CC BY
53
УЕБТЫНС
мвви
ИНЖЕНЕРНЫЕ ИЗЫСКАНИЯ И ОБСЛЕДОВАНИЕ ЗДАНИЙ. СПЕЦИАЛЬНОЕ СТРОИТЕЛЬСТВО
УДК 624.131.3
П.И. Кашперюк, А.Н. Юлин
ФГБОУВПО «МГСУ»
КАЧЕСТВО ИНЖЕНЕРНЫХ ИЗЫСКАНИЙ КАК ФАКТОР ФОРМИРОВАНИЯ УСТОЙЧИВЫХ ПРИРОДНО-ТЕХНОГЕННЫХ СИСТЕМ
Строительство на урбанизированных территориях связано часто с повторным использованием ранее освоенных участков, что требует как от строителей, так и от изыскателей решения дополнительных задач, связанных с оценкой уже ранее измененной на данном участке природной (геологической) среды и ее дальнейшем исследованием в связи с предполагаемым созданием здесь новой природно-тех-ногенной системы (ПТС). Приведен ряд примеров влияния качества проведенных инженерных изысканий на принятие неординарных проектных решений, исключающих негативное воздействие на формирование ПТС в процессе строительства и эксплуатации сооружений в г. Москве. В частности указано, что отсутствие контроля в процессе производства земельных работ и переноса с площадки водонесущих коммуникаций в конечном итоге может привести к разному изменению прочностных и деформационных свойств грунтов основания сооружений, а в отдельных случаях к нарушению геоэкологических условий вновь созданной ПТС за счет развития неблагоприятных геологических процессов. Обращается внимание на сложность и ответственность инженерно-геологических изысканий в районах развития мощной (более 10 м) толщи насыпных грунтов. Рассмотрены некоторые аспекты влияния температурного режима грунтов активной зоны основания сооружений на тепловла-гоперенос в этих грунтах, их состояние и деформационные свойства в городских условиях. На конкретном примере строительства высотного дома в г Москве показано, что наличие теплонесущих коммуникаций в пределах 3...10 м от поверхности земли могут повышать среднегодовую температуру этой толщи до 30 и более градусов, при этом демонтаж таких коммуникаций приводит к разному изменению установившегося температурного режима и изменению состояния глинистых грунтов. Обращается внимание, что прогноз изменения основных физико-механических свойств грунтов основания в городских условиях не возможен без обязательного проведения термометрических работ при инженерно-геологических изысканиях.
Ключевые слова: инженерно-геологические изыскания, природно-техногенная система, насыпные грунты, санация застраиваемой территории, активная зона основания, температурный режим грунтов, тепловлагоперенос, модуль деформации.
Вся история Земли представляет собой долгий саморегулируемый процесс взаимодействия всех геосфер, существующих в течение всех периодов геологической истории. Появление человека как представителя биосферы, рост численности, приспособление к жизни на Земле, расселение по планете, рост потребностей и интеллектуальных способностей привели к тому, что человек, обустраиваясь, создавал искусственные «антропогенные» («техногенные») системы внутри существующих природных систем [1]. Созданная человеком природно-техногенная система (ПТС) может стабильно существовать только
при наличии баланса между ее составными частями. В случае нарушения этого баланса происходит разрушение одной из составных частей или всей системы в целом.
Известно, что для разрушения природной системы достаточно оказать существенное воздействие даже на одну из компонент ее составляющих. Человек с его современными техническими возможностями в результате строительства может за короткое время значительно повлиять на изменение природной системы, на создание параметров которой ушли сотни тысяч, а иногда и миллионы лет.
В результате этого современное строительство и образование новых ПТС в настоящее время немыслимо без предварительного проведения инженерных изысканий, призванных оценить на момент начала проектирования состояние ПТС, с целью принятия оптимальных конструктивных решений по будущему сооружению, технологии его возведения, назначить режим его эксплуатации и, при этом, обеспечить минимальное воздействие на природную составляющую будущей ПТС [2]. Безусловно, такой подход к созданию ПТС является верным и предусматривает постоянное тесное сотрудничество изыскателей, проектировщиков, строителей, эксплуатационщиков на всех этапах существования сооружения. Однако на практике этого постоянного сотрудничества чаще всего не наблюдается, оно появляется только в период возникновения критических ситуаций при деградации компонент созданной ПТС.
Строительство на урбанизированных территориях связано часто с повторным использованием ранее освоенных участков, что требует как от строителей, так и от изыскателей решения дополнительных задач, связанных с оценкой уже ранее измененной на данном участке природной среды и ее дальнейшим исследованием в связи с предполагаемым созданием здесь новой ПТС.
Все вышесказанное можно проиллюстрировать следующими примерами.
При ликвидации пятиэтажной застройки в 38 квартале ЮЗАО г. Москвы было принято решение о возведении 22-этажного дома. Выбранное для него место располагалось на склоне холма, на котором размещались 5-этажные здания. Новое здание должно было иметь один подземный технический этаж, т.е. незначительное заглубление от 4,0 м с нагорной части склона до 1,5 м с противоположной. Непосредственным основанием здания должны были быть пы-леватые супеси, на момент изыскания находящиеся в твердом состоянии, подстилаемые моренными среднечетвертичными тугопластичными суглинками. На основании геологического строения основания и свойств грунтов проектировщикам было рекомендовано заглубить фундамент до моренных суглинков, организовав еще один подземный этаж, или возвести здание на комбинированном свайно-плитном фундаменте. Проектировщик оставил ранее принятую глубину заложения фундамента, выполнив его в виде плиты. На завершающей стадии возведения здания был обнаружен его крен в сторону нагорной части. Для изучения причин неравномерности осадок здания были выполнены дополнительные изыскания, включающие высокоточные геодезические наблюдения за осадкой его фундамента. В результате этих работ было установлено, что изменилось состояние супеси в основании здания с нагорной стороны (твердое состояние супеси перешло в текучее с существенным ухудшением
прочностных и деформационных параметров), что привело к неравномерным осадкам здания. Причиной обводнения непосредственно грунтов основания стала ошибка при производстве работ по перекладке самотечной канализации, расположенной в нагорной части здания, ее частичного разрушения. Это привело к значительным утечкам из нарушенной канализации и замачиванию грунтов основания. С одной стороны, недопущение этой ошибки строителями (контроль со стороны авторского надзора за производством работ) не привело бы к таким последствиям, а с другой — учет проектировщиками рекомендаций изыскателей, т.е., исключив супесь из сжимаемой толщи здания, крена здания можно было избежать. В дальнейшем был выполнен прогноз изменения крена здания в процессе полного насыщения супеси под всем пятном застройки, который указывал на возможность его ликвидации со временем. Однако из-за малой водопроницаемости супеси и значительной величины ее влагостойкости было принято решение об укреплении основания сооружения после ликвидации утечек из канализации и пригрузки фундаментальной плиты со стороны нижней части склона.
Следует отметить, что в отечественной практике есть примеры возведения зданий, когда прочностные и деформационные параметры грунтов под различными частями пятна застройки различаются и весьма существенно. Так, при возведении высотного здания у Красных ворот за счет тесного контакта геологов, проектировщиков и строителей удалось избежать его крена, несмотря на весьма неоднородное строение основания, за счет его архитектурно-конструктивных особенностей и возведения с наклоном на начальных этапах строительства.
Практика проведения изысканий на ранее используемых в хозяйственной деятельности человека территориях нередко обнаруживает локальные участки со значительной мощностью насыпных грунтов [3]. Как размеры этих участков в плане, так и сама мощность насыпных грунтов зависят от первоначального использования человеком этой территории.
Например, при проведении изысканий на Профсоюзной улице г. Москвы у метро «Беляево» участок со значительной мощностью насыпных грунтов был приурочен к месту расположения аппарели съезда в котлован при строительстве метро. Из-за того, что возводимое здание имело развитую подземную часть, предназначенную под многоярусную автостоянку, он был целиком убран и не вошел в основание сооружения.
При изысканиях в микрорайоне Марфино под секцией одного из зданий также был обнаружен значительный по площади и мощности участок насыпных грунтов. В этом случае здание не имело значительного заглубления, а из-за того, что генплан застройки был утвержден, и изменение местоположения пятна застройки было невозможно, потребовалось дополнительное усиление фундамента. Ранее на территории создаваемого микрорайона располагалась агрофирма с одноименным названием, и в месте возведения здания находился искусственный водоем для полива с/х культур, который был когда-то засыпан из-за его ненадобности.
При проведении изысканий под строительство комплекса жилых зданий на территории, принадлежащей Московскому педагогическому университету,
на юго-западе Москвы в районе улицы Академика Анохина был обнаружен небольшой по площади (можно сказать точечный) участок значительных по мощности насыпных грунтов, приуроченный к местоположению водозаборного колодца ранее существовавшей здесь деревни. Незначительное смещение в сторону пятна застройки исключило попадание насыпного грунта в основание сооружения.
Однако на территории г. Москвы имеются значительные по площади участки с большой мощностью насыпных грунтов. На них, как правило, располагаются небольшие промышленные предприятия, портящие городской ландшафт и загрязняющие окружающую среду. Трудности строительного освоения таких участков связаны с тем, что насыпные грунты весьма неоднородны по своему составу и обладают низкими значениями физико-механических показателей их свойств. Это связано с хаотичностью формирования насыпи как по времени, так и по составу грунта из различных по назначению и местоположению источников (строительные котлованы, планировка территорий, строительный и бытовой мусор) без должного контроля над ее формированием.
Если насыпной массив формируется из грунтов горных выработок одним производителем работ, при этом на отдельных отрезках времени он достаточно однороден по составу и отсыпается в определенные места будущего насыпного массива, то последующее его изучение позволяет выделить в нем инженерно-геологические элементы (ИГЭ). Такая возможность позволяет решить вопрос о необходимости технической мелиорации насыпных грунтов, выбрать и рассчитать ограждающую конструкцию котлована и сам фундамент будущего сооружения.
При проведении инженерно-геологических изысканий (ИГИ) в районе пересечения улиц Дмитрия Ульянова и Вавилова г. Москвы было установлено, что площадка строительства находится на месте бывшего Семеновского оврага, засыпанного в начальной стадии его ликвидации грунтами из горных выработок строившихся в то время Сокольнической и Калужско-Рижской линий метрополитена. Окончательная засыпка оврага проводилась грунтами из различных источников строительного освоения данного района. Мощность техногенных отложений изменялась от 16 до 22,5 м. В результате проведенных изысканий в насыпной толще было выделено 4 ИГЭ. При этом, если в верхней части насыпи залегал типично разнообразный по своему составу грунт с большим количеством строительного мусора, то ниже грунты выделенных ИГЭ были схожи по своему составу: элювию карбонатных пород, моренным или флювиогляциальным отложениям с незначительными примесями техногенного происхождения. Так как здание должно было иметь 3-ярусную подземную автостоянку (заглубление 10 м), то самый загрязненный ИГЭ насыпного грунта удалялся и не попадал в основание будущего здания. Сведения о характере залегания трех других выделенных ИГЭ и их свойствах позволили выбрать и рассчитать фундамент здания (комбинированный — свайно-плитный) и ограждающую конструкцию котлована (стена в грунте).
Изыскания под реконструкцию существующих зданий иногда приводят к получению специфических результатов, не наблюдаемых в естественных природных условиях. Так, в связи с необходимой реконструкцией здания в районе
платформы «Беговая» на площадке, примыкающей к товарно-сортировочному хозяйству железной дороги, были проведены ИГИ с обследованием состояния его конструкций и фундаментов. Анализ архивных материалов и результатов изысканий соседней площадки, а также морфометрические параметры фундаментов указывали на возможность надстройки здания на существующие фундаменты. Однако в ходе обследования здания были отмечены места разрушения конструкций. Исследования грунтов основания показали, что в результате загрязнения со стороны товарной станции ж/д они существенно снизили свои прочностные характеристики. Например, угол внутреннего трения песка средней крупности снизился с 330 до 80°, и при динамических нагрузках от движения железнодорожного транспорта грунт стал вести себя как плывун, что и привело к дополнительным осадкам здания и деформации конструкции. В связи с наличием таких грунтов в основании здания его реконструкция была возможна только после предварительного усиления грунтов основания.
Некачественное выполнение санации территории после ликвидации ранее расположенного на ней промышленного предприятия может вызвать развитие на ней неблагоприятных геологических процессов при ее последующей эксплуатации [4].
Так, на территории открытой автостоянки Сбербанка РФ на улице Вавилова площадью 2,4 га после 6 лет эксплуатации стали наблюдаться провалы ее поверхности. Исследование территории в 2012 г. показало, что формально проведенные работы по ликвидации автобазы, заключавшиеся в неполной разборке отдельных подземных сооружений, в частности емкостей для хранения горюче-смазочных материалов, и бесконтрольной засыпке ранее используемого подземного пространства шлаками и неоднородным песчаным грунтом участков с наличием остатков мазута и масел, привели к образованию в грунтовом массиве участков разуплотненных грунтов и даже полостей после разрушения оставшихся металлических конструкций. Отсутствие дренажной системы на территории и наличие густой сети водонесущих коммуникаций привели к формированию здесь горизонта грунтовых вод в пределах слоя насыпных техногенных грунтов и развитию здесь суффозионного процесса.
В заключение следует отметить:
1) отсутствие контроля за качеством восстановительных работ после ликвидации подземных сооружений для повторного использования городских территорий неминуемо приводит к нарушению геоэкологических условий вновь созданной ПТС за счет развития здесь неблагоприятных геологических процессов;
2) качество инженерных изысканий на ранее используемых территориях зависит не только от объемов, состава и методов использования современного оборудования, но и от обязательного анализа материалов ранее выполненных изысканий на участке строительства или соседних территориях, а также учета сведений о санации территорий после ликвидации ранее расположенных на ней зданий и сооружений;
3) комплексный прогноз устойчивого развития вновь создаваемой ПТС на урбанизируемых территориях возможен только при тесном взаимодействии изыскателей и проектировщиков и наличии в указанных подразделениях вы-
сококвалифицированных специалистов, способных оценить специфику возводимых сооружений, включая их конструкцию, технологию возведения, режим эксплуатации и их влияние на формирование инженерно-геологических условий застраиваемой территории.
Библиографический список
1. Вернадский В.И. Биосфера. М. : Мысль, 1967. 412 с.
2. Несмеянов С.А. Перспективные направления инженерной геотектоники. М. : Научный мир, 2005. 304 с.
3. КашперюкА.А., КашперюкП.И., КоршуноваН.Н. Особенности инженерно-геологических изысканий при застройке городских кварталов и крупных загородных территорий // Вестник МГСУ 2013. № 2. С. 64—72.
4. Особенности инженерной защиты воздействий главной соборной мечети в г. Москве в осложненной геоэкологической обстановке / И.А. Потапов, М.А. Калашников, П.И. Кашперюк, В.П. Хоменко // Строительство — формирование среды жизнедеятельности : материалы 12-й Междунар. межвуз. науч.-практич. конф. молодых ученых, докторантов и аспирантов 15—22.04.2009. С. 190—195.
Поступила в редакцию в ноябре 2013 г.
Об авторах: Кашперюк Павел Иванович — кандидат геолого-минералогических наук, доцент, профессор кафедры инженерной геологии и геоэкологии, Московский государственный строительный университет (ФГБОУ ВПО «МГСУ»), 129337, г. Москва, Ярославское шоссе, д. 26, 8(499)129-18-72, [email protected];
Юлин Александр Николаевич — кандидат технических наук, доцент, профессор кафедры инженерной геологии и геоэкологии, Московский государственный строительный университет (ФГБОУ ВПО «МГСУ»), 129337, г. Москва, Ярославское шоссе, д. 26, 8(499)129-18-72, [email protected].
Для цитирования: Кашперюк П.И., Юлин А.Н. Качество инженерных изысканий как фактор формирования устойчивых природно-техногенных систем // Вестник МГСУ 2014. № 1. С. 83—89.
P.I. Kashperyuk, A.N. Yulin
QUALITY OF ENGINEERING SURVEYS AS A FACTOR OF NATURAL-TECHNOGENIC SYSTEMS FORMATION
Construction in urban areas is often related to reusing previously developed sites, which requires solving additional tasks both by builders and surveyors additional. The tasks are related to the evaluation of already changed natural (geological) environment of this area and its further investigation in connection with the proposed creation of a new natural-technogenic system (NTS). This article presents some examples of the influence of engineering survey quality on adopting extraordinary project solutions excluding the negative impact on NTS formation in the process of construction and operation of facilities in Moscow. In particular it is stated that the lack of control in the process of land works and transfer from the platform of water-bearing communications may ultimately lead to a different change in the strength and deformation properties of soil at the base of structures, and in some cases to geoecological disfuncion of the newly created NTS due to adverse geological processes development. The author draws attention to the complexity and responsibility of engineering geological surveys in the areas of developing powerful (>10 m) strata of bulk soils. The article considers some aspects of the influence of the temperature regime of soils in the foundation structures active zone on heat and
moisture transfer in these soils, their condition and deformation properties in city area. A particular example of the construction of a high-rise building in Moscow has shown that the presence of heat-bearing communications within 3—10 m from the earth's surface may increase the annual average temperature of the strata up to 30 degrees and more, thus, dismantling such communications leads to different changes in the established temperature regime and conditions of clay soils. It is noted that the forecast of the change in basic physical and mechanical properties of the base soil in urban conditions is not possible without thermometric work during engineering-geological researches.
Key words: engineering-geological surveys, natural-technogenic system, fill soil, sanitation of the construction's territory, active base area, temperature regime of soils, transfer of heat and moisture, deformation module.
Referenses
1. Vernadskiy V.I. Biosfera [Biosphere]. Moscow, Mysl' Publ., 1967, 412 p.
2. Nesmeyanov S.A. Perspektivnye napravleniya inzhenernoy geotektoniki [Promising Directions of Engineering Geotectonics]. Moscow, Nauchnyy mir Publ., 2005, 304 p.
3. Kashperyuk A.A., Kashperyuk P.I., Korshunova N.N. Osobennosti inzhenerno-geo-logicheskikh izyskaniy pri zastroyke gorodskikh kvartalov i krupnykh zagorodnykh territoriy [Geological Engineering Surveys before the Implementation of Construction Projects in Urban and Extensive Areas]. Vestnik MGSU [Proceedings of Moscow State University of Civil Engineering]. 2013, no. 2, pp. 64—72.
4. Potapov I.A., Kalashnikov M.A., Kashperyuk P.I., Khomenko V.P. Osobennosti inzhenernoy zashchity vozdeystviy glavnoy sobornoy mecheti v g. Moskve v oslozhnennoy geoekologicheskoy obstanovke [Features of Engineering Protection of the Influences of the Central Jameh Mosque in Moscow in the Complicated Geoecological Environment]. Mate-rialy 12-y Mezhdunarodnoy mezhvuzovskoy nauchno-prakticheskoy konferentsii molodykh uchenykh, doktorantov i aspirantov «Stroitel'stvo — formirovanie sredy zhiznedeyatel'nosti» 15-22.04.2009 [Materials of the 12th International Interuniversity Scientific and Practical Conference of Young Scientists, Doctoral and Postgraduate Students "Construction — Formation of Living Environment. 15—22.04.2009]. 2009, pp. 190—195.
About the authors: Kashperyuk Pavel Ivanovich — Candidate of Geological and Mineralogical sciences, Associate Professor, Department of Engineering Geology and Geo-ecology, Moscow State University of Civil Engineering (MGSU), 26 Yaroslavskoe shosse, Moscow, 129337, Russian Federation; [email protected]; +7 (499) 129-18-72;
Yulin Alexander Nikolaevich — Candidate of Technical Sciences, Associate Professor, Department of Engineering Geology and Geoecology, Moscow State University of Civil Engineering (MGSU), 26 Yaroslavskoe shosse, Moscow, 129337, Russian Federation; [email protected]; +7 (499) 129-18-72.
For citation: Kashperyuk P. I, Yulin A.N. Kachestvo inzhenernykh izyskaniy kak faktor formirovaniya ustoychivykh prirodno-tekhnogennykh sistem [Quality of Engineering Surveys as a Factor of Natural-Technogenic Systems Formation] . Vestnik MGSU [Proceedings of Moscow State University of Civil Engineering]. 2014, no. 1, pp. 83—89.
