. Затем собранный отряд выезжает на объект со всем оборудованием. Работы здесь проводятся по заранее отработанным методикам, которые бывают следующих основных видов:
- сейсморазведка;
- гравиразведка;
- магниторазведка;
- электроразведка;
- ядерная геофизика;
- терморазведка.
Иногда используются и другие способы геофизических исследований, но они не являются распространенными, поэтому применяются значительно реже. В процессе выполнения работы на месте изучается территория. Выражается это в составлении топографической съемки местности с целью изучение ее рельефа и уточнения наличия подземных вод. На основании полученных данных составляется схема расположения возвышенностей и низин местности. Вся эта информация является предварительной, поэтому тщательно собирается для дальнейших лабораторных исследований, чтобы после их окончания сделать окончательные выводы.
Работа заканчивается составлением технического отчета с подробным анализом результатов изысканий, проведенных на исследуемой территории. Информация выкладывается в текстовом и графическом форматах. В отчете обязательно присутствует информация о наличии лицензии у организации, занимающейся геофизическими исследованиями.
Камеральная работа
Вся полученная в ходе полевых работ информация систематизируется и только потом заносится в документацию. Происходит это в три этапа:
- Сначала все собранные данные в ходе полевых работ обрабатываются. В случае необходимости создаются предварительные модели или карты для изучения проходящих внутри земли процессов. Для облегчения работы используются специальные технологии и инструменты. Они включают в себя лазерное сканирование или изучение спутниковых снимков.
- Происходит анализ данных с использованием геохимических, гидрогеологических или геофизических методов. На основании полученных результатов определяется свойство исследуемых пород, их структура и возраст. Также на этой стадии уточняются возможные риски, выражающиеся в опасности возникновения землетрясений или смещения горных пород.
- Заключительный этап камеральных работ включают в себя создание окончательных карт и моделей объектов. Делается это с целью получения точных представлений о проходящих на данной территории земли процессах.
Камеральная работа также включает в себя изучение всех проложенных в земле коммуникаций. Если их расположение неудачное, то в топографический план вносятся поправки. Однако такая работа требует согласования.
Сейсморазведка
Метод сейсморазведки основывается на исследовании объекта с использованием свойств упругих колебаний. Связано это с тем, что в различных средах они распространяются с определенной скоростью. Это зависит от плотности горных пород, их пористости и глубины залегания. В процессе пробега волн с помощью приборов они улавливаются, и все данные регистрируются сейсмографами. В результате появляется возможность установить границы залегания определенных пород и их характер.
Используя сейсморазведку, решаются геофизические задачи с высокой степенью точности. Такой метод считается трудоемким и очень дорогостоящим, поскольку для работы задействуются сложные приборы. Однако данный способ полностью себя оправдывает, поскольку дает хорошие результаты для разведки месторождений расположения нефти и газа.
Геологическая среда характеризуется неравномерностью своего расположения, поэтому во время прохождения волн наблюдается их отражение, преломление и поглощение. Благодаря такому эффекту, а также изменению скорости прохождения волн, появляется возможность проводить исследования территории и получать все необходимые результаты.
Гравиразведка
Под гравитационным способом, который еще называют гравиметрическим методом, понимается исследование литосферы, ее строение и поиск в ней полезных ископаемых. Данная разведка основывается на характере работы гравитационного поля земли. В данном случае за базовый параметр берется такая величина как ускорение свободного падения тела. Данный параметр известен давно, но только в последние 50-70 лет получилось достичь высокой точности измерения этого значения. Фиксируется величина с помощью специальных приборов, предназначенных специально для этих целей. Данный метод основывается на изменении параметра ускорения свободного падения тел с учетом особенностей Земли. Это обуславливается различной формой ее поверхности и внутренним строением. Также на величину свободного падения влияет различная плотность слоев Земли и расположение горных пород.
Гравитационная разведка отличается большой производительностью, ее применение выражается высокими качественными результатами. Используя такой способ, появляется возможность вести исследования на различную глубину, которая может составлять десятки метров и такое же количество километров. Это особенно удобно, когда требуется изучить слои Земли, расположенные очень далеко от поверхности.
Магниторазведка
Магнитная разведка носит еще название магнитометрического метода. Его использование ведется на основе существующего магнитного поля Земли. Такое явление было известно давно, но только в последнее время магниторазведка стала использоваться для решения задач геофизических исследований.
Суть метода состоит в том, что Земля является космическим телом, внутри которого формируется нормальное магнитное поле. На практике оно еще носит название первичное. В недрах земли присутствуют горные породы, и многие руды обладают магнитными свойствами. В результате их взаимодействия с магнитным полем Земли происходит процесс намагничивания. Это приводит к созданию аномального магнитного поля, которое еще носит название вторичного. Задачи магниторазведки состоят в выделении вторичных магнитных полей из суммарных составляющих с целью их исследования.
Такой геофизический метод характеризуется высокой производительностью. С его помощью осуществляется разведка с целью нахождения железных руд. Кроме того, он находит широкое применение во многих других областях, поскольку дает наглядное представления о недрах земли. При любых строительных работах каждая организация хорошо понимает структуру слоев, где будет располагаться возводимый объект.
Электроразведка
Метод электроразведки также используется для геофизических исследований недр Земли. Однако в данном случае изучение происходит уже электромагнитных полей, которые формируются за счет проходящих естественных физико-химических и атмосферных процессов. Также они еще создаются искусственно, и на этом основывается суть метода электроразведки. Электромагнитные поля бывает двух видов:
- Установившиеся. Длительность импульса составляет больше 1 секунды.
- Неустановившиеся. Здесь этот параметр уже выражается в микросекундах.
В зависимости от существующих природных факторов данной местности и свойств отдельных горных пород, изменяется интенсивность естественных электромагнитных полей и их структура. Что касается естественных полей, то здесь кроме перечисленных факторов еще добавляется источник возбуждения.
Суть электроразведки заключается в изменении его интенсивности. В случае увеличения его мощности повышается глубинность разведки и расширяется территория по объему. В целом метод похож на магниторазведку, поскольку также фиксирует изменение направления и скорость движения сигнала, который отображается на установленных приборах. Способ отличается высокой эффективностью и дает возможности геофизикам получать нужную информацию о структуре слоев Земли.
Ядерная геофизика
Метод ядерной физики базируется на естественной радиоактивности горных пород. Такой способ позволяет вести изучение недр Земли только на небольшой глубине, поскольку ядерное излучение быстро поглощается окружающей средой. К ней относится воздух или любые рядом расположенные породы.
Работа по глубинному исследованию территории осуществляется с помощью гамма и эманационной съемки. В первом случае ведется изучение силы гамма-излучения. Во время эманационной съемки по исследованию альфа-излучения определяется уровень концентрации в почве радиоактивного газа.
При создании искусственной радиоактивности горные породы облучаются гамма-квантами или нейтронами, что позволяет быстро определить состав слоев земли и другие их свойства. Достигается это изменением уровня наведенного поля и методичным изменением его характеристик.
Используя метод ядерной физики, появляется возможность выявить на небольшой глубине существующие полезные ископаемые, а также определить их возраст. Также определяется, есть ли возможность на данной территории вести строительство объекта.
Терморазведка
Геотермическая разведка базируется в геофизических исследованиях на изучении существующего теплового поля Земли. Такое явления основывается на источниках тепла, которые могут быть как внешними, так и внутренними. Кроме того, тепловыми свойствами характеризуются еще горные породы. В процессе ведения исследований приборами регистрируются исходящие от земной поверхности инфракрасное и радиотепловое излучения. Кроме того, измеряется температура теплового потока. Изучение всех этих параметров дает информацию о характере слоев Земли территории данного района. В процессе ведения работы методом терморазведки осуществляются инфракрасные и радиотепловые съемки. Это позволяет выявлять не только существующие месторождения полезными ископаемыми, а также уточнять уровень расположения мерзлоты и глубину движения подземных вод. Данная информация отличается повышенной достоверностью и является очень важной в процессе ведения геофизических исследований.
Контроль геофизических изысканий
Чтобы полученные результаты отвечали всем необходимым требованиям и были достоверными, на конечной стадии проводится их контроль. Он совершается на основании поданного исполнителем отчета. Здесь изучается описание пород и результаты обследований, просматриваются ведомости сдачи собранных образцов. Также осуществляется выборочная проверка лабораторных анализов. Все выводы оформляются в письменном виде. Это выражается в составлении акта технического контроля.
Геофизические изыскания относятся к необходимым исследованиям грунта территории перед началом строительных работ или бурением скважин. Это позволяет всестороннее изучить местность с целью исключения рисков, связанных с подвижностью слоев земли или их оседанием.
Doka: все выше, выше и выше
Каждое десятилетие задает новые тренды в строительстве, формирует очередные вызовы, ставит интересные задачи. И всегда находятся технологии, которые обеспечивают реализацию появившихся идей. Среди таких решений — системы высотного строительства компании Doka, мирового лидера в производстве опалубочных конструкций.
Один из базовых современных трендов во всем мире — динамичное развитие высотного строительства. Не обошел он стороной и Россию, что особенно заметно проявилось в Московском регионе. Если раньше высотными зданиями считались объекты в 20–25 этажей, то сегодня речь уже идет о 40–45-этажных башнях.
Однако чем выше здание, тем большее влияние на его возведение оказывают два фактора — технологическая сложность ведения работ, а также существенный рост сроков реализации проекта. Второй аспект сегодня играет особенно существенную роль. После перехода жилищного строительства на проектное финансирование и использование эскроу-счетов каждый день стройки обходится девелоперу в дополнительные деньги на оплату банковского кредита. Поэтому высокие темпы работ становятся залогом рентабельности проекта.
Сочетание этих двух факторов — роста популярности высотных проектов и необходимости сокращать сроки строительства — с неизбежностью приводят к идее использования самоподъемных систем для высотного строительства известной международной компании Doka. Это именно те современные технологии, которые сочетают высокую скорость ведения работ, безопасность, экономическую эффективность и рентабельность.
Самоподъемные системы создают «строительную площадку» по периметру рабочего горизонта. Они позволяют параллельно, в рамках одной заливки, осуществлять бетонирование и стен и перекрытий. Это обеспечивает высокую экономичность и ускорение строительных работ. По мере достижения бетоном необходимых прочностных характеристик система без крана, с помощью мощных гидравлических цилиндров перемещается вверх, после чего начинается формирование, а затем бетонирование конструкций следующего уровня. Технология позволят «растить» здание со скоростью один этаж за 3–4 дня — в отличие от стандартных методов, без применения самоподъемных систем, когда срок строительства этажа составляет 7–8 дней. При этом по мере ухода самоподъемной системы вверх в нижних этажах уже можно вести другие работы. Дополнительным плюсом является возможность ее использования на крайне ограниченных пространствах, при возведении зданий в условиях сложившейся застройки.
Всего среди разработок Doka шесть типов таких систем. Каждая из них оптимальна для решения определенного набора задач, и выбор наиболее эффективной зависит от конкретного проекта. Чаще всего используются SKE (для возведения высоток — high rise) и SCP (для строительства сверхвысоких зданий, небоскребов — super high rise). Кроме того, эти системы доказали свою высокую эффективность при устройстве высоких пилонов мостов, опор виадуков, а также силосных башен.
На самоподъемной платформе SCP размещается все оборудование стройплощадки, предусмотрены защитные ограждения и всепогодное укрытие — для безопасного выполнения работ даже на больших высотах. Мощные гидроцилиндры перемещают на следующий участок платформу, опалубку, контейнеры для материалов и распределители бетонной смеси всего за один цикл без помощи крана.
Независимая от крана cамодвижущаяся подъемно-переставная система SKE благодаря модульной конструкции способна обеспечить эффективное решение для каждого типа сооружений. Подъемное оборудование с полностью гидравлическим приводом позволяет одновременно перемещать большое число переставных секций. Система имеет ряд модификаций, каждая из которых позволяет оптимально решать различные задачи при строительстве сверхвысоких объектов.
Так, SKE100 plus с подъемными рабочими подмостями позволяет одновременно производить работы на нескольких уровнях. SKE100 plus с мачтовой системой сочетает в себе высокую грузоподъемность и большое рабочее пространство. Поскольку мачтовая система крепится только к одной стене, ее можно применять не только в шахтах, но и для возведения стандартных стен.
При помощи систем Doka возведено подавляющее большинство (порядка 70%) современных высотных объектов по всему свету. Это, в частности, такие небоскребы, как Regalia (Майами, США), 432 Park Avenue (Нью-Йорк, США), Marina 101 (Дубай, ОАЭ), Köln Тurm (Кельн, Германия), Lotte World Tower (Сеул, Южная Корея) и множество других. С их использованием построено и самое высокое здание мира — Burj Khalifa в Дубае. Также они применялись и при возведении всего списка топ-10 самых высоких мостов мира.
В России самоподъемные системы Doka использовались, например, при строительстве моста на остров Русский во Владивостоке или моста через корабельный фарватер в составе ЗСД в Санкт-Петербурге. Кроме того, их задействовали при возведении высочайшего здания Европы — башни Лахта Центра.
Jet grouting. Укрепляя грунты и фундамент
Технология струйной цементации становится все более востребованной в работах по эффективному укреплению грунтов и усилению фундаментов.
Современные строительство и реставрацию зданий невозможно отделить от вопросов по качественному и быстрому укреплению слабых грунтовых пород, ограждению котлованов, усилению фундаментов. Решить их помогает технология струйной цементации грунта (jet grouting). Принцип данного метода основан на закреплении грунтов путем их размыва и перемешивания высоконапорной струей цементного раствора.
Альтернатива классике
Генеральный директор ООО «УМ Геоизол» (входит в ГК «ГЕОИЗОЛ») Станислав Тарасенко отмечает, что существуют три различные системы струйной цементации грунтов jet grouting. Однокомпонентная (Jet-1 – разрушение грунта и формирование грунтоцементных свай с помощью подаваемого под давление цементного раствора); двухкомпонентная (Jet-2 – грунтоцементная свая формируется с помощью цементного раствора и воздушной струи); трехкомпонентная (Jet-3 – грунтоцементная свая формируется с помощью цементного раствора, воздушной струи и водной струи). «При этом подбор конкретной системы Jet grouting осуществляется на основе тщательного анализа геологических особенностей территории, параметров объекта, необходимых размеров и прочности получаемого грунтоцементного массива, экономической эффективности. Исходя из нашего опыта, могу отметить, что наиболее востребованы в строительной отрасли системы Jet-1 и Jet-2. Группа компаний «ГЕОИЗОЛ» одной из первых в Санкт-Петербурге стала активно применять технологию струйной цементации грунтов Jet grouting для решения сложных геотехнических задач», - подчеркнул он.
Начальник отдела инженерной подготовки производства «Буровые машины» Роман Малышев рассказывает о технологической последовательности работ. В первую очередь производят бурение скважины. Затем в скважину погружают инъектор со специальным калиброванным отверстием – соплом. Потом подают под большим давлением цементный раствор. Далее осуществляют подъем инъектора с одновременным его вращением и формируют сваю нужного диаметра или стенку из свай. «Важным фактором укрепления массива грунта или усиления фундаментов с использованием струйной технологии является возможность поддержания больших давлений до 40-60 МПа. Это предъявляет определенные требования к оборудованию, подводящим трубопроводам и т.д. Так, например, гидравлические буровые установки EGT чаще других применяются в наших проектах именно благодаря их высокой производительности, маневренности и компактным размерам. Это дает нам возможность проводить работы в стесненных условиях и решать широкий круг задач», - отмечает специалист.
«Считаю целесообразным применение, - продолжает тему генеральный директор ООО «НПСФ «Спецстройсервис», к. т. н. Владимир Мишаков, - именно на открытых территориях, с целью улучшения физико-механических свойств грунтов под новое строительство путём нарушения естественной структуры грунта с целью создания элементов грунта с заданными свойствами. Также рекомендовал бы данную технологию для создания противофильтрационных завес вокруг экологически опасных предприятий для исключения проникновения стоков предприятия в естественные водоемы. Возможно применение jet grouting для создания горизонтальных противофильтрационных экранов, однако для реализации данных проектов требуется оборудование и большой технологический опыт»,- предупреждает он.
Кроме того, эксперт не рекомендует данный метод для усиления грунтов под существующими аварийными зданиями, так как подача воды или цементного раствора под высоким давлением может привести к разжижению грунтов, потери их несущей способности и разрушению здания. Для этих целей (усиление грунтов под аварийными зданиями) существует метод компенсационного нагнетания. На строительных объектах Петербурга при усилении грунтов под аварийными историческими зданиями ведущие организации города используют именно данную методику, которая позволила вернуть в строй не одну сотню аварийных зданий.
Отложенный спрос
Для проведения струйной цементации необходимо специальное оборудование: буровые установки, насосы и т.д. Всё оно производится в зарубежных странах. Как отмечают эксперты, оборудование для jet grouting является дорогостоящим, требует внимательного содержания и технического обслуживания, иначе оно быстро выйдет из строя. Обязательна промывка механизмов после использования цементного раствора, смазка узлов соединения.
Как отмечает специалист по буровым установкам XCMG ООО «СюйГун Ру» Игорь Мурашов, чаще всего комплексы машин для jet grouting можно увидеть в Москве и Санкт-Петербурге. Это обусловлено наличием подходящей для применения jet grouting геологии. Данная технология позволяет кардинально изменить характеристики грунта, а следовательно и возможность строительства практически на любом основании.
«На период изоляции в 2020 году многие страны были закрыты, что заставило некоторых покупателей ненадолго отложить запланированные приобретения, но после отмены ограничительных мер и открытия строительных объектов большинство ранее обсуждаемых контрактов было заключено. В 2021 году линейка машин XCMG для Jet Grouting пополнилась новой компактной моделью XMZ90 для работы в тоннелях и условиях плотной городской застройки», - сообщил специалист.
Вперед, к минимизации
Стоит отметить, что во многих зарубежных странах технология jet grouting считается одной из основных при работах с подземным пространством. По словам Владимира Мишакова, уровень распространения ее в России пока низкий из-за отсутствия оборудования, отработанных технологий и полной нормативной технологической документации.
Тем не менее, по мнению других экспертов, jet grouting постепенно завоевывает отечественный рынок. Основатель ООО «Оптимум Прайс» Данил Кругов связывает растущую востребованность технологии и с ее с популяризацией и с увеличением количества исполнителей, имеющих весьма дорогостоящие комплексы для реализации подобных проектов. «Иногда доходит до курьёзов. Способы цементации путают, - рассказывает он,- и вполне можно встретить в серьёзной документации упоминание технологии «джет» для реставрации внутри архитектурного комплекса. Однако внутри зданий jet grouting применить невозможно. Машины-монстры и высокое давление способны подмыть не только ослабленный веками памятник архитектуры, но и ближайшую современную застройку».
По словам эксперта, сейчас используются только крупные комплексы, работающие в котлованах, на открытых площадках. Из-за своей дороговизны в России часто покупаются машины, бывшие в употреблении в Европе, стоимость, как правило, начинается от 600 тыс. евро. Минимальный комплект можно было собрать в 2018 году за 25 млн.рублей, но с тех пор ценник вырос. Для работы на объекте многоэтажной застройки требуется 2-4 комплекса, работающих параллельно. Оборудование слишком сложное для того, чтобы сдавать или брать его в аренду. При этом идея развития «карманного» джет-граутинга, способного создавать грунтоцементые сваи диаметром 600-1200 мм под основаниями существующих зданий является нерешённой перспективной задачей. Струйная цементация вытесняет сваи, анкера и прочие способы усиления оснований. «Если вышеупомянутый вариант мини-джета будет изобретён, то сфера применения технологии, несомненно, расширится и можно будет усиливать даже памятники архитектуры», - подчеркнул Данил Кругов.
Мнение
Игорь Мурашов специалист по буровым установкам XCMG ООО «СюйГун Ру»:
Jet grouting относится с к специализированным видам работ, а следовательно, это дорогостоящее оборудование требует наличия в штате высококвалифицированного персонала. В случае если необходимо разовое выполнение работ в рамках проекта, то лучше привлечь компании с опытом работы. Что касается предложений по лизингу, то наша компания ООО «СюйГун Ру» совместно со СберЛизингом разработали эксклюзивную программу скидок на технику XCMG при оформлении в лизинг. Программа действует на всей территории РФ при покупке у любого официального дилера ООО «СюйГун Ру».