Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1 Анализ современного состояния теории и практики применения метода аналогий в инженерной геологии 10
1.1. Состояние теоретической и методической базы метода аналогий 10
1.2. Обзор нормативного обеспечения метода аналогий 24
1.3. Анализ существующих подходов к применению метода аналогий 29
Выводы по Главе 1 32
ГЛАВА 2 Методика исследований и характеристика изученных объектов 34
2.1. Методика исследований 34
2.2. Характеристика изученных объектов 37
Выводы по Главе 2 55
ГЛАВА 3 Основные теоретические положения применения метода инженерно-геологических аналогий (ига) при изысканиях на городских территориях .. 57
3.1. Природно-техническая система «Геологическая среда - Строительный объект - Городская среда» 57
3.2. Значение инженерно-геологической изученности территории для использования метода ИГА 65
3.3. Концепция и принципы применения метода ИГА при изысканиях на городских территориях 70
Выводы по Главе 3 75
ГЛАВА 4 Особенности метода ига применительно к задачам изысканий 77
4.1. Основные задачи, решаемые с использованием метода ИГА 77
4.2. Методика применения ИГА в комплексе изысканий 90
4.3. Примеры использования метода ИГА 102
Выводы по Главе 4 128
ГЛАВА 5 Рекомендации к использованию метода ига при изысканиях на городских территориях 130
5.1. Основные термины и определения 130
5.2. Общие положения 130
5.3. Рекомендуемые направления применения метода ИГА 132
5.4. Требования к подготовке технического задания и программы изысканий с применением метода ИГА 136
5.5. Требования к техническим отчётам по результатам изысканий с применением метода ИГА 137
Заключение 139
Литература
- Обзор нормативного обеспечения метода аналогий
- Характеристика изученных объектов
- Значение инженерно-геологической изученности территории для использования метода ИГА
- Примеры использования метода ИГА
Введение к работе
Актуальность работы:
Одной из важнейших особенностей современного строительства и реконструкции зданий и сооружений на территории крупных городов является резкое ускорение темпов ведения всех видов строительных работ, в том числе проектно-изыскательских. Это приводит к существенному сокращению времени, отводимого на проведение инженерно-геологических изысканий. Выполнение этих изысканий в необходимых и достаточных для обоснования проектов объёмах, как правило, затруднено также ограниченным финансированием и стеснёнными условиями проведения изысканий в условиях плотной городской застройки. По этим причинам в большинстве случаев не выполняются в полной мере требования соответствующих СНиП, СП, ТСН (МГСН), в том числе по применению широкого комплекса полевых методов и прямого определения физико-механических свойств грунтов лабораторными методами. Нередко изыскатели и проектировщики используют «табличные» значения характерных грунтов, установленные как среднее для территории бывшего СССР или территории крупного региона, причём, преимущественно без дифференциации по генетико-стратиграфическим признакам. При этом не учитывается техногенная изменённость состава, строения и свойств массива грунтов основания и особенности строительных объектов. Во многих случаях изыскания проводятся для одной стадии проектирования и только в пределах площадки проектируемого объекта, что сокращает объём необходимой изыскательской информации и не позволяет надёжно оценить инженерно-геологические условия участков размещения зданий и сооружений, попадающих в зону влияния проектируемого строительства.
Вместе с тем, для многих крупных городов выполнено инженерно-геологическое районирование с выделением инженерно-геологических областей, районов, иногда - подрайонов. В мелком и среднем масштабах
4 картированы зоны актуального и потенциального проявления опасных геологических процессов, аномального геологического строения (погребённых древних врезов, тектонических нарушений), выделены зоны геологического и геоэкологического рисков разной категории опасности. В геофондах городов имеются обширные изыскательские материалы (десятки и сотни тысяч разведочных выработок, геофизических профилей; сотни и тысячи результатов испытаний грунтов полевыми методами, обследований оснований зданий и сооружений, мониторинговых наблюдений за подземными водами). Вся эта, разновременно полученная информация позволяет не только судить об особенностях инженерно-геологических условий отдельных частей застроенных территорий, но и проследить за динамикой их изменения под влиянием техногенных воздействий города.
Наличие указанных материалов является предпосылкой широкого применения метода аналогий в практике проведения инженерно-геологических изысканий на городских территориях для оценки особенностей и категории сложности инженерно-геологических условий разномасштабных природно-технических систем (ПТС) города; прогнозирования возможного изменения инженерно-геологических условий территории под влиянием строительства, реконструкции и последующей эксплуатации строительных объектов; установления закономерностей строения геологической среды и распределения параметров инженерно-геологических условий в пределах площадки проектируемого строительства и сопредельного застроенного участка, попадающего в зону влияния проектируемого объекта; установления достоверных значений показателей физико-механических свойств грунтов приоритетных инженерно-геологических элементов.
В настоящее время накопленный значительный опыт строительства на городских территориях и имеющийся фонд изыскательских материалов используются недостаточно рационально.
Изложенное определяет актуальность намеченной темы диссертационной работы и позволяет сформулировать её цель и основные задачи.
Цель работы:
Разработка научно обоснованного подхода к применению метода инженерно-геологических аналогий при изысканиях для строительства и реконструкции на городских территориях.
Задачи работы
Обзор нормативного обеспечения метода аналогий
Применение метода аналогий при инженерно-геологических изысканиях нашло отражение в отдельных отечественных действующих нормативных и нормативно-методических документах, как в федеральных, так территориальных и ведомственных (табл. 1.2.1).
Большинством нормативов предусмотрено применение метода аналогий при инженерно-геологических изысканиях для разработки предпроектной документации, значительно реже рекомендуется применять метод на стадии «проект». Метод аналогий не допускается использовать для объектов, обладающих существенной индивидуальной спецификой.
В рассмотренных нормативных документах [194-196,202,203,205,206,209-215] имеются многочисленные рекомендации по использованию опыта изысканий в районах со сходными природными и техногенными условиями при сборе и обобщении материалов исследований прошлых лет на различных стадиях изысканий.
В существующие нормативные документы в основном вошли разработки авторов, исследовавших возможности применения метода аналогий на неосвоенных территориях. Анализ существующей нормативной базы показал, что главными аспектами применения метода аналогий являются:
Прогноз изменений инженерно-геологических условий, а также проявления опасных геологических и инженерно-геологических процессов. В действующих нормативах отражены разработки Г.С. Золотарёва, Л.Б. Розовского и других авторов. Например, согласно СП 11-105-97, часть I [209], прогноз изменения инженерно-геологических условий на значительные по размерам территории следует осуществлять, как правило, в форме качественного прогноза с использованием сравнительно-геологических методов (природных аналогов и инженерно-геологических аналогий). Согласно СП 11-105-97, часть II [210], в ходе инженерно-геологических изысканий в районах развития оползней на стадии разработки предпроектной документации инженерно-геологическое районирование территории рекомендуется проводить по признакам устойчивости склонов, в частности, на основе сравнительно-геологического метода. Районирование территории (выделение инженерно-геологических районов, составление карт распространения карстующихся пород, сейсмическое микрорайонирование и др.). Установление показателей свойств грунтов на основании использования табличных значений (метод обобщённых аналогий), а также по результатам изучения конкретного объекта-аналога (объектов-аналогов) (метод конкретной аналогии), например, определение степени проницаемости и фильтрационных свойств карстующихся пород [210]. Разработка схем комплексной оценки и использования территории, размещение объектов строительства, осуществление инженерной защиты территории и объектов строительства от опасных геологических процессов. Осуществление ряда конкретных технологических решений, например, при возведении насыпных сооружений [206], устройстве свайных фундаментов [205]. Установление состава и объёма инженерно-геологических изысканий [213].
Обзор литературных и нормативных материалов, посвященных вопросам применения метода аналогий в инженерной геологии, приведённый в 1.1 и 1.2, позволил автору обобщить существующие подходы к реализации метода ИГА.
До 80-х годов исследователи разрабатывали методы аналогий для решения частных задач, преимущественно для прогнозирования склоновых процессов, переработки берегов водохранилищ, изменения свойств массива пород, не оценивая инженерно-геологические условия территорий и объектов в целом, и поэтому не использовали понятие «метод инженерно-геологических аналогий». Впервые такое определение было дано Е.М. Пашкиным [119].
Е.М Пашкин и его последователь Л.Д. Чхеидзе применили метод инженерно-геологических аналогий к оценке инженерно-геологических условий строительства туннелей. Рядом авторов этот метод применялся в гидротехническом строительстве, а также при прогнозировании свойств грунтов. Тем не менее, чёткое определение «метода инженерно-геологических аналогий» отсутствует.
В табл. 1.3.1 приведены наименования методов аналогий, предложенные разными авторами, и соответствующие области исследования. Анализ представленной таблицы и вышеизложенного обзорного материала позволяет заключить, что метод аналогий использовался применительно к оценке одного из параметров инженерно-геологических условий. Основными направлениями применения метода аналогий, подтверждёнными научными разработками и практическим опытом, на современном этапе развития изысканий являются: выполнение прогнозных оценок развития геологических и инженерно геологических процессов; установление показателей свойств грунтов; геологическое картирование. Из особенностей практического использования метода аналогий следует отметить, что он является достаточно разработанным и опробованным в основном для неосвоенных территорий.
Характеристика изученных объектов
Здания расположены в различных инженерно-геологических условиях. Понятие «инженерно-геологические условия» определяется совокупностью геолого-литологических, геоморфологических и гидрогеологических условий, а также наличием и степенью активности геологических процессов. Инженерно-геологические условия отдельного участка строительства всегда обусловлены особенностями геологического развития территории в целом.
Для территории города Москвы характерно большое разнообразие геологического строения, типов рельефа, наличие нескольких водоносных комплексов. В 1983-1984гг. Г.А. Голодковской и соавторами разработана схема инженерно-геологического районирования Москвы [23,109], отражающая основные закономерности инженерно-геологических условий, имеющие большое значение для наземного строительства. В основу районирования положен ряд критериев, характеризующих геологическое строение толщи пород до верхней части отложений среднего карбона. В их числе - строение толщи четвертичных отложений, наличие или отсутствие в разрезе отложений мезозоя (главным образом верхнеюрских, являющихся региональным водоупором), их состав и мощность. На этой основе произведена типизация территорий и обособление следующих инженерно-геологических территориальных единиц:
А - область умеренных новейших тектонических движений в кайнозойскую эру с преобладанием устойчивых поднятий; моренная, фрагментами флювиогляциалъная, среднеплейстоценовая равнина; 1 - районы, в пределах которых с поверхности залегают моренные суглинки днепровского и московского оледенений; 2 - районы, в пределах которых с поверхности распространены флювиог-ляциальные отложения московского оледенения, подстилаемые московской или днепровской мореной; 3 - районы, в границах которых разрез представлен флювиогляциальными отложениями днепровского и московского оледенений; Б - область слабых проявлений новейших тектонических движений в кайнозойскую эру с преобладанием поднятий; моренная равнина среднеплейстог\е-нового возраста; 4 - районы, в пределах которых с поверхности залегают моренные суглинки днепровского и московского оледенений, подстилаемые четвертичными или нижнемеловыми песками; 5 - районы, в пределах которых с поверхности распространены флювиог-ляциальные отложения московского оледенения, подстилаемые московской или днепровской мореной; - районы, в границах которых разрез представлен флювиогляциальными отложениями днепровского и московского оледенений, подстилаемых песча ными отложениями нижнего мела или юры; В - область весьма слабых проявлений новейших тектонических двиэюений в кайнозойскую эру с преобладанием поднятий; зандровая равнина с редкими моренными останцами среднеплейстоценового возраста; 7 - районы, в пределах которых с поверхности залегают моренные суглинки днепровского и московского оледенений, подстилаемые песками днепров-ско-московского межледниковья; 8 - районы, в пределах которых с поверхности распространены флювиог-ляциальные отложения московского оледенения, подстилаемые московской или днепровской мореной; 9 - районы, в пределах которых с поверхности распространены флювиог-ляциальные отложения московского оледенения, подстилаемые флювиогляциальными песками днепровско-московского оледенения; Г - область унаследованного развития речных долин; современные долины рек Москвы и Яузы; 10- территории глубоких эрозионных врезов, выполненных нижнечетвертичными аллювиальными отложениями, на которых залегают флювиогляци-альные и озёрные отложения окско-днепровского межледниковья, перекрываемые аллювием пойм и террас; юрские отложения отсутствуют; 11 - районы, для которых характерны небольшая мощность юрских глин и близкое залегание к поверхности карбонатных пород; 12 - районы, для которых характерны большая мощность юрских глин и близкое залегание к поверхности карбонатных пород; 13 - древние высокие, сильно и глубоко расчленённые оползневые склоны р. Москвы. Существующее районирование учитывает гидрогеологические условия территории.
Значение инженерно-геологической изученности территории для использования метода ИГА
Большинством авторов под термином «инженерно-геологическая изученность» территории, как правило, понимается объём и уровень (полнота, достоверность и качество) инженерно-геологической информации, полученной по данной территории за период, предшествующий времени её востребования, в связи с новым строительством, реконструкцией или решением иных задач, требующих инженерно-геологического обоснования. Согласно Г.К. Бондарику, инженерно-геологическая информация - это сведения о свойствах геологической среды - компонентах инженерно-геологических условий - и её движении, отбираемые и используемые для оценки её современного состояния и прогноза взаимодействия с другими средами, в том числе с искусственной средой (сооружения и другие продукты человеческой деятельности) [6].
В СНиП 11-02-96 даётся следующее определение: «изученность инженерно-геологических условий - характер, назначение и границы участков ранее выполненных инженерных изысканий и исследований, наименование организаций-исполнителей, период производства и основные результаты работ, возможности их использования для установления инженерно-геологических условий» [204, с. 17].
Инженерно-геологическая изученность территории — понятие относительное. Одна и та же территория может характеризоваться различной степенью изученности для разных стадий проектирования, разных глубин исследования и в зависимости от поставленных перед изыскателями конкретных инженерно-геологических задач.
Изученность территории с позиций проведения инженерно-геологических изысканий может быть: общая геологическая и инженерно-геологическая. Общая геологическая изученность предполагает наличие информации об общих закономерностях строения и формирования геологической среды исследуемой территории. Инженерно-геологическая изученность подразумевает сведения об инженерно-геологических условиях участков - стратиграфо-генетических комплексах пород, распространённых в пределах площадок изысканий, геоморфологических и гидрогеологических условиях, геологических и инженерно-геологических процессах, физических и физико-механических свойствах грунтов в зоне взаимодействия проектируемого строительного объекта и геологической среды.
Актуальность ранжирования территории по степени её изученности определяется следующим. Инженерно-геологическая изученность - один из факторов, позволяющих предварительно оценить сложность инженерно-геологических условий. При низкой инженерно-геологической изученности часто нельзя оценить категорию сложности инженерно-геологических условий; при средней - можно лишь ориентировочно, и эта оценка должна уточняться; при высокой инженерно-геологической изученности существует реальная возможность объективно оценить категорию сложности инженерно-геологических условий и выявить те приоритетные вопросы, которые требуют дополнительного исследования.
В то же время в действующих нормативных документах отсутствуют конкретные рекомендации к использованию фондовых материалов с учётом изученности территорий.
Развитие представлений об инженерно-геологической изученности территории позволит с большей уверенностью анализировать и отбирать фондовые данные, назначать оптимальный состав и объём изысканий, а также устанавливать возможности и граничные условия применения метода аналогий.
По мнению автора, с позиций использования инженерно-геологических аналогий, будет правильно рассматривать территорию, сопредельную участку размещения строительного объекта, или расположенную в границах геологической структуры со сходными или идентичными условиями геологического развития и техногенного изменения. Применение метода аналогий на конкретной стадии проектно-изыскательских работ предполагает наличие определённого
уровня инженерно-геологической информации, характеризующей эту территорию, в объёме, необходимом и достаточном для обоснования выбора аналогов в её пределах и переноса данных на изучаемый объект. Материалы инженерно-геологической съемки, преимущественно картографические, должны обеспечивать возможность поиска инженерно-геологических аналогов по критериям их принадлежности к одному инженерно-геологическому (геоморфологическому, гидрогеологическому) району, участку распространения специфических грунтов или развития определённого инженерно-геологического процесса.
Для объективной оценки инженерно-геологической информации автором разработана условная классификация территорий по степени изученности инженерно-геологических условий. Предлагается выделять три категории инженерно-геологической изученности территории — I (низкая), II (средняя) и III (высокая) - (табл. 3.2.1).
Основными принципами выделения категорий инженерно-геологической изученности являются следующие: 1) категория изученности устанавливается по тем же параметрам, по которым оценивается категория сложности инженерно-геологических условий [209]; 2) категория изученности оценивается применительно к конкретной стадии проектирования строительных объектов.
Показателями и критериями для выделения категорий инженерно-геологической изученности территории являются: - наличие карт инженерно-геологического районирования; - масштаб инженерно-геологической съёмки; - наличие, объём и полнота сведений о геологическом строении территории, геоморфологических и гидрогеологических условиях, распространении геологических и инженерно-геологических процессов, а также показателей физико-механических свойств грунтов в зоне взаимодействия строительного объекта и геологической среды.
Примеры использования метода ИГА
Гидрогеологические условия площадки характеризуются наличием двух водоносных горизонтов - надкаменноугольного и верхнекаменноугольного. Первый от поверхности земли надкаменноугольный водоносный горизонт грунтовых вод вскрыт скважинами на глубинах 3,20-4,20 м, на абсолютных отметках 120,87-121,24 м. Водовмещающими породами служат современные аллювиальные пески, а также прослои песков в аллювиальных суглинках и глинах. Верхнекаменноугольный водоносный комплекс межпластовых вод приурочен к толщам трещиноватых и кавернозных известняков карбона. Верхним и нижним водоупорами служат глины карбона. Межпластовые воды преимущественно напорные.
Анализируя объекты-аналоги 12 и 13, нельзя исключать возможность изменения состава пойменных отложений (от песчаного к глинистому) в пределах небольших расстояний, выклинивания слоев из разреза и появления других ли-толого-стратиграфических разностей, а также наличия отложений верхней юры небольшой мощности. Эти допущения требуют обязательной проверки прямыми изысканиями.
На основании анализа инженерно-геологических аналогов можно выделить следующие ожидаемые геологические особенности, требующие повышенного внимания при изысканиях: -неоднородность пойменных отложений, в том числе наличие заторфованных пород; -преимущественно песчаный состав аллювиальных отложений; -сложное строение каменноугольного водоносного комплекса; -потенциальная карстовая и карстово-суффозионная опасность.
При разработке программы изысканий категория сложности инженерно-геологических условий площадки проектируемого строительства должна быть оценена как III (сложная) учитывая установленную категорию сложности для объектов-аналогов. Соответственно геотехническая категория объекта - III.
Учитывая особенности геологического строения и возможности проявления карстовых и карстово-суффозионных процессов на объектах-аналогах, при составлении программы изысканий на участке 14 следует предусмотреть обязательное выполнение следующих видов работ: - проходка 1 или 2 глубоких скважин (35,0-40,0м); - глубокую электро- или сейсморазведку (35,0-40,Ом);
Согласно Схемам градостроительного зонирования Москвы (см. рис. 2.2.9, 2.2.10), все исследованные объекты расположены в пределах функциональной зоны общественно-жилого назначения, в строительной зоне с высокоплотной застройкой.
Учитывая аналогичные природно-техногенные условия изученных объектов, а также сходные проектные характеристики зданий, при оценке влияния строительного объекта 14 на окружающую застройку в период его возведения и эксплуатации, а также при планировании защитных мероприятий, следует использовать опыт строительства на объектах-аналогах (11-13).
Сопоставление геологического строения площадки, полученного по результатам выполненных изысканий и принятого по аналогии, показывает преимущественно глинистый, а не песчаный состав пойменных отложений, а также выклинивание перхуровских известняков в районе расположения объекта исследования, но в целом подтверждает предположения о геологическом и гидрогеологическом строении участка.
Пример 4.3.2. Рассмотрим реализацию метода ИГА на примере объектов (участков), расположенных в посёлке Лесной Городок Одинцовского района Московской области, на одном из которых, согласно техническому заданию, планируется новое строительство.
На исследуемом участке по ул. Лесная, предполагается строительство 9-ти этажного жилого дома. Тип фундамента — ленточный, заглублением 1,5м от по верхности земли, подвал не предусмотрен. Стадия проектирования — Рабочий проект. На объекте предусмотрена проходка 8-ми скважин глубиной по 15,0 м.
На территории посёлка найдено 2 потенциальных объекта-аналога с имеющимися материалами ранее проведённых инженерно-геологических изысканий. Участки расположены по ул. Фасадная, (объекты I и II) на сравнительно небольшом удалении друг от друга (25,0-50,0м) (см. рис. 4.3.2). Кроме того, согласно имеющимся по данной территории картам геоморфологического и геологического районирования, все объекты располагаются в пределах одного геоморфологического элемента - моренно-эрозионной возвышенности, в границах залегания пород преимущественно ледникового комплекса.
