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.
Качественный подход
Инновационные технологии позволяют ускорить дорожное строительство и повысить сроки службы асфальтобетонного покрытия. Однако их масштабному внедрению мешают устаревшие нормативы.
Премьер-министр РФ Дмитрий Медведев порекомендовал регионам активнее внедрять в дорожное строительство новые технологии. С этим предложением он выступил на прошлой неделе в Екатеринбурге на совещании по вопросам реализации национального проекта «Безопасные и качественные автомобильные дороги». По его словам, в этом году на эту программу из федерального бюджета было выделено 110 млрд рублей. Однако ряд регионов страны (Приморье, Чукотка, Крым) освоили менее трети предоставленных средств.
Глава российского правительства также предложил наращивать в дорожной отрасли долю контрактов на принципах полного жизненного цикла. «Это мировая практика, она позволяет существенно улучшить качество работ и обеспечить последующий мониторинг. Она, конечно, дисциплинирует подрядчиков, которые не заинтересованы в том, чтобы свой брак постоянно переделывать. К концу 2019 года на принципах жизненного цикла в России должен заключаться каждый 10-й контракт на дорожные работы, то есть 10%. Пока удалось достичь показателя приблизительно 7%, поэтому нужно с подготовкой этих документов в целом ряде регионов поторопиться», – подчеркнул Дмитрий Медведев.
Экспериментальный образец
Стоит отметить, что Петербург и Москва в нацпроекте «Безопасные и качественные автомобильные дороги» не участвуют. В соседней Ленобласти на данный момент по годовому плану данная программа реализована приблизительно на 70%. Параллельно идет подготовка проектов, которые должны стартовать в 2020-м. В целом же в Петербурге и Ленобласти власти стараются активно заниматься ремонтом и строительством дорог и вне федеральных программ. Особое внимание чиновники сейчас уделяют качеству проводимых работ. Многие крупные подрядные организации обоих регионов на своих объектах стараются задействовать инновационные технологии, в том числе и собственные. Правда, чаще всего пока в качестве эксперимента или теста.
В частности, компания «ВАД» совместно с «Газпромнефть – Битумные материалы» летом этого года на тестовом участке в Ленобласти задействовала в работе технологию нанесения защитно-восстанавливающего состава «Брит» (ЗВС-Р) на дорожное покрытие. Этот продукт изготавливается на основе раствора битумно-полимерного вяжущего вещества в органических растворителях и восстанавливает поверхностную структуру асфальтобетона, эффективно защищая его покрытие. Предполагается, что использование ЗВС-Р на автомобильных дорогах поможет продлить срок службы асфальтобетонного покрытия на два-три года и снизит затраты на обеспечение межремонтного периода.
Также этим летом компания «ДСК АБЗ-Дорстрой» уложила километровый экспериментальный участок асфальта на трассе Огоньки – Стрельцово – Толоконниково в Ленобласти, по методу объемного проектирования. В данной технологии был использован ЩМА-19 (щебеночно-мастичный асфальт), а не ЩМА-20, требуемый по ГОСТу. Новая смесь призвана помочь снизить колееобразование, возникающее из-за высокой интенсивности движения на дорогах. Отмечается, что срок эксплуатации дорожных одежд с использованием данного материала в полтора-два раза выше, чем у традиционных смесей.
Необходима актуализация
По мнению первого заместителя директора компании «Стройтех» Сергея Ивашова, качественное строительство дорог невозможно без актуализации действующих государственных стандартов. В настоящее время они меняются, но недостаточно быстро, не успевая за появлением все новых технологий, начиная от проектирования, заканчивая повседневной эксплуатацией дорог. Также необходимо своевременно обновлять различные подзаконные акты.
«Другая боль дорожников – это конкурсы. Сейчас заказчику требуется выбрать подрядчика с наибольшим снижением начальной максимальной цены. При этом демпингующая организация – не обязательно «Рога и копыта». Минимизирование цены приводит к тому, что работы выполняются некачественно, а иногда и вовсе не могут быть завершены. Соответственно, проект остается нереализованным, а проведение дополнительного конкурса требует дополнительных средств и времени. Необходимо отходить от проведения аукционов к прямым договорам, но для этого необходимо существенно менять все законодательство», – полагает Сергей Ивашов.
Мнение
Максим Хрипунов, директор Департамента «3D-системы автоматического управления TOPCON» ООО «Геостройизыскания»:
– В настоящее время при проектировании и строительстве активно применяются различные сканирующие системы, предназначенные для оперативного сбора данных, на основе которых создаются проекты. Получение реальных данных о поверхности дороги входит в часть задач системного рабочего процесса, включающего работу системы 3D на асфальтоукладчиках и дорожных фрезах. Преимущества такой технологии: быстрый сбор большого количества данных; четко спрогнозированное использование времени, оборудования и материалов; проектирование с учетом всех требований и критериев; выполнение работ по фрезерованию и укладке; работа с переменным слоем; интеллектуальное уплотнение.
Сергей Луценко, генеральный директор компании «Дорианс»:
– Сейчас все говорят о необходимости применения BIM-технологий при проектировании дорог. Эту позицию мы поддерживаем и в своих проектах задействуем информационное моделирование. Но в целом, чтобы эти технологии действительно показали свою эффективность, важно их задействовать всем, а не только проектировщикам. Сейчас, к сожалению, они почти не используются при согласовании с заказчиками, представителями ресурсоснабжающих организаций и др. В частности, специалист может с помощью BIM быстро подготовить проект, но далее экспертиза все равно от него попросит чертежи в PDF-файле. С одной стороны, мы внедряем прогрессивную программу, с другой – барьеры для ее эффективного использования сохраняются.
Михаил Смирнов, продакт-менеджер направления «Ремонт бетона» подразделения строительной химии Master Builders Solutions концерна BASF:
– Пока, на наш взгляд, распространение инновационных технологий в дорожной отрасли идет достаточно медленно. Несмотря на их очевидные плюсы, производителям все еще приходится убеждать дорожников, что подобные подходы оправдывают свою стоимость. В целом же решений, способных обеспечить быстрый и качественный ремонт мостов и дорог, на рынке достаточно много. Но хотелось бы отметить, что ставка должна делаться на комплексное использование существующих решений. В частности, составы для ремонта бетона, его вторичной защиты и гидроизоляции необходимо подбирать с учетом индивидуальных особенностей объекта.
Купол как уникальная конструкция
Лаборатория деревянных конструкций ЦНИИСК им. В. А. Кучеренко АО «НИЦ «Строительство» совместно с ООО «ЦНИПС ЛДК» разрабатывает проекты большепролетных каркасов покрытия из клееных деревянных конструкций (КДК). По их проектам построено более 10 аквапарков по всей России. Крупнейший из них – аквапарк «Питерлэнд» в парке 300-летия Санкт-Петербурга. Об особенностях проекта «Строительному Еженедельнику» рассказал заведующий лабораторией деревянных конструкций ЦНИИСК им. В. А. Кучеренко Александр Погорельцев:
– В бассейнах и аквапарках КДК имеют преимущества перед конструкциями из металла или железобетона. Для них хлорирование или озонирование воды создает агрессивную среду, нейтральную для древесины.
В ТРК «Питерлэнд» смонтирован ребристый купол диаметром 90 м и высотой 45 м. Особенности конструкций связаны в основном с его габаритами. В плане меридиональные ребра купола опираются с шагом 14,5 м на нижнее железобетонное кольцо и на стальное верхнее кольцо диаметром 5 м. Основные ребра длиной около 60 м выполнены в виде серповидных сборных ферм и сами по себе являются уникальными в части принятых конструктивных решений, изготовления, сборки и монтажа. На эти ребра с шагом 6 м опираются девять криволинейных кольцевых элементов, из которых два – верхний и нижний – являются опорами для 60 промежуточных меридиональных ребер. Нижний кольцевой элемент выполнен в виде горизонтальной фермы, воспринимающей реакции опор от промежуточных ребер и нагрузки от кольцевой технологической площадки. Остальные кольца являются распорками между меридиональными ребрами для обеспечения их устойчивости.
В конструкции купола реализованы основные принципы «системы ЦНИИСК», все основные узлы и стыки поясов серповидных ребер выполнены на наклонно вклеенных стержнях и V-образных анкерах. Это уникальная система узловых соединений, основанная на вклеивании в древесину арматурных стержней периодического профиля. Россия обладает приоритетом в области подобных узловых соединений деревянных конструкций.
Все жесткие стыки ребер и соединения закладных деталей со стержнями, вклеенными на заводе и на монтаже, выполнены ручной сваркой. Экспериментальные исследования, проведенные в ЦНИИСК с целью оценки влияния сварки на соединения, показали, что существующий «психологический» барьер при сварке деревянных конструкций успешно преодолевается. При соблюдении нескольких рекомендаций сварка практически не сказывается на несущей способности соединений.
Меридиональные ребра состоят из четырех отправочных блоков полной заводской готовности, соединяемых на монтаже жесткими стыками на сварке. Все блоки по торцам снабжены выпусками V-образных анкеров и закладными деталями.
Проблемы допусков по длине для меридиональных ребер решены с помощью зазоров около 40 мм между торцами поясов, заполняемых полимербетоном после сварки V-образных анкеров и стальных полос. Этим достигается плотный контакт по площадкам сжатия.
Треугольная решетка меридиональных ребер включает горизонтальные и вертикальные элементы. Горизонтальные соединены с поясами на цилиндрических нагелях и шпильках, а вертикальные – с усилием растяжения до 40 т – путем сварки выпусков вклеенных стержней и закладных деталей на раскосах.
Сборка и монтаж меридиональных ребер производились в три этапа: сначала на жестком горизонтальном стенде производилась предварительная сборка блоков в проектных габаритах, затем окончательная сборка в вертикальном стальном стенде с последующей установкой блоков в проектное положение.
Из-за кризиса 2008 года после монтажа каркаса купола строительство было приостановлено – и возобновлено только в 2011 году. В результате влажность древесины, не защищенной от атмосферных осадков, значительно превысила величину равновесной влажности, соответствующей условиям эксплуатации. Быстрое завершение строительства и ввод в эксплуатацию могли привести к неравномерной усушке древесины и, как следствие, к появлению значительных трещин и расслоений. Разработанные в ЦНИИСК рекомендации по обеспечению температурно-влажностного режима при завершении строительства позволили избежать этих проблем.