Тема 16

Інженерно-геологічні вишукування при проектуванні промислових та цивільних будинків і споруд та їх реконструкції

 

16.1. Місце інженерно-геологічних вишукувань у системі інженерних вишукувань для будівництва

Інженерно-геологічні вишукування – складова частина інженерних вишукувань для будівництва, порядок проведення яких регламентуються будівельними нормами і правилами „Інженерні вишукування для будівництва. Основні положення”.

Інженерно-геологічні вишукування виконуються при проектуванні різних будівель, споруд і їхніх комплексів. У необхідних випадках вони можуть бути продовжені в період будівництва, експлуатації, реконструкції й ліквідації об'єктів. До складу інженерних вишукувань, крім інженерно-геологічних, входять інші види вишукувань (рис. 16.1): інженерно-геодезичні (одержання топографо-геодезичних матеріалів, даних про рельєф місцевості й ін.), інженерно-гідрометеорологічні (кліматичні умови, гідрологічний режим рік і ін.), інженерно-екологічні (оцінка й прогноз сучасного екологічного стану), а також вишукування ґрунтових будівельних матеріалів і джерел водопостачання на базі підземних вод (з потребою в господарсько-питній воді до 1000 м³/доб.).

Крім того, до інженерних вишукувань для будівництва відносять наступні спеціальні роботи:

·                    геотехнічний контроль;

·                    обстеження ґрунтів основ фундаментів будівель і споруд;

·                    локальний моніторинг компонентів навколишнього середовища; геодезичні, геологічні й інші супровідні роботи в процесі будівництва, експлуатації й ліквідації об'єктів;

·                    обґрунтування заходів щодо інженерного захисту територій та інші види робіт.

Рис. 16.1. Основні види інженерних вишукувань для будівництва

 

16.2. Основні цілі, завдання й склад інженерно-геологічних вишукувань

Інженерно-геологічні вишукування – виробничий процес отримання, накопичення й обробки інженерно-геологічної інформації для забезпечення будівельного проектування вихідними даними про інженерно-геологічні умови району (площадки, ділянки, траси).

Під інженерно-геологічними умовами розуміється сукупність компонентів геологічного середовища, які можуть вплинути на проектовані будівлі й споруди (рельєф і геоморфологія, геологічна будова, підземні води, склад, стан і властивості ґрунтів, небезпечні геологічні процеси).

Одним з найважливіших завдань інженерно-геологічних вишукувань є прогнозування можливих змін у сфері взаємодії проектованої споруди з геологічним середовищем.

До складу інженерно-геологічних вишукувань входить наступний основний комплекс польових, лабораторних і камеральних робіт: збір і аналіз наявних геологічних матеріалів по району будівництва; дешифрування космо- і аерофотоматеріалів і аеровізуальні спостереження; маршрутні спостереження (рекогносцирувальне обстеження), бурові й гірничопрохідні роботи; геофізичні дослідження; дослідні польові роботи; стаціонарні спостереження; лабораторні дослідження ґрунтів і підземних вод; камеральна обробка зібраних матеріалів і складання звіту.

У необхідних випадках до складу інженерно-геологічних вишукувань можуть бути включені й інші види робіт, наприклад, обстеження ґрунтів основ фундаментів існуючих будівель і споруд.

Об’єм і зміст інженерно-геологічних вишукувань у кожному конкретному випадку залежить від: 1) категорії складності інженерно-геологічних умов району (прості, середньої складності й складні); 2) ступеня їхньої вивченості; 3) стадій (етапів) проектування й 4) видів (призначення) будівель і споруд (трас) і рівня їхньої відповідальності.

Відповідно до ДСТ 27751 – 88, установлюється три рівні відповідальності будівель і споруд : I – підвищений (головні корпуси АЕС, унікальні будівлі й споруди й ін.); II – нормальний (об'єкти масового будівництва) і III – знижений (тимчасові будівлі, склади, парники й ін.).

 

16.3. Основні етапи інженерно-геологічних вишукувань

Інженерно-геологічні вишукування виконуються послідовно, по етапах, у відповідності зі стадіями проектування. Основні етапи комплексних досліджень: рекогносцировка, зйомка й розвідка. При цьому дотримується загальний принцип проведення геологічних робіт, коли від етапу до етапу скорочується площа досліджень, але збільшується їхня детальність.

Інженерно-геологічна рекогносцировка

Рекогносцировка передує зйомці й проводиться для попередньої оцінки інженерно-геологічних умов району будівництва для обґрунтування передпроектної документації. Рекогносцировка може не проводитися, якщо є достатня кількість архівних і фондових геологічних матеріалів.

У завдання інженерно-геологічної рекогносцировки входить попереднє виявлення типів рельєфу й геоморфологічних елементів, уточнення зібраних геологічних матеріалів, огляд і опис наявних оголень гірських порід, у тому числі кар'єрів, будівельних виробок і ін., виходів підземних вод на поверхню, зовнішніх проявів небезпечних геологічних процесів і т.д. Для цього проводяться маршрутні спостереження, а в необхідних випадках – аеровізуальні спостереження, проходка окремих неглибоких гірських виробок, геофізичні дослідження й інші види робіт. За підсумками рекогносцировки складається схематична карта інженерно-геологічних умов району.

 

Інженерно-геологічна зйомка

Інженерно-геологічна зйомка проводиться для майданчикової оцінки й картування інженерно-геологічних умов району (ділянки) будівництва. До складу інженерно-геологічної зйомки входить повний комплекс польових, лабораторних і камеральних робіт (рис. 16.2).

Рис. 16.2. Польові, лабораторні та камеральні роботи в складі інженерно-геологічної зйомки.

 

Масштаб інженерно-геологічної зйомки визначається розмірами досліджуваної території, видом будівництва й характером проектованих споруд, складністю інженерно-геологічних умов і т.д. Розрізняють зйомки великомасштабні або спеціальні (1:50 000 і крупніше), середньомасштабні й дрібномасштабні.

На основі отриманих у ході зйомки даних складають інженерно-геологічну карту району будівництва. Це дає можливість виконати інженерно-геологічне районування території та виділити ділянки, найбільш придатні для будівництва.

Інженерно-геологічна карта – це відомості про найважливіші інженерно-геологічні фактори у межах досліджуваної території, складається із власне карти, умовних позначень, інженерно-геологічних розрізів і пояснювальної записки.

На інженерно-геологічних картах відображають літологічний склад і властивості порід, їхнє поширення, умови залягання, вік і походження, відомості про підземні води й природні геологічні та інженерно-геологічні процеси.

Інженерно-геологічні карти бувають трьох видів: 1) інженерно-геологічних умов; 2) інженерно-геологічного районування й 3) інженерно-геологічні карти спеціального призначення.

Карти інженерно-геологічних умов містять інформацію з розрахунком на задоволення всіх видів наземного будівництва. Її використовують для загальної оцінки природних умов місцевості, де буде здійснене будівництво.

Карта інженерно-геологічного районування відбиває поділ території на частини (регіони, області, райони, ділянки й т.д.), залежно від спільності їхніх інженерно-геологічних умов.

Карти спеціального призначення складають відповідно до конкретних видів будівництва або споруд. Вони містять оцінку інженерно-геологічних умов території будівництва й прогноз геологічних процесів і явищ.

Для вирішення питань, пов'язаних з детальним вивченням підземних вод, проводять гідрогеологічну зйомку.

Гідрогеологічна зйомка – комплексне польове дослідження гідрогеологічних умов з метою їх картування, з її допомогою обґрунтовують вибір ділянки водозабору й виявляють запаси підземних вод, дають оцінку гідрогеологічних умов території водоймищ, басейнів і ін., вивчають загальні гідрогеологічні умови району й т.д.

Оцінка території за умовами водопостачання на базі підземних вод може бути дана за допомогою карти гідрогеологічного районування.

 

Інженерно-геологічна розвідка

Інженерно-геологічна розвідка проводиться на завершальному етапі вишукувань і призначена для уточнення інженерно-геологічних умов під окремою будівлею або спорудою. Основою для її проведення є матеріали інженерно-геологічної зйомки.

У результаті інженерно-геологічної розвідки повинні бути отримані вихідні кількісні дані, необхідні для інженерно-геологічної характеристики ґрунтових основ у сфері взаємодії будівель і споруд із геологічним середовищем і для прогнозу зміни властивостей ґрунтів на період будівництва й експлуатації.

 

16.4. Основні завдання інженерно-геологічних вишукувань

Інженерно-геологічні вишукування для будівництва виконуються відповідно до діючих будівельних норм і правил (БНіП), державними стандартами (ДЕРЖСТАНДАРТ), а також відомчими будівельними нормами (ВБН) і інструкціями.

При будівництві найважливішим є прогноз взаємодії проектованої будівлі й споруди з геологічним середовищем. Інженерно-геологічні умови будівництва на території нашої країни дуже різноманітні. Настільки ж різноманітне призначення й конструктивні рішення проектованих об'єктів, тому проведення інженерно-геологічних вишукувань для різних видів будівництва має ряд своїх, специфічних особливостей.

Однак, незважаючи на специфіку окремих видів будівництва, основними завданнями інженерно-геологічних вишукувань для всіх видів будівництва є:

·                    складання програми вишукувань;

·                    вивчення інженерно-геологічних умов, що впливають на вибір будівельного майданчика (траси), розміщення на ньому конкретних споруд, розрахунку їхньої конструкції, режиму експлуатації та ін.;

·                    виділення інженерно-геологічних елементів (ІГЕ) і отримання нормативних і розрахункових характеристик ґрунтів, необхідних для вибору несучої основи, типу й глибини закладання фундаментів, способів проведення будівельних робіт і ін.;

·                    отримання необхідної для оптимального проектування об'єкта вихідної гідрогеологічної інформації (типи й  глибина залягання підземних вод, хімічний склад і агресивність підземних вод, напрямок і швидкість руху, фільтраційні параметри водоносних шарів, режим і ін.);

·                    оцінка й прогноз розвитку небезпечних геологічних процесів, що впливають на стійкість проектованих будівель і споруд; розробка заходів інженерного захисту;

·                    забезпеченість району будівництва необхідними місцевими будівельними матеріалами й джерелами водопостачання; при недостатності забезпеченості – пошуки їх і розвідка;

·                    зведення до мінімуму негативного впливу проведення інженерно-геологічних вишукувань на навколишнє природне середовище (екологічні системи, природні ландшафти  й природні комплекси);

·                    подання звітів про інженерно-геологічні вишукування для обґрунтування передпроектної, проектної й іншої документації, з аргументованими висновками й рекомендаціями, необхідними текстовими й графічними додатками.

Інженерно-геологічні вишукування повинні проводитися з використанням сучасних методів і засобів у мінімально короткий термін при мінімальних витратах праці й матеріальних засобів.

 

16.5. Інженерно-геологічні вишукування й охорона навколишнього середовища

Як відомо, у процесі проведення інженерно-геологічних вишукувань широко використовуються різноманітні технічні засоби й механізми: самохідні бурові установки й агрегати, різні транспортні засоби – автомобілі, трактори й ін., навантажувальні й піднімальні пристрої й т.д.

З їхньою допомогою буряться свердловини, проходяться гірські виробки (шурфи, штольні й ін.), ведуться дослідні роботи, прокладаються під'їзні колії й т.д., які можуть досить негативно впливати на природні екологічні системи, природні ландшафти й природні комплекси.

Тому будівельними нормами й правилами (Бніп) та іншими документами передбачається, що при інженерно-геологічних вишукуваннях, особливо в районах зі складними інженерно-геологічними умовами, повинні строго дотримуватися вимоги по охороні природи, передбачатися й здійснюватися заходи, що не допускають порушення сформованих природних умов буровими, дослідно-фільтраційними й іншими роботами, які можуть викликати активізацію карсту, зсувів та інших процесів, утворення провалів і осідань земної поверхні.

Негативний вплив інженерно-геологічних вишукувань на навколишнє природне середовище може проявлятися й в інших процесах: порушенні ґрунтового покриву і його забрудненні, забрудненні атмосферного повітря відпрацьованими газами транспортних засобів і двигунів бурових установок, забрудненні підземних і поверхневих вод паливно-мастильними матеріалами й хімічними реактивами, використовуваними при бурових і дослідних роботах, виснаженні підземних вод при неконтрольованому самовиливі артезіанських свердловин і ін.

У всіх випадках при проведенні інженерно-геологічних вишукувань необхідно прагнути звести до мінімуму збиток, що наноситься ними навколишньому середовищу. Проектувальник (будівельник, експлуатаційник) повинен на основі даних, отриманих у ході інженерно-геологічних вишукувань, передбачити заходи, які в максимально можливому ступені запобігли би негативному впливу проектованого об'єкта на навколишнє середовище як у процесі будівництва, так і при наступній експлуатації. Екологічне обґрунтування цих заходів і способи їхньої реалізації викладаються в спеціальних вказівками по охороні навколишнього середовища в будівництві.

 

16.6. Інженерно-геологічні вишукування при проектуванні промислових та цивільних будівель і споруд та їх реконструкції.

Будівництво промислових і цивільних будівель і споруд у нашій країні носить масовий характер і відрізняється винятковою розмаїтістю, щільністю розміщення, використанням підземного простору, багатоповерховістю забудови, складністю інженерної інфраструктури й інших особливостей.

Інженерно-геологічні вишукування для промислово-цивільного будівництва на етапі передпроектних робіт проводяться для великих і відповідальних об'єктів. Починаються вони зі збору всіх наявних по даному районі матеріалів по геоморфології, геології, гідрогеології й інженерній геології.

Зібрані матеріали вишукувань минулих років узагальнюють у вигляді короткого звіту, у якому дається попередній висновок про інженерно-геологічні умови будівництва проектованого об'єкта.

Інженерно-геологічні вишукування на передпроектному етапі дозволяють дати оцінку інженерно-геологічним умовам території при різних варіантах розташування будівельних майданчиків з рекомендацією кращого варіанту. Основна мета робіт – вибір будівельного майданчика.

Стадія проекту. Інженерно-геологічні вишукування на обраному майданчику повинні дати необхідний матеріал для прийняття остаточного варіанту компонування об'єкта, а також для вирішення всіх конструктивних та інших проектних рішень. Інженерно-геологічні вишукування повинні бути достатніми для виділення в плані й по глибині інженерно-геологічних елементів за ДСТ 20522-96, з визначенням нормативних і розрахункових значень ґрунтів, встановлення гідрогеологічних параметрів, оцінки інтенсивності розвитку небезпечних геологічних процесів і ін.

До складу робіт на стадії проекту входять: 1) інженерно-геологічна зйомка території площадки в масштабах 1:2 000 – 1:5 000. При проектуванні унікальних будівель і споруд та в складних інженерно-геологічних умовах зйомки виконуються звичайно в більших масштабах 1:1 000 – 1:500, тобто з більшою детальністю; 2) буріння свердловин і проходка шурфів; 3) польові дослідження ґрунтів (статичне й динамічне зондування, випробування штампами й ін.); 4) гідрогеологічні дослідження (оцінка водопроникності ґрунтів методом відкачок, визначення хімічного складу, агресивності до бетону й корозійної активності до металів і ін.); 5) стаціонарні спостереження за зміною окремих факторів інженерно-геологічних умов; 6) лабораторні дослідження й 7) камеральні роботи й складання звіту.

На стадії робочої документації інженерно-геологічні вишукування повинні забезпечувати деталізацію й уточнення інженерно-геологічних умов на конкретних ділянках розміщення проектованих будівель і споруд.

Склад і обсяги інженерно-геологічних вишукувань визначаються видом (призначенням) будівель і споруд, рівнем їхньої відповідальності, складністю інженерно-геологічних умов і ступенем геологічної вивченості району.

Найбільша увага при вишукуваннях на стадіях проектування приділяють бурінню свердловин і проходці шурфів.

Розвідницькі виробки (свердловини й шурфи) розташовують по контурах або осям проектованих будівель і споруд (рис. 16.3), а також на границях геоморфологічних елементів.

Загальна кількість свердловин і шурфів у межах контуру кожної будівлі й споруди, як правило, не менш 3, а для особливо відповідальних – не менш 4 – 5.

 

Рис 16.3. Схема розміщення свердловин на ділянці проектованого об’єкта в простих (а) і складних (б) геологічних умовах.

Глибина розвідницьких виробок повинна перевищувати величину стисливої товщі ґрунтів основ на 1 – 2 м. При відсутності даних про стисливу товщу глибину виробок приймають залежно від типів фундаментів і навантажень на них.

У районах поширення специфічних ґрунтів приблизно одна третина свердловин повинна пройти їх на повну потужність, а на ділянках розвитку небезпечних геологічних процесів – на 3-5 м нижче зони їхнього активного розвитку.

На ділянках будівництва найбільш важких і відповідальних споруд, таких як доменні печі й деякі інші унікальні об'єкти, при складних інженерно-геологічних умовах глибина виробок може значно збільшуватися до 30 м, а в окремих випадках до 50 м і більше.

На стадії робочої документації об’єм і характер інженерно-геологічних вишукувань для промислового й цивільного будівництва може значно відрізнятися залежно від передбачуваних типів основ і фундаментів (природні основи, пальові фундаменти, об'єкти з фундаментами при динамічних навантаженнях).

Об'єкти на природній основі. Інженерно-геологічні вишукування повинні висвітлювати геологію ділянки на глибину всієї активної зони впливу будівлі (споруди) на ґрунти основи. При виборі в якості основи скельних і напівскельних ґрунтів необхідно встановити глибину залягання їхньої покрівлі, яка дуже мінлива. При нескельних основах для визначення глибини закладання фундаментів необхідно знати глибину промерзання ґрунтів. Визначаються склад і властивості ґрунтів всіх шарів активної зони й міцнісні показники шарів, на які буде опиратися фундамент.

Об'єкти на пальових фундаментах. Інженерно-геологічні вишукування повинні забезпечити вирішення наступних питань: вибір довжини палів, для чого виявляється шар, на який можна обперти палі; несучу здатність палі; вплив на пальове поле ґрунтових вод; умови занурення паль і ін.

Об'єкти з фундаментами при динамічних навантаженнях. Під час інженерно-геологічних вишукувань особлива увага приділяється прогнозу можливої зміни властивостей ґрунтів при вібрації, особливо пісків нещільного укладання й глин, що розріджуються. Найбільше небезпечним є розрідження й випирання з-під фундаментів ґрунтів основ. У таких складних інженерно-геологічних умовах необхідні додаткові розвідницькі свердловини й шурфи з відбором зразків ґрунтів для ретельного вивчення складу й властивостей на всю глибину активної зони. Ретельно також вивчаються слабкі ґрунти (торф'янисті, мулисті й т.п.), які вимагають собі заміни на піщані подушки або штучне зміцнення. Вивчаються склад і властивості насипних ґрунтів, тому що будівництво на насипних ґрунтах із вмістом гумусу, деревного й органічного сміття не допускається.

 

Інженерно-геологічні вишукування для обґрунтування проектів реконструкції будівель і споруд

В останні роки в нашій країні намітилася тенденція росту капітальних вкладень у реконструкцію й будівництво будівель і споруд в умовах щільної міської забудови. На жаль, навіть у складних інженерно-геологічних умовах у нових власників аварійно-деформованих будинків або будинків, що підлягають повної реконструкції, часто не знаходиться засобів на підсилення основ і фундаментів та виконання інших робіт, у силу їхньої великої складності й високої вартості. У цих умовах, щоб уникнути аварійних ситуацій, необхідний відповідальний підхід всіх учасників інвестиційного процесу. Це відноситься й до визначення видів і мінімально необхідних обсягів інженерно-геологічних вишукувань, і до строгого виконання всіх конструктивних рішень і заходів для забезпечення надійності об'єкта реконструкції.

Реконструкція залежно від складу й намічуваних будівельних робіт поділяється на:

·                    малу – капітальний ремонт будівлі, прибудова додаткових виносних приміщень (лоджій), заміна окремих видів технологічного устаткування; інженерно-геологічні вишукування не виконуються за умови збільшення навантаження на основу не більше 10% від існуючої;

·                    середню – часткова перебудова існуючої будівлі й споруди, зведення окремих надбудов (мансард), заміна підкранових балок, сталевих колон і іншого устаткування; інженерно-геологічні вишукування виконуються на обмежених ділянках території об'єкта;

·                    повну – надбудова додаткових поверхів, знесення аварійного будинку й будівництво нових будівель і споруд замість ліквідованих; інженерно-геологічні вишукування виконуються в повному обсязі на всій території об'єкта проектованої реконструкції.

У технічному завданні на вишукування для реконструкції на додаток до звичайних даних варто приводити відомості про існуючий стан і майбутні зміни будівельних конструкцій, типи реконструкції (середня або повна), дані про спостереження за осіданнями й деформаціями будівель, додавати креслення фундаментів і ін.

Варто враховувати, що передбачені програмою склад і обсяги інженерно-геологічних робіт можуть у процесі їхнього виконання піддаватися коректуванню з урахуванням установленої категорії стану будинку або споруди (нормальне, задовільне, незадовільне, аварійне).

У простих інженерно-геологічних умовах і для середньої реконструкції будівель і споруд інженерно-геологічні вишукування проводять в один етап, не розділяючи їх по стадіях, а в складних умовах і повній реконструкції відповідальних об'єктів постадійно: 1) для розробки передпроектної документації; 2) проекту й 3) робочої документації.

Спочатку будівельники проводять обстеження стану будівель і споруд, їхніх фундаментів, а інженери-геологи вивчають геологічні умови забудованої ділянки, досліджують склад і властивості ґрунтів, гідрогеологічні умови. У тому випадку, якщо зберігся проект будівлі (споруди) і матеріали колишніх інженерно-геологічних вишукувань, об’єм робіт для середньої реконструкції може бути мінімальним. Робота зводиться лише до відбору монолітів ґрунту для лабораторних аналізів і перевірці стану конструкцій будівлі. При повній реконструкції відповідальних будівель інженерно-геологічні роботи необхідно виконувати в повному обсязі (збір і аналіз архівних матеріалів, буріння свердловин і проходка шурфів, геофізичні дослідження, польові дослідні дослідження ґрунтів (статичне й динамічне зондування, обертальний зріз і ін.), лабораторні дослідження ґрунтів і підземних вод, а також матеріалу фундаментів, обстеження паль і уточнення несучої здатності ґрунтів).

Склад інженерно-геологічних вишукувань під реконструкцію значно ускладнюється, а обсяги їх різко збільшуються у випадках, якщо реконструйована будівля перебуває на території зі складними інженерно-геологічними умовами (специфічні ґрунти, небезпечні геологічні процеси й ін.).

За результатами виконаних робіт складається технічний звіт (висновок), у якому дається інженерно-геологічне обґрунтування наступних можливих видів будівельних робіт: надбудови, закріплення ґрунтів основ будівель і споруд, підсилення основ і фундаментів, зведення на старих фундаментах нових будівель і споруд, прокладка нових інженерних комунікацій і ін. На підставі цих даних розробляється проект реконструкції будівлі, фундаментів і основи, визначається технологія будівельних робіт.

На закінчення відзначимо, що промислові й цивільні будівлі й споруди являють собою складний інженерний комплекс, взаємодіючий із трубопроводами, під'їзними й внутрішньозаводськими дорогами, лініями зв'язку й інших об'єктів, розташованими в зоні їхнього розміщення. Тому паралельно з інженерно-геологічними вишукуваннями й проектуванням основної споруди виконують аналогічні роботи й для всієї взаємовпливаючої інженерної інфраструктури.