Logo

Категории каталога

Статьи [10]

Публикации

Главная » Статьи » Статьи

Применение геофизических методов при выполнении инженерных изысканий на площадках массового строительства

УДК 624.131.3

 

Применение геофизических методов

при выполнении инженерных изысканий

на площадках массового строительства

 

 

Станислав Евгеньевич Тарасенко, директор АУ АО «Государственная экспертиза проектов», 414000, г.Астрахань, ул.Коммунистическая, 2-4, e-mail: astexpertiza@mail.ru

 

Иван Михайлович Шереметов, заведующий сектором экспертизы результатов инженерных изысканий АУ АО «Государственная экспертиза проектов», кандидат технических наук, 414000, г.Астрахань, ул.Коммунистическая, 2-4, e-mail: astexpertiza@mail.ru

 

Аннотация. В рамках данной работы демонстрируются практические возможности применения комплексной методики выполнения инженерных изысканий. Задачу комплексирования прямых инженерно-геологических и геофизических методов следует решать при формировании программы изысканий.

Выбор методов проведения геофизических исследований определяется исходя из потребности детализации картины напластований. Это обусловлено сложными инженерно-геологическими условиями как то: чередующимся фациальным замещением подстилающих пород, присутствием в массиве погребённых форм рельефа, априорное наличие песчаных линз, пёстрая геология площадки в целом.

По мнению авторов для решения указанных задач наиболее интересен метод георадиолокации. Эффективность использования георадарного оборудования при выполнении инженерных изысканий на площадках массового строительства в астраханском регионе подтверждена на практике. В результате обработки радарограмм получена хорошая корреляция результатов построения литологического разреза.

Применение геофизических методов исследования грунтов на условиях комплексирования позволяет, как правило, снизить стоимость и сроки изысканий, повысить достоверность получения информации для принятия проектных решений. В результате, можно обоснованно рекомендовать включение их в состав изысканий при проектировании объектов не только третьей, но и второй геотехнической категории.

Ключевые слова: инженерные изыскания, геофизические исследования, георадарное зондирование, комплексирование инженерных изысканий.

 

 

Application of geophysical methods in engineering surveys

at the sites of ordinary construction

 

Stanislav E.Tarasenko

Ivan M.Sheremetov

Abstract. This paper demonstrates the possibility of a complex technique perform engineering surveys. The problem of integrating direct geological and geophysical methods is solved by the formation of the survey program.

Technology of Geophysical Research determined based on the accuracy requirements of formation lithological section. It is connected with complex engineering-geological conditions, such as: frequent replacement facies underlying rocks, the presence of an array of buried landforms, a priori existence of sand lenses, motley array of geology in general.

According to the authors, to solve these problems, you should use the method of GPR. The effectiveness of using GPR in engineering surveys for conventional construction in Astrakhan region was confirmed in practice. Transformed radarogram well correlated with the lithological-sectional view taken by the direct method.

Application of geophysical methods in the study of soil conditions permit, as a rule, to reduce the cost and time of the study, improve the accuracy of the information for making design decisions when using aggregation studies. As a result, we can recommend the use of geophysics in research in the design of objects not only the third, but the second Geotechnical category.

Key words: engineering surveys, geophysical surveys, GPR sensing, aggregation of engineering studies.

 

 

Действующие нормативные документы, регламентирующие выполнение инженерно-строительных изысканий, предусматривают применение геофизических методов для изучения природных условий площадки предполагаемого строительства. Согласно п. 6.1 СП 47.13330.2012 "СНиП 11-02-96. Инженерные изыскания для строительства. Основные положения" в состав инженерно-геологических изысканий наряду с другими видами работ входят геофизические исследования. В соответствие требованиям указанного документа условия комплексирования зависят от сложности инженерно-геологических условий, уровня ответственности, т.е. от геотехнической категории объекта.

Согласно п.26 ст.2 Федерального закона от 30 декабря 2009 г. № 384-ФЗ "Технический регламент о безопасности зданий и сооружений" уровень ответственности - характеристика здания или сооружения, определяемая в соответствии с объемом экономических, социальных и экологических последствий его разрушения. Зданиями и сооружениями повышенного уровня ответственности являются объекты, отнесенные в соответствии с Градостроительным кодексом Российской Федерации к особо опасным, технически сложным или уникальным. Особенности формирования задания на выполнение инженерных изысканий на площадках возведения таких объектов отражены в п.3 ст.15 указанного выше технического регламента.

Традиционно геофизические исследования рассматриваются как дополнительные работы на площадках, относящихся к третьей геотехнической категории. Данная геотехническая категория объекта включает, как правило, сооружения повышенного и нормального уровней ответственности в сложных инженерно-геологических условиях, а также устройство котлованов подземных и заглубленных сооружений в условиях плотной городской застройки. Решение о применении геофизических методов принимается согласно п.5.1 СП 11-105-97 "Инженерно-геологические изыскания для строительства. Часть I. Общие правила производства работ" в соответствие обоснованию, представленному программой изысканий. Ограничений, связанных с геотехнической категорией нормативным документом не предусмотрено. Т.е. при условии, что цели проведения геофизических исследований соответствуют указаниям п. 5.7 данного свода правил, соответствующее комплексирование легитимно и для массового строительства.

При конкретизации поставленных задач становится очевидным и выбор метода исследования. Геофизические методы изучения природных условий площадки предполагаемого строительства по своему виду принципиально различаются в использовании естественных либо искусственно создаваемых физических полей. К первым относятся методы измерения естественных земных полей – гравитационного, магнитного и электрического, ко вторым – методы измерения откликов на создаваемые переменные (гармонические), импульсные (неустановившиеся), сверхвысокочастотные электромагнитные поля.

За последние десятилетия техническое оснащение в области исследования грунтовых условий геофизическими методами существенно изменилось. Приборная база геофизического направления перманентно развивается. Усовершенствовались средства обработки полученных результатов. Появляются новые программные продукты [1]. Интерфейс становится всё более удобным. В результате применение геофизических методов при обследовании подповерхностного пространства позволяет получить разрез в латеральной плоскости оперативно и с высокой степенью достоверности.

В рамках обсуждаемого вопроса наиболее интересен метод георадиолокации. Среди представленного на рынке радиолокационного оборудования отечественной разработки выделяются георадары серии «Лоза» и «Око». От аналогов это оборудование отличаются большим энергетическим потенциалом, позволяющим работать в средах с высокой проводимостью, например, в суглинке или влажной глине, характерных, например, для астраханского региона. В зависимости от конструкции антенн георадарные комплексы различаются диапазоном рабочих частот и частотой дискретизации. Анализ разрешающих возможностей позволяет подбирать оптимальный комплект оборудования для решения конкретной задачи [2].

Георадарная съемка - это методика неразрушающего обследования, заключающаяся в анализе импульсов, отраженных от границ сред с разными электрофизическими характеристиками. Метод георадиолокации основывается на способности электромагнитной волны отражаться от границы неоднородностей в изучаемой среде. Известно, что отраженный сигнал тем ярче проявляется, чем более существенная разница в диэлектрической проницаемости и электоропроводности граничащих напластований. Излучаемые георадаром электромагнитные сверхширокополосные импульсы отражённые от встречающихся слоев грунта, принимаются антенной, усиливаются и преобразуются в цифровой вид для последующей обработки с помощью программного комплекса. Наиболее важными параметрами, характеризующими возможности применения метода георадиолокации в различных средах, являются удельное затухание и скорость распространения электромагнитных волн в среде, которые определяются ее электрическими свойствами. Затухание определяет глубину зондирования, скорость - расстояние до отражающей границы [3].

В процессе обработки сигналов построение линии равных фаз одинаковых сигналов на соседних трассах – оси синфазности – позволяет очертить поверхность границы раздела сред. При наличии априорной информации о скорости распространения волн в среде (или диэлектрической проницаемости) ось синфазности может быть преобразована непосредственно в отражающую границу в масштабе глубин. Это определяет возможность идентифицировать глубину залегания напластований. В результате чего строится геологическая модель исследуемого разреза.

Следует заметить, что преимущественно на первой стадии обработки данных используются полосовая фильтрация, деконволюция и преобразование Гильберта, которое лежит в основе алгоритма выявления сверхширокополосных георадарных сигналов и определения их характеристик. Затем для визуализации сигнала с помощью преобразования Фурье осуществляется переход из частотной области во временную область. Альтернативой спектральному анализу, основанному на преобразовании Фурье, представляется вейвлет-анализ сигналов. При неоднородном сложении основания зданий и сооружений частотно-модулированный отражённый сигнал в условиях дисперсии меняется в зависимости от размера неоднородности, релаксационных характеристик среды и пр. Для анализа полученных сигналов в рамках исследования нестационарных процессов рекомендуется применять вейвлет-преобразование, имеющее преимущества перед Фурье-анализом [4].

Целесообразность использования геофизических методов исследования площадки предполагаемого строительства рядовых объектов вполне очевидно определяется исходя из потребности детализации картины напластований. Это обусловлено сложными инженерно-геологическими условиями как то: чередующимся фациальным замещением подстилающих пород, присутствием в массиве погребённых форм рельефа, априорное наличие песчаных линз, пёстрая геология площадки в целом.

В соответствие п. 4.1 СП 11-105-97 "Инженерно-геологические изыскания для строительства. Часть VI. Правила производства геофизических исследований" изыскания с применением геофизических методов проводятся как самостоятельный вид работ. Данный вид изысканий включён в «Перечень видов работ по инженерным изысканиям, по подготовке проектной документации, по строительству, реконструкции, капитальному ремонту объектов капитального строительства, которые оказывают влияние на безопасность объектов капитального строительства», утверждённый приказом Министерства регионального развития РФ от 30 декабря 2009 г. № 624. Соответственно материалы выполненных геофизических исследований наряду с другими результатами инженерных изысканий предоставляются в уполномоченные органы для проведения экспертизы.

Эффективность использования георадарного оборудования при выполнении инженерных изысканий на площадках массового строительства в астраханском регионе подтверждена на практике. При обследовании участков трассы линейных объектов обеспечено существенное ускорение получения достоверного результата. С целью дальнейшего проведения капитального ремонта дорожного покрытия выполнены работы по выявлению зон разуплотнения и нарушения слоистой структуры основания дорожной одежды [5]. На рисунке 1 представлена радарограмма характерного участка, где области деструктивного воздействия чётко охарактеризованы как в плане, так и по глубине.        

Рис.1. Радарограмма участка автомобильной дороги.

 

Хорошие результаты получены и при использовании георадара на водных объектах [6]. На участке водовода с дюкерным переходом, пересекающем водную преграду, удалось обоснованно исключить из проекта организации строительства мероприятия по перекладке действующих ниток водовода, что при осуществлении дноуглубительных работ до проектной отметки, бесспорно, повлияет на снижение сметной стоимости. На рисунке 2 представлена радарограмма, на которой контрастно проявилась граница донных отложений.

      

Рис.2. Радарограмма дна водоёма.

 

Характерным примером так же является площадка строительства общественного центра, основание которого охватывает участок старого погребенного русла ильменя [7]. Применение метода подповерхностного зондирования в рамках решения поставленной локальной задачи позволило принять проектные решения по устройству фундаментов без устройства дополнительных горных выработок. На рисунке 3 представлена радарограмма, на которой отражена реальная ситуация в грунтовой толще, хорошо коррелирующая с данными прямых методов.

Рис.3. Радарограмма трассы по главной оси объекта

 

Особыми объектами являются памятники истории и культуры. Текущий мониторинг состояния основания такого объекта следует проводить неразрушающими методами. Территория памятника федерального значения – ансамбль Астраханского кремля – простирается на 11 га и сложена просадочными грунтами I и II типа [8]. Решение в рамках геомониторинга актуальной задачи, связанной с перманентным контролем водонасыщения грунта, с помощью геофизических методов кратно менее затратно по отношению к традиционному способу. На рисунке 4 представлена радарограмма, на которой проиллюстрировано получение информации о подповерхностном пространстве для дальнейшего картирования.

Рис.4. Радарограмма трассы вдоль фасада исторического здания

 

В результате обработки радарограмм получена хорошая корреляция результатов построения литологического разреза с данными, полученными прямыми методами. Однако наиболее важным является тот факт, что полученные на основе радарограмм геологические разрезы точнее отражают реальную ситуацию в грунтовой толще.

Реализация возможности при формировании программы изысканий комплексирования прямых инженерно-геологических и геофизических методов позволяет снизить стоимость и сроки изысканий, повысить их качество [9]. Помимо этого применение георадиолокационного метода даёт возможность оперативно отслеживать изменения, происходящие в основаниях зданий и сооружений в процессе их строительства и эксплуатации. Выполнение программ геомониторинга с использованием средств подповерхностного зондирования существенно актуализирует получаемые результаты.

Таким образом, обобщая региональный опыт, можно заключить, что опираясь на п. 6.3.10 СП 47.13330.2012 "СНиП 11-02-96. Инженерные изыскания для строительства. Основные положения", применение геофизических методов исследования грунтов на условиях комплексирования позволяет повысить достоверность получения информации для принятия проектных решений. Эффективность современного оборудования для выполнения подповерхностного зондирования обеспечивает оперативность поступления информации. Исходя из изложенного, учитывая, что указанные выше нормативные документы не ограничивают применение геофизических исследований, можно обоснованно рекомендовать включение их в состав изысканий при проектировании объектов не только третьей, но и второй геотехнической категории.

Литература

  1. Денисов Р.Р., Капустин В.В., Обработка георадарных данных в автоматическом режиме // Геофизика, 2010, №4, с.76-80
  2. Павлов А.Т., Лепешкин В.П., Федукин М.Б., Павлова Ю.Н., Разработка технологии и аппаратуры импульсной геоэлектроразведки высокого разрешения для исследования структуры оползня и прогноза его развития, Материалы 5-й Всерос. конф. АН РФ «Оценка и управление природными рисками» (Риск – 2003), Москва, 26–27.03.2003 г., с.200-203
  3. Владов М.Л., Старовойтов А.В., Введение в георадиолокацию, - Москва: изд. МГУ, 2004, 153 с.
  4. Татаркин С.А., Современные геофизические методы в строительной практике, СПб: НПО «Геореконструкция-Фундаментпроект», 2007, 100 с.
  5. Полумордвинов О.А., Шереметов И.М. Результаты геомониторинга автомобильной дороги Волгоград-Астрахань / Материалы III международной научно-практической конференции «Инновационные технологии в науке и образовании – ресурс развития строительной отрасли и жилищно-коммунального хозяйства» - Астрахань: АИСИ, 2010, с.158-162
  6. Тарасенко С.Е., Шереметов И.М. Некоторые результаты применения геофизических методов при обследовании дюкерных переходов // Перспективы развития строительного комплекса: материалы VI международной научно-практической конференции.22-26 октября 2012 г. / под общ.ред. В.А.Гутмана, А.Л.Хаченяна. – Астрахань: АИСИ, 2012, - т.1, с.173-178
  7. Полумордвинов О.А., Шереметов И.М. Практическое применение метода георадиолокации при выполнении инженерных изысканий // Наука в современном мире: Материалы VII Международной научно-практической конференции, Сборник научных трудов / Под ред. д.п.н. Г.Ф.Гребенщикова. – М.: Издательство «Спутник +», 2011, с.101-104
  8. Шереметов И.М. Применение комплексного подхода к проведению геотехнического мониторинга памятника истории и архитектуры // Промышленное и гражданское строительство, 2012, № 5, с.15-17
  9. Полумордвинов О.А., Шереметов И.М., Курдюк А.Ю. К вопросу о создании комплексной методики инженерных изысканий для решения геотехнических и геоэкологических задач строительства на урбанизированных территориях // Промышленное и гражданское строительство, 2009, № 1, с.56-57


Источник: http://www.pgs1923.ru/
Категория: Статьи | Добавил: info (07.04.2015) | Автор: С.Е. Тарасенко, И.М. Шереметов
Просмотров: 1902 | Рейтинг: 5.0/1 |

Поиск

Ссылки

Статистика