CC BY
31
УДК 624.131.35
Романова Марина Викторовна
Romanova Marina
КОМПЛЕКСНЫЙ ПОДХОД К РАЦИОНАЛЬНОМУ ИСПОЛЬЗОВАНИЮ ЗЕМЕЛЬНЫХ РЕСУРСОВ ПРИ СТРОИТЕЛЬНОМ ОСВОЕНИИ ТЕРРИТОРИЙ НА ОСНОВЕ ОЦЕНКИ ГЕОТЕХНИЧЕСКОГО РИСКА
INTEGRATED APPROACH TO LAND RESOURCES CONSERVATION UNDER CONSTRUCTION DEVELOPMENT ON BASIS OF GEOTECHNICAL RISK ASSESSMENT
Предлагается новый подход к разрешению одной из проблем геоэкологии - снижение геотехнического риска при строительстве и эксплуатации инженерных сооружений
The article proposes new approach to solving one of the geoecological problems - decrease of geotech-nical risk under construction and working of engineering structures
Ключевые слова: геотехнический риск, оценка, про- Key words: geotechnical risk, assessment, index test гнозирование свойств грунтов
Устойчивость инженерных сооружений, надежность и, в конечном итоге, безопасность жизнедеятельности человека зависит от грамотного использования геологической среды на протяжении всего периода существования инженерных сооружений. Формирование условий геоэкологической безопасности строительства основывается на объективных оценках изменений геосферы в связи с его возмущающим воздействием.
Необходимость оценки изменения геосферы вызвана тем, что грунты и горные породы в период строительства и эксплуатации сооружения подвергаются физико-техническому, физико-химическому и строительнотехнологическому воздействию, а также целенаправленному преобразованию их свойств.
Анализ литературных источников и состояния дел в области инженерно-геологичес-
ких изысканий показывает, что накоплен значительный фактический материал [1, 2, 3], свидетельствующий об изменении состава, состояния и физико-механических свойств грунтов в основании сооружений при воздействии различных факторов и, в первую очередь, природно-техногенных. Установлено, что в подавляющем большинстве случаев происходит ухудшение состояния и свойств грунтов основания. Это приводит к повышенной деформируемости грунтов, к снижению их несущей способности, изменению фильтрационного режима и загрязнению грунтовых вод и т.д. Также необходимо признать, что существующие подходы к оценкам геоэкологической опасности, возникающей при строительном освоении территорий, недостаточно разработаны, а в ряде случаев и вовсе только обозначены.
Мы полагаем, что основным критерием
оценки надежности упомянутых объектов системы «основание - фундамент» является достоверное определение и прогноз физикомеханических свойств грунтов основания сооружений. В этой связи были разработаны структуры и логическая схема исследования данной системы (рис. 1).
Статистические методы были использованы автором в попытке создания региональных таблиц для определения механических свойств грунтов г. Чита в зависимости от их физических свойств. Действующие в настоящее время нормативные документы допускают для предварительных расчетов оснований зданий и сооружений всех классов, а также для окончательных расчетов оснований зданий и сооружений 2-4 класса ответственности и ряда других сооружений определение нормативных и расчетных значений прочностных и деформационных характеристик по их физическим показателям. В СНиП.2.02.01-83 имеются таблицы механических свойств грунтов, находящиеся в зависимости от параметров их физического состояния. В отдельных районах РФ используются специально разработанные региональные таблицы характеристик грунтов, учитывающие инженерно-геологическую специфику этих районов.
В процессе разработки региональных таблиц для наиболее характерных грунтов г. Чита было установлено, что наблюдаются значительные отклонения между значениями механических свойств грунтов, полученных по результатам натурных испытаний, лабораторных опытов и значений, рекомендуемых СНиП. К сожалению, ввиду недостаточного объема инженерно-геологической информации, низких коэффициентов корреляции, рассматриваемый подход оказался не продуктивным.
В этой связи, для повышения эффективности и надежности получаемой инженерногеологической информации автором предлагается способ определения деформационных свойств грунтовых оснований [4]. Использова-
ние данного способа позволяет эффективно и достоверно определять деформационные свойства грунтов в вертикальном направлении в условиях их естественного залегания, причем на разных глубинах, например, в пределах зоны формирования осадки сооружения в направлении действия вертикальных сжимающих напряжений в середине каждого расчетного слоя. Другой функциональной возможностью предлагаемого способа является оценка степени анизотропии механических свойств грунтов, это является решающим фактором в выборе расчетной модели грунтового основания.
Опыт интенсивной застройки пойменных территорий г. Чита и угроза их затопления вызвали необходимость исследования последствия этого негативного процесса. Основные негативные последствия приведены на рис. 2. В этой связи было проведено моделирование фильтрационно-суффозионныхпроцессов, происходящих в основании зданий. Для этого была использована уникальная аппаратура и новые методы оценки суффозионной опасности в зависимости от переменного напряженного состояния оснований, вызываемого нагрузкой от сооружений. Технические средства и методика проведения опытов с грунтами подробно описаны в работах [5].
Особенностью разработанной методики явился учет напряженного состояния испытуемого образца грунта, адекватно отражающего геомеханические процессы в основании сооружения. Полученный результат позволил разработать практические рекомендации, реализованные в проекте жилого дома по ул. Бе-лика, и получить зависимости процента (%) выноса грунтовых частиц от нагрузки. Это в свою очередь способствовало получению необходимой информации для геотехнических расчетов - определение осадок основания с последующим использованием результатов при составлении геотехнической карты для условий г. Чита.
Объект исследования:
основания сооружений г. Чита и протекающие в них техно-гриродные процессы
Цель исследования:
разработка критериев оценки геотехнического риска г. Чита при строительном освоении территорий на основе прогноза трансформации механических свойств грунтов под влиянием техно-природных процессов
Предмет исследования:
грунты г. Чита и их механические и физические свойства
Задачи исследования
1. Анализ изученности и эволюции инженерно-геологических условий г. Чита.
2. Оценка влияния техно-природных процессов на изменение состава, состояния и физико-механических свойств
четвертичных отложений г. Чита.
3. Обобщение фондовых материалов, касающихся результатов лабораторных и полевых испытаний грунтов г. Чита с целью получения зависимостей между механическими, физическими свойствами с последующей оценкой полученных зависимостей.
4. Разработка методик и технических средств определения характеристик деформационных, фильтрационных и суффо-зионных свойств грунтов, используемых в качестве оснований сооружений.
5. Экспериментальные исследования фильтрационных и суффозионных свойств грунтов.
6. Разработка рекомендаций для снижения негативных последствий трансформации свойств грунтов
Исследование скими метода между физиче ческими свойс г. Ч з статистиче-ми взаимосвязи скими и механи-твами грунтов ита
Г
Анализ проблемы оценки геотехнического риска на основе оценки свойств геологической среды
И
Сравнительный анализ и оценка применяемых в г. Чита методов оценки механических свойств грунтов
Выявлены основные факторы, влияющие на исследуемые параметры механических свойств грунтов г. Чита
Установление степени влияния отдельных факторові техно-природных) на трансформацию механических свойств грунтов г. Чита
т
Определены факторы, оказывающие наибольшее влияние на надежность, достоверность, определены Е,с,П
Составлена геотехническая карта (ГК) зон возможного геотехнического риска
Предложена методика оценки геотехнического риска на основе предлагаемой статистической модели изменения деформационных свойств грунтов
С целью снижения геотехнического риска предложено техническое устройство и методика определения модуля деформации; проведено моделирование фильтрационно-суффозионных процессов на основе нового методического подхода
Разработаны мероприятия по снижению геоэкологического риска
Разработка превентивных мероприятий
\ Разработка защитных мероприятий
ч 1 г
Повышение безопасности жизнедеятельности человека
Разработка восстановительных мероприятий
Рис. 1 . Логическая схема исследования
Рис. 2. Основные негативные последствия затопления на застраиваемых и застроенных территориях г. Чита
Очевидно, что неоднородность грунтов и подверженность их постоянному влиянию различных факторов чрезвычайно осложняет задачу надежного определения и прогноза изменения свойств грунтовых оснований. Однако именно изменчивость свойств грунтов должна рассматриваться не как препятствие, а как одна из главных физических предпосылок к применению теории надежности оснований сооружений на вероятностно-статистической основе. В этой связи была разработана методика оценки вероятности появления недопустимых деформаций сооружений в зависимости от вариации свойств грунтов оснований [6].
Логическим завершением исследования явилась разработка принципов и структуры геотехнической карты г. Чита (рис. 3).
В концепцию разработки геотехнического картирования была заложена численная оценка надежности параметров механических свойств грунтов, используемых при проектировании зданий и сооружений, выражающаяся в численных значениях [7]. Это, в свою очередь, позволило наиболее достоверно определить вероятность возникновения геотехнического риска и его последствий.
Данные топографической съемки
MBA, данных^Ш Анализ и обобщение архивных данных результатов инженерно -
Jr геологических данных
Блок формирования запросов -нагрузки от существующих и проектируемых сооружений и допустимые величины осадок для них;
Опробование грунтов в натурных условиях
-опыт эксплуатации сооружений в рассматриваемых условиях
-конструктивные особенности и технологические схемы возведения
и эксплуатации сооружений
С различной несущей «опасные» с точки «опасные » с точки
способностью и зрения проявле- зрения ухудшения
деформируемостью ния негативных техно - природных процессов экологической обстановки
.«рвдяяяяяяяяяя
Геоморфология
- |раницы аллювиальных, элювиальных, делювиальных отложений;
- границы многолетнемерзлых и оттаявших грунтов на момент составления карты
Оценка геотехнического и геоэкологического рисков
Сведения о гидрогеологических и мерзлотных режимах
Рис. 3. Принцип построения геотехнической карты г. Чита
Нам представляется, что в сложившейся ситуации наряду с разработкой геотехнической карты требуются дополнительные подходы в разрешении проблемы обеспечения безопасности жизнедеятельности человека. Это позволило бы не только составить научнообоснованный прогноз возникновения зон геотехнического риска, но и предусмотреть заблаговременно ресурсы на покрытие экологоэкономического ущерба. Например, разработка превентивных, защитных и восстановительных мероприятий. В сложившейся ситуации нами предложены способы:
- выравнивания кренов зданий, возведенных на водонасыщенных грунтах;
- защиты грунтовых оснований зданий от суффозионных процессов.
Реализация данных способов в условиях Забайкалья позволила осуществить защиту сооружений от негативных техно-природных процессов, что, в свою очередь, повысило безопасность жизнедеятельности человека.
Разработка принципа и методики геотехнического картирования г. Чита, основанных на геоинформационных технологиях и реализации предлагаемых технических решений и новых подходов, позволит снизить геотехнический риск строительства и эксплуатации сооружений в условиях Забайкалья, а также повысить безопасность жизнедеятельности человека.
______________________________Литература
1. Романова М.В. О причинах деформаций В.В. Оленченко [и др.] // IV Всероссийская научно-
здания вокзала станции Куэнга / М.В. Романова, практическая конференция «Кулагинские чте-
1G4
ния». - Чита, 2006.-С. 98-102.
2. Акулова В.В. Природно-техногенные опасности на территории города Иркутска / В.В Акулова, Т.Г. Рященко //Сергеевские чтения: материалы годичной сессии Научного совета РАН по проблемам геоэкологии, инженерной геологии и гидрогеологии. - Москва, 2007.- Вып. 9,-С. 174176.
3. Круподеров В.С. Экзогенные геологические процессы / В.С. Крупнодеров // Инженерная геология. - Декабрь 2007.- С. 13-16.
4. Патент 2319960 Российская Федерация, МПК С01Ы 33/24. Способ определения деформационных свойств грунтовых оснований / В.А. Ба-белло, М.В. Романова. - № 2006138247/28; заявл. 30.10.2006; опубл. 20.03.2008. Бюл. № 8. - 5 с.
Коротко об авторе___________________________________
Романова М.В., аспирантка, Читинский государственный
университет (ЧитГУ)
Научные интересы: область прогнозирования механиче-ских свойств грунтов и методы их исследования, пробле -мы безопасности жизнедеятельности человека
5. Бабелло В.А. О суффозионных свойствах грунтов г. Чита / В.А. Бабелло, С.В. Смолич, М.В. Романова [и др.]: перспективы развития инженерных изысканий в строительстве в Российской федерации: третья общерос. научно-практич. конф. - Москва, 20-21 декабря: ОАО ПНИИС.-2007г.- С. 50-52.
6. Бабелло В.А. К вопросу о надежности оснований сооружений г. Чита / В.А. Бабелло, С.В. Смолич, М.В. Романова // Вестник ЧитГУ. -2006. - № 4 (41). - С. 31-36.
7. Бабелло В.А. К вопросу о надежности оснований сооружений г. Чита / В.А. Бабелло, С.В. Смолич, М.В. Романова // Труды юбилейной конференции посвященной 50-летию РОМГГиФ. - М., 2007. - Т. 2.- С. 266-269.
______________________________Briefly about author
Romanova M., graduate, Chita State University (ChSU)
Scientific interest: field of material mechanical properties and methods of material study, problems of personal and social safety
