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.
На взлетной полосе
Аэродромные железобетонные плиты все чаще применяются при строительстве сверхпрочных дорог и площадок для тяжелой спецтехники.
С середины XX века советские заводы ЖБИ начали активно заниматься производством плит для аэродромов. Их номенклатурное название – плиты аэродромные гладкие (ПАГ) – сохранилось до наших времен. Массовый выпуск был обусловлен политической ситуацией. Государство нуждалось в большом количестве полевых военных аэродромов, которые должны иметь быстровозводимые взлетные полосы для приема тяжелой авиатехники. После распада СССР объемы производства ПАГ в России свелись к минимуму.
Однако сейчас выпуск этой продукции вновь начал расти, но в основном по вполне мирным причинам. Аэродромные плиты используют при строительстве и реконструкции взлетных полос гражданских аэропортов. Кроме того, их по достоинству оценили компании, возводящие сверхпрочные временные и постоянные автомобильные дороги, а также площадки для использования тяжелой строительной техники. К тому же такие плиты активнее стали использовать при строительстве морских портов, терминалов, крупных логистических комплексов.
Принять все
ПАГ должны соответствовать ГОСТ 25912.0-91 и ГОСТ 25912-2015. Они регулируют качество бетона и свойства плиты в целом. Сейчас выделяют три вида плит: ПАГ-14, ПАГ-18 и ПАГ-20. Отличаются они между собой показателем толщины (140, 180 и 200 мм). Все они рекомендованы для устройства постоянных и временных покрытий аэродромов, городских дорог и территорий с рабочей нагрузкой до 75 тонн на кв. м. При производстве этих изделий используется бетон марки B30 М400 с коэффициентом класса морозостойкости F200.
Как рассказали «Строительному Еженедельнику» в ООО «ЖБИ №1 Рыбацкое», главные преимущества ПАГ – прочность и долговечность. Принять они могут очень высокую нагрузку, в том числе моментальную. Кроме того, ПАГ имеют четкие пропорции по ширине и длине, а шероховатое покрытие создает хорошее сцепление колес с их поверхностью. Устанавливать, эксплуатировать и заменять конструкции можно в любое время года. За счет габаритов они удобны для транспортировки железнодорожным и автомобильным транспортом.
По характеристикам, рассказывают в АО «ПО «Баррикада», ПАГ идеально подходят для суровых, жестких и агрессивных условий эксплуатации. Для получения прочностных показателей и устойчивости к воздействию низких температур и воды при изготовлении этих изделий предусматривается предварительное натяжение рабочей продольной арматуры, а также использование бетонной смеси и собственно бетона особого состава. Укладка плит происходит в короткий промежуток времени, что является еще одним их преимуществом. Они соединяются в единую плиту за счет сварки, а также путем замоноличивания соединительных швов цементно-песчаным составом и битумной мастикой. Иногда новое покрытие укладывается на старое, тем самым повышая несущую способность взлетно-посадочных полос. При этом использование ПАГ может быть неоднократным, так как они, даже бывшие в употреблении, не теряют своих характеристик.
Новые возможности
Игроки рынка отмечают, что некоторые заводы ЖБИ имеют полувековую традицию выпуска ПАГ и по праву заслуживают высокую оценку качества производства. При этом некоторые предприятия сейчас совершенствуют выпуск аэродромных плит.
Так как ПАГ имеют свою специфику, их выпускают далеко не все производители ЖБИ. Тем не менее количество организаций, занимающихся данным направлением деятельности, растет. Коммерческий директор АО «ПО «Баррикада» Алексей Мицул помимо своего предприятия среди производителей в СЗФО выделяет ООО «СИБ Центр», ООО «ПТК-ДорСтрой», ООО «Перспектива», ООО «СТК-Модуль». Среди компаний из других регионов – ООО «ХК «Башбетон», ООО «ТПК «Очаковский комбинат ЖБИ», ООО «Моревский завод железобетонных изделий». Также присутствуют игроки рынка из Беларуси: комбинат ЖБИК (ОАО Оршанский Строительный трест №18), ОАО «Барановичский комбинат ЖБК».
По мнению специалистов, производителей ПАГ могло быть еще больше, но пока не сформировался рынок сбыта. Генеральный директор ООО «СТД» ЖБИ Сергей Нестеров полагает, что основная проблема – это отсутствие специалистов среди проектировщиков, которые умело могли бы задействовать новинки ЖБИ, если бы изучали процессы производства и технологии монтажа. «На сегодняшний день очень редко можно встретить хороших конструкторов, которые могут сделать сложные расчеты для применения ЖБИ в строительстве. До сих пор в производстве и сборке применяются технологии советских времен. Это хорошо и надежно. Но есть уже усовершенствованные технологии производства, обеспечивающие более высокое качество продукции. Однако проектировщики не задействуют такие изделия, и поэтому все приходится делать по старинке. Таким образом, страдают и заказчик, и производитель», – считает он.
На новом уровне
За счет внедрения «цифры» новые геодезические приборы стали более технологичными. Однако значительная часть такого оборудования производится в зарубежных странах и не всегда доступна по цене геодезистам.
За последние 10–15 лет рынок геодезических приборов значительно изменился. Уже использующееся специалистами оборудование получило электронную начинку. Также появились приборы, о которых ранее геодезисты даже мечтать не могли.
Быстрее и точнее
По словам генерального директора ООО «Геодезические приборы» Михаила Алексеева, в настоящее время при выполнении геодезических работ наблюдается тенденция повышения эффективности производства за счет внедрения цифровых технологий. Решению этой задачи и способствуют современные геодезические средства измерений, такие как электронные тахеометры, спутниковая аппаратура, лазерные сканеры. Они дают возможность проводить исследования более точно и в сжатые сроки.
Так, отмечает Михаил Алексеев, выпускаемые сейчас модели электронных тахеометров имеют безотражательный режим работы дальномерного канала. Причем у большинства моделей дальность измерений при использовании этого режима составляет не менее 500 м, а у некоторых – может достигать 2 км. Также у этих приборов существенно увеличился объем памяти, появилась возможность подключения внешних накопителей информации и отказа от кабельных соединений. Заметно расширилось применение роботизированных моделей, позволяющих дистанционно управлять процессом измерений и повышать производительность работ.
«Пользовательский сегмент спутниковой геодезической аппаратуры опирается сегодня на многочастотные и многосистемные спутниковые приемники интегральной конструкции, включающей и антенну GPS (GNSS), и элементы питания, и модемы, и модуль Bluetooth. Активно развиваются сети базовых станций, и открывается возможность работы с одним спутниковым приемником. Такие сети, в частности, созданы в Петербурге и Ленобласти», – отмечает Михаил Алексеев.
По словам экспертов, также в геодезическом сопровождении строительства начали активно использоваться комплексные системы, реализующие BIM-технологии. В качестве источников измерительной информации в этих системах используются лазерные 3D-сканеры, а также беспилотные летательные аппараты (БПЛА) с установленными на них различными датчиками, в том числе фотокамерами, сканерами и т. д.
Руководитель конструкторского бюро Optiplane Кирилл Яковченко рассказывает, что геодезисты уже сейчас применяют в качестве БПЛА с использованием методов фотограмметрии квадрокоптеры (для небольших площадей) и самолеты-планеры (для протяженных крупных объектов). «Для использования планера требуется квалификация пилота самолета, которой большинство геодезистов не обладает, и быстро получить ее невозможно. Поэтому геодезисты раньше вынуждены были для больших площадей либо нанимать пилотов, либо делать все по старинке наземным способом. Сейчас наиболее удобным и универсальным промышленным БПЛА является винтокрыл, который позволяет использовать все плюсы квадрокоптера и в то же время имеет большую дальность полетов для съемки больших площадей. На сложных участках гибридный дрон в 5–10 раз выгоднее квадрокоптера», – добавляет он.
Цена вопроса
Значительная часть современного высокотехнологичного геодезического оборудования производится в зарубежных странах. Как отмечают игроки рынка, процесс импортозамещения в данном сегменте развивается весьма слабо.
Сама стоимость ряда видов оборудования за последние 3-4 года несколько снизилась. Это связано с более глубоким и масштабным проникновением «цифры» во многие отрасли и, как следствие, удешевлением этого процесса. Тем не менее, новые приборы не всегда доступны по цене российским геодезическим организациям. Для небольших компаний приобретение такой техники – большие финансовые затраты, хотя потом они чаще всего окупаются.
Заместитель генерального директора ООО «Гильдия Геодезистов» Сергей Лазарев отмечает, что сейчас наиболее активно в геодезии применяются электронные тахеометры и приемники GPS, GNSS. По его мнению, за последние 10 лет и те, и другие действительно немного преобразились, хотя и без добавления инновационных функций, которые сильно ускорили бы работу. «Очень сильно подешевело GPS-оборудование. Так, 10 лет назад комплект стоил от 1 млн рублей, а теперь можно купить его за 150–300 тыс. И это при том, что стоимость отечественной валюты гораздо ниже, чем раньше. Электронные тахеометры также изменились в лучшую сторону, но без такого резкого снижения цены. Это связано с тем, что это – оптические приборы, которые требуют очень серьезного оптико-механического производства. Другое дело GPS, где почти весь прибор состоит из одной микросхемы. К сожалению, инновационные роботизированные оптические приборы плохо приживаются в России, ввиду кризисного состояния строительного рынка, а следовательно, и рынка инженерных изысканий. Так, на стройплощадках в Европе почти все тахеометры – новые и роботизированные, а у нас 5–15-летние модели. Другие приборы компании просто не могут себе позволить», – полагает он.
Сергей Лазарев также вспоминает, что недавно на выставке он видел простой квадрокоптер, но с установленной мобильной GPS-антенной. Таким образом, из-за дешевизны GPS-микросхем появились новые дешевые летательные аппараты для точной аэрофотосъемки небольших территорий (8–10 га). «Правда, вряд ли они смогут изменить ситуацию на рынке. Не так давно в Петербурге введен запрет на полеты БПЛА в городском пространстве, а получение разрешения – крайне утомительный и долгий процесс», – отмечает специалист.
Напомним, в 2016 году на федеральном уровне уже были ограничены возможности использования БПЛА. Согласно принятому закону, аппараты, взлетная масса которых более 250 г, должны быть зарегистрированы и сертифицированы. В госорган необходимо предоставить план полета и получить отметку о его согласовании. Однако в настоящее время эти правила использования БПЛА как гражданами, так и многими организациями не исполняются. Тем не менее, представители геодезических компаний опасаются, что их беспилотники стоимостью в несколько сотен тысяч рублей могут быть без предупреждения сбиты сотрудниками правоохранительных органов.
Мнение
Сергей Лазарев, заместитель генерального директора ООО «Гильдия Геодезистов»:
– Серьезного процесса импортозамещения в производстве приборов для геодезии не существует. На заводе УОМЗ в Екатеринбурге выпускают тахеометры. Также в России осуществляется производство приборов фирмы Leica, но это скорее очень крупная «узловая сборка». Ряд российских компаний производит GNSS-оборудование, заказывая комплектующие в Китае и США. В общем и целом, производства полного цикла приборов для гражданских геодезических работ у нас нет. Возможно, существует такое военное производство для ГЛОНАСС-приемников, но это не массовый сегмент. Выбор геодезиста очевиден – это использование импортной техники.