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.
Jet-grouting как он есть
По просьбе «Строительного Еженедельника» руководитель проектов АО «Нью Граунд» Светлана Рубцова рассказала о струйной цементации — одной из современных технологий, все больше завоевывающих популярность на строительном рынке.
— Jet-grouting, или технология струйной цементации, или струйная геотехнология, заключающаяся в разрушении и перемешивании грунта высоконапорной струей цементного раствора, позволяет получать практически любой формы и размеров грунтоцементный массив, который обладает достаточно высокими прочностными и деформационными показателями, более чем на порядок превышающими характеристики грунта. Эта технология решает множество задач и делает возможным улучшать естественные основания, усиливать фундаменты. Кроме того, она эффективно используется для ограждения котлованов и создания противофильтрационных завес, в том числе в стесненных условиях работы.
Руководитель проектов АО «Нью Граунд» Светлана Рубцова
Струйная цементация применима практически в любых видах грунта. Jet-grouting активно используется при реконструкции зданий и сооружений, в том числе памятников архитектуры. Сегодня это эффективный способ повысить несущую способность здания при увеличении нагрузки и незаменимое средство для сохранения исторических зданий посредством усиления старых фундаментов.
Спектр представленного на российском рынке оборудования достаточно широк и включает в себя как малогабаритные машины, типа УКБ, весом всего до 500 кг, так и большие установки, весом до 20–25 тонн. Существующее оборудование позволяет проводить работы на любых строительных площадках и при новом строительстве, и из подвалов существующих зданий и в производственных помещениях.
В России не так много специалистов по технологии струйной цементации, но они есть, поскольку популярность технологии растет. Большая часть компаний располагает 1–3 установками. В нашей компании сейчас работает 21 действующий комплекс для струйной цементации. Можем с уверенностью заявить, что на сегодняшний день компания «Нью Граунд» является самым крупным игроком на рынке этих услуг.
География нашей работы включает множество регионов — от Мурманска до Владивостока. Наши специалисты — настоящие профессионалы своего дела, с профильным образованием и большим опытом работы в этой сфере. Мы предоставляем полный комплекс услуг от инженерно-геологических изысканий до проектирования и реализации строительно-монтажных работ.
К сожалению, все еще не все строительные компании на рынке знакомы с технологией струйной цементации, но интерес к ней явно растет. Мы считаем, что в будущем она будет развиваться все активнее.
К примеру, технология может быть эффективно использована в районах, где строительство проводилось на вечномерзлых грунтах. В связи с повсеместным изменением климата и растеплением грунтов здания могут начать давать неравномерную осадку, и как раз для стабилизации осадок может прийти на помощь jet-grouting. Кроме того, в современных мегаполисах плотность застройки постоянно возрастает и все чаще необходимо оборудование, позволяющее работать в стесненных условиях, что опять-таки характерно для струйной цементации.
Новые СП — новая эффективность
Модернизация нормативной базы — одна из застарелых проблем строительной отрасли, что находит отражение и в критике со стороны руководства страны. Тем более важно появление каждого нового нормирующего документа, особенно в столь важной сегодня сфере, как развитие транспортной инфраструктуры.
С 1 июля 2021 года вступили в действие актуализированные СП 35 «Мосты и трубы» и СП 122 «Тоннели железнодорожные и автодорожные», регламентирующие проектирование и строительство транспортных сооружений.
Работа по актуализации стандартов организована ФАУ «ФЦС» и выполнена АО «ЦНИИС» и ООО «Мастерская Мостов» при участии специалистов ООО «ИЦ "МИТ"», АО «Дороги и мосты», «Мостотреста».
Актуализация Сводов правил стала очередным шагом в модернизации нормативной базы. Еще в 2010 году вместо устаревших СНиПов были, в частности, разработаны СП35 по проектированию мостов и водопропускных труб и СП122 по проектированию железнодорожных и автодорожных тоннелей. «Вобрав все самое фундаментальное из СНиПов Своды правил во многом улучшили ситуацию в проектировании мостов и тоннелей и дали возможность проектировщикам разрабатывать в том числе уникальные сооружения, как вантовый мост на о. Русский (с пролетом 1 км!), тоннели Московского метрополитена, Лефортовский тоннель и Строгинские тоннели в Москве», — вспоминает заместитель генерального директора АО «ЦНИИТС» по научной работе Юрий Новак.
При этом он отмечает: практика показала, что документы такого уровня должны пересматриваться на регулярной основе. «Был выбран срок пересмотра СП — пять лет, который позволял пройти для утверждения той или иной инновационной продукции весь путь от идеи через эксперимент, опытное проектирование и строительство до массового применения. В 2012–2015 годах, в 2020 году были подготовлены вторая и третья редакции этих СП», — говорит эксперт.
СП 35
Работа по актуализации нормативных документов велась при активном участии Минтранса России, Росавтодора, ТК 418 «Дорожное хозяйство». «Пересмотру нормативов предшествовало проведение нескольких прикладных научных исследований, а также аккумуляция результатов опытного проектирования и строительства целого ряда объектов, например, Крымского моста», — со своей стороны отмечает замглавы Минстроя РФ Сергей Музыченко.
«Основные задачи, которые решались при разработке изменений в СП 35, это: актуализация взаимосвязей с обновляемой нормативной базой в части новых материалов и разработанными новыми нормативными документами, уточнение методов расчета и конструирования железобетонных элементов, а также учет разработанных ранее специальных технических условий», — рассказывает заместитель технического директора ООО «Мастерская Мостов» Николай Новак.
По его словам, прежде всего следует отметить большую группу изменений, связанных с расчетом и конструированием железобетонных конструкций, в том числе добавлено приложение по расчету сечений с учетом диаграмм деформирования материала. Также обновились требования к габаритам, тротуарам, к проектированию водоотвода и мостового полотна, а также иные крайне важные положения.
Юрий Новак перечисляет следующие ключевые новации СП 35:
- Включены требования по современным методам расчета конструкций мостов на основе нелинейного подхода учета работы материалов, что даст возможность более грамотно проектировать мосты.
- Разрешено применение фибробетона в мостовых конструкциях. Фибробетон в отдельных элементах мостовых сооружений весьма важен, несмотря на его повышенную стоимость в сравнении с обычным гидротехническим (мостовым) бетоном.
- Разрешается применение арматуры классов А500 и А600 по ГОСТ 34028, а также арматуры с периодическим профилем поверхности, имеющим многорядное расположение поперечных ребер, классов А500СП, Ау500СП и Ав500П как имеющую повышенные характеристики сцепления с бетоном, арматура указанных типов давно (более 30 лет) применяется в промышленно-гражданском строительстве, теперь ее можно использовать в мостах.
- Разрешается применение высокопрочных болтов, гаек и шайб из атмосферостойкой стали марки 40ХГНМДФ. Мосты строят сегодня и в морских условиях, поэтому атмосферостойкость очень актуальна сегодня для России.
- Для свайных фундаментов опор допускается применение стальных свай, погружаемых с открытым концом без выемки грунта из цилиндрической электросварной прямошовной трубы диаметром до 3000 мм. Эту возможность и экономическую целесообразность доказало строительство моста на полуостров Крым.
«В целом разработанные изменения позволят более гибко вести проектирование и сократить сроки прохождения органов экспертизы», отмечает Николай Новак. «Новые требования дадут возможность улучшить качество проектирования мостов, что позволит повысить надежность и долговечность сооружений. Кроме того, нововведения за счет повышения уровней безопасности при строительстве и эксплуатации сооружений в соответствии с требованиями закона № 384-ФЗ обеспечат снижение затрат на ремонт на 5–10% за счет увеличения межремонтных сроков. Модернизация мостовой строительной отрасли путем внедрения передовых и отмены устаревших технологий даст повышение темпов строительства за счет применения прямошовных труб в фундаментах на 15% (исключительно для больших мостов)», — дает более развернутую оценку Юрий Новак.
СП 122
Одним из наиболее важных результатов изменения СП 122 «Тоннели железнодорожные и автодорожные» является повышение уровня безопасности при строительстве и эксплуатации транспортных тоннелей и сохранность окружающей застройки.
Юрий Новак называет следующие основные новеллы норматива:
- Приведены дополнительные требования по определению нормативных и расчетных характеристик грунтов при поведении инженерно-геологических изысканий, составу данных для выполнения геотехнических расчетов, что важно особенно применительно к сложным геологическим условиям современного тоннелестроительства.
- Введены положения по видам и выбору ограждающих конструкций котлованов, в том числе современных методов крепления строительных котлованов в условиях плотной городской застройки и интенсивного уличного движения, что отработано в крупных городах-миллионниках.
- Введены требования по сооружению тоннелей с опережающей крепью в виде экрана из труб и современной технологии микротоннелирования, что актуально для пересечения дорог со строительством тоннелей под насыпью.
- Введены новые положения по использованию специальных способов работ при сооружении транспортных тоннелей в условиях неустойчивых водонасыщенных и нарушенных скальных грунтов, укреплении оснований и фундаментов зданий, попадающих в зону строительства, ликвидации аварийных ситуаций, возникающих в процессе строительства.
- Определены требования по устройству притоннельных сооружений способом опускных секций, что является новым словом в проектировании и строительстве тоннелей.
- Уточнены ссылки на нормативные документы по противопожарной защите тоннелей и тоннельных переходов, добавлены требования к пожарной безопасности строительных конструкций.
Внесенные изменения упрощают и ускоряют процессы проектирования, а также во многих случаях позволяют отказаться от разработки специальных технических условий. Внесенные изменения также ориентированы на гармонизацию нормативных требований с европейскими и международными стандартами.
«Обобщенные технико-экономические показатели по применению новых материалов и технологий при проектировании и строительстве тоннелей ориентировочно составляют: сокращение стоимости строительства на 15–20%, сроков строительства на 15–25%, эксплуатационных расходов — на 30%», — отмечает Юрий Новак.
По его словам, принятие и широкое внедрение новых нормативных документов позволит строить новые и ремонтировать уже действующие сооружения транспортной инфраструктуры более надежно, быстро и экономично. «Все нововведения в СП35 и СП122 прошли общественные слушания и получили одобрение у ведущих специалистов-практиков — как проектировщиков, так и строителей», — добавляет эксперт.