Предварительная оценка геотехнической ситуации

Современное геотехническое сопровождение начинается с первого шага строительного процесса - оценки инвестиционной привлекательности объекта реконструкции и пятна застройки (или технико-экономического обоснования). У инвестора - застройщика обычно не возникает проблем с оценкой вероятной стоимости надземных конструкций: каждая статья затрат - от строительно-монтажных работ до любого класса отделки - легко прогнозируется. В то же время даже ориентировочное определение стоимости устройства или усиления фундаментов требует привлечения специалиста-геотехника и проведения предварительной оценки геотехнической ситуации. Последняя требует решения (в первом приближении) трех задач:

• определения возможного типа фундаментов строящегося или реконструируемого здания, которые обладали бы необходимой надежностью и обеспечивали безопасность окружающей застройки;
• выбора щадящей технологии работ нулевого цикла (Под щадящей здесь подразумевается технология, не оказывающая негативного воздействия на грунты основания и соседние строения в конкретной геотехнической ситуации.);
• оценки необходимости усиления основания и фундаментов соседних зданий.

Эти задачи могут быть решены, исходя из информации, содержащейся в геотехнических картах и в эскизном проекте.

Для предварительной оценки геотехнической ситуации необходимы:

• информация о назначении объекта нового строительства или реконструкции;
• генплан объекта;
• основные конструктивно-планировочные решения (включая подземное пространство);
• ориентировочный уровень нагрузок на основание;
• архивные сведения об инженерно-геологических условиях площадки.

В рамках предварительной оценки геотехнической ситуации производят:

• определение геотехнической категории объекта реконструкции или нового строительства;
• назначение объема работ по изысканиям и обследованиям в соответствии с геотехнической категорией;
• выявление принципиально возможных вариантов устройства подземной части строящегося здания, сооружения или необходимости усиления реконструируемого здания;
• ориентировочную оценку стоимости работ.
• После того как предварительный анализ показал состоятельность инвестиционного проекта в части стоимости нулевого цикла и принято решение об открытии финансирования, необходимо выполнить комплекс предпроектных изыскательских работ. Программа этих работ и требования к ним составляются, исходя из геотехнической категории сложности объекта.

Геотехнические категории сложности объекта нового строительства или реконструкции

В международной геотехнической практике принято различать три геотехнических категории, отвечающих уровню сложности решения геотехнической задачи, заключающейся в обеспечении сохранности городской застройки при строительстве или реконструкции объекта:

При определении геотехнической категории необходимо учитывать:

• категорию ответственности строящегося здания (сооружения) или категорию технического состояния объекта реконструкции;
• категорию технического состояния застройки, окружающей объект строительства или реконструкции;
• категорию риска для существующей застройки, обусловленного влиянием нового строительства или реконструкции.

В отечественной нормативной литературе имеются понятия о первых двух группах категорий. Категория ответственности нового строительства определяется в зависимости от класса ответственности здания или сооружения (в соответствии со СНиП 2.01.07-85 "Нагрузки и воздействия") по табл.1.1.

Таблица 1.1

Категории ответственности нового строительства

Категорию технического состояния реконструируемого здания или сооружения рекомендуется определять по ВСН 490-87, в которых содержится наиболее полная классификация дефектов конструкций (табл. 1.2). Этой же таблицей следует руководствоваться при определении категории технического состояния застройки, окружающей объект реконструкции или нового строительства.

Таблица 1.2

Категории технического состояния здания или сооружения

В отечественной и зарубежной нормативной литературе оценка геотехнической ситуации выполняется, исходя из представленных выше двух групп категорий. Такой подход вполне достаточен для обеспечения прочности и надежности собственно объекта реконструкции или нового строительства, но не гарантирует сохранности окружающей застройки. В связи с этим при рассмотрении геотехнической ситуации представляется целесообразным ввести категорию риска для существующей застройки, обусловленного новым строительством или реконструкцией (табл.1.3).

Категория риска определяется в рамках геотехнического обоснования проекта. Определение геотехнической категории сложности можно выполнять по схеме (рис.1.1), исходя из сочетания категорий: ответственности объекта строительства (или технического состояния объекта реконструкции), технического состояния окружающей застройки и риска, обусловленного реконструкцией или новым строительством.

Рис.1.1. Схема определения геотехнической категории сложности реконструкции и нового строительства в условиях городской застройки: х - категория технического состояния окружающей застройки; y - категория риска; z - категория ответственности объекта строительства или категория технического состояния объекта реконструкции

Таблица 1.3

Определение категории риска при реконструкции и новом строительстве в условиях городской застройки

К геотехнической категории I следует отнести:

· реконструкцию здания без увеличения нагрузок на основание и изменения статических условий работы основания (без устройства новых фундаментов, углубления существующих подвалов и т.д.) при условии, что техническое состояние здания оценивается категорией 1;

· новое строительство зданий и сооружений, инженерных коммуникаций, оцениваемых категорией ответственности 1 и не оказывающих статических и техногенных воздействий на основание окружающей застройки.

Геотехническая категория II распространяется на сочетания категорий , не вошедшие в геотехнические категории I и III.

В геотехническую категорию III попадают такие сочетания, в которых хотя бы одна компонента представлена категорией 3. Исключениями являются случаи, когда имеет место категория 1 риска, а ответственность объекта нового строительства или техническое состояние реконструируемого здания характеризуются категориями 1 и 2 - этим случаям соответствуют геотехнические категории I и II.

Геотехническая категория сложности нового строительства или реконструкции подлежит уточнению на всех этапах геотехнического сопровождения

Инженерные изыскания и обследования

Инженерные изыскания должны предоставить достаточный материал для решения вопросов о степени влияния реконструкции или нового строительства (в том числе на стадии производства работ) на существующую застройку (включая реконструируемое здание) и для разработки конструктивных решений и мероприятий, позволяющих снизить это влияние до безопасных пределов.

Изыскания проводят в соответствии с программой, на основании технического задания заказчика, исходя из геотехнической категории сложности объекта, определенной в результате предварительной оценки геотехнической ситуации.

Инженерно-геологические изыскания и обследование фундаментов

В наиболее общем случае инженерно-геологические изыскания включают выполнение шурфов с обследованием фундаментов и грунтов основания, бурение скважин с отбором образцов, статическое и динамическое зондирование, лабораторные исследования грунтов и материала фундамента, обследование свай с определением длины, сплошности и уточнением несущей способности (в том числе статическими испытаниями).

При реконструкции здания или сооружения необходимо выполнение следующих работ:

для геотехнической категории I:

• изучение материалов инженерно-геологических изысканий прошлых лет и других архивных материалов;
• выполнение 2 - 3 контрольных шурфов в здании с определением состояния фундаментов и грунтов в их основании;
• выявление режима эксплуатации здания с целью установления факторов, отрицательно воздействующих на основание (утечки из коммуникаций, затопление подвалов);

для геотехнической категории II:

• изучение материалов инженерно-геологических изысканий прошлых лет и других архивных материалов;
• выполнение шурфов у каждого вида конструкций (стен, колонн) в наиболее ответственных участках с отбором и испытанием грунтов основания и обмером фундаментов;
• определение прочности фундамента неразрушающим методом, оценка поврежденных деревянных элементов (при их наличии);
• динамическое зондирование грунтов основания; при расхождении полученных при дополнительных изысканиях результатов с архивными материалами - статическое зондирование и бурение контрольной скважины с отбором и испытанием образцов грунта;
• ревизия и оценка состояния дренажных систем;
• выявление гидрогеологического режима и химического состава подземных вод;
• выявление наличия и местонахождения подземных сооружений, подвалов, фундаментов снесенных зданий, тоннелей, инженерных коммуникаций и т.п.;

для геотехнической категории III (помимо работ, необходимых для категории II):

• выполнение шурфов у всех вертикальных несущих конструкций (стен, колонн) в наиболее опасных местах с обмером фундаментов, отбором и испытанием грунтов основания и динамическим зондированием в сочетании с ручным бурением;
• определение прочности фундамента неразрушающими методами и прямыми испытаниями материала фундамента в лаборатории;
• статическое зондирование и бурение контрольных скважин (в объеме, предусмотренном для нового строительства ) с отбором и испытанием образцов грунта;
• в случае свайного основания - оценка длины свай, их сохранности и несущей способности.

Инженерно-геологические изыскания и обследования фундаментов окружающей застройки, попадающей в зону влияния нового строительства или реконструкции, проводятся для геотехнических категорий II и III основного объекта: для категории II - в объеме геотехнической категории I, для категории III - в объеме геотехнической категории II.

При детальном обследовании фундамента в открытом шурфе определяют размеры фундамента, выявляют переделки, исследуют однородность, сплошность и прочность кладки путем простукивания и испытания неразрушающими методами (молотками Фидзеля, Кашкарова, ультразвуковым методом и т.п.).

Когда прочность материала фундамента является решающей при определении его несущей способности, производят отбор образцов и его прямые испытания в лаборатории.

Длину и сохранность свай определяют посредством испытаний по неразрушающей методике с помощью низкодеформационного динамического теста после выведения сваи из работы в конструкции. Несущую способность сваи определяют путем стандартных статических испытаний свай, выведенных из работы в конструкции.

Инженерно-геологические обследования грунтов под подошвой фундаментов осуществляются путем динамического зондирования ручным зондом в сочетании с отбором грунта ручным бурением в пределах зондирования и отбором грунта со дна шурфа тонкостенным режущим кольцом с последующими лабораторными определениями физико-механических характеристик.

Инженерно-геологические исследования грунтов площадки устанавливают последовательность и выдержанность напластования грунтов, наличие линз и пластов сильносжимаемых грунтов. Грунты описывают в соответствии с номенклатурой, предусмотренной ГОСТ 25100-95, осуществляют высотную привязку слоев и горизонтов грунтовых вод. Количество скважин определяется объемом предыдущих изысканий, сложностью геологического строения участка и геотехнической категорией сложности сооружения.

Расстояние между скважинами назначают в зависимости от сложности инженерно-геологических условий:

• при простых инженерно-геологических условиях (не более двух различных литологических слоев, выдержанных по мощности в пределах глубин изысканий, при горизонтальной, перерасчлененной поверхности площадки и одном выдержанном горизонте грунтовых вод) - 50 - 100 м;
• при средних (не более 4 литологических слоев в пределах обследуемой толщи, залегающих наклонно и выклинивающихся с закономерным изменением характеристик грунтов в плане и по глубине, двух и более выдержанных горизонтах подземных вод с неоднородным химическим составом и (или) имеющим напор с наличием физико-геологических процессов, влияющих на сооружение) - 30 - 50 м;
• при сложных условиях (сильно расчлененной поверхности площадки, образованной в пределах изысканий более чем 4 литологическими элементами, резко изменяющимися по мощности и простиранию, при наличии линз, значительной степени неоднородности грунтов в плане и по глубине, не выдержанных горизонтах подземных вод, при сложном чередовании водоносных и водоупорных слоев, при широком распространении физико-геологических процессов, влияющих на сооружение) - 20 - 30 м.

В зависимости от количества секций здания или сооружения количество скважин должно составлять: при 1 - 2 секциях - не менее 4; при 3 -4 - 6, при большем количестве секций - не менее 8.

Глубина скважин определяется условием превышения расчетной мощности активной зоны под фундаментом на 2-3 м или, в первом приближении, по табл. 1.4.

Таблица 1.4

Ориентировочная оценка глубины бурения скважин

При отдельностоящих фундаментах		При ленточных фундаментах
Нагрузка на опоры, кН	Глубина вскрытия, м	Нагрузка на 1 пог.м, кН	Глубина вскрытия, м
До 500	4 - 6	До 100	4 - 6
До 1500	5 - 7	200	6 - 8
До 2500	7 - 9	500	9 - 12
5000	9 - 13	1000	12 - 17
15000	13 - 18	2000	17 - 20
50000	18 - 26

При этом необходимо вскрытие грунтов, обладающих удовлетворительными (для данного объекта) строительными свойствами, и заглубление не менее чем на 5 м ниже возможной отметки пяты предполагаемой сваи.

Количество отобранных образцов при проходке скважин должно обеспечить идентификацию инженерно-геологических элементов и возможность статистической обработки результатов определения физико-механических характеристик грунтов каждого инженерно-геологического элемента.

Обследование реконструируемого и примыкающих зданий

Размеры зоны обследования застройки, окружающей объект реконструкции или нового строительства, определяются размерами зоны влияния строящегося или реконструируемого объекта. Обследованию подлежат все здания и сооружения, которые согласно расчетной оценке могут получить какую-либо дополнительную деформацию от статических, динамических или иных техногенных факторов, связанных с реконструкцией или новым строительством.

В первом приближении радиус зоны обследования может быть ограничен (в соответствии с ТСН 50-302-96) одной секцией (блоком) примыкающих строений, при этом он должен быть не менее 30 м.

Обследование конструкций реконструируемых зданий и сооружений должно включать:

для геотехнической категории I:

• анализ проектной и архивной документации;
• составление обмерных чертежей при ее отсутствии в случае перепланировки, не затрагивающей несущие конструкции;
• визуальное освидетельствование состояния здания или сооружения с фиксацией трещин, их размера и характера; оценку состояния гидроизоляции;
• определение статической схемы работы здания;
• определение конструкции основных несущих элементов;
• контрольное определение прочности материалов несущих конструкций неразрушающими методами;
• поверочные расчеты;
• оценку степени физического износа;

для геотехнической категории II:

• анализ проектной и архивной документации;
• составление обмерных чертежей;
• визуальное освидетельствование состояния объекта с составлением дефектной ведомости;
• инструментальное обследование состояния гидроизоляции;
• выборочное вскрытие основных несущих элементов для определения их конструкции и состояния;
• определение прочности материалов несущих конструкций неразрушающими методами;
• определение фоновых параметров колебаний конструкций от имеющихся воздействий (автомобильного транспорта, трамваев, метро, соседних производств и т.п.);
• поверочные расчеты;
• оценку степени физического износа;

для геотехнической категории III (в дополнение к перечню работ для геотехнической категории II):

• вскрытие конструкций в нормативных объемах с определением степени повреждения несущих элементов, в том числе в узлах их сопряжений;
• выполнение шпуров для определения сплошности и однородности кирпичной кладки;
• отбор образцов из конструкций и прямое лабораторное определение их прочности.

Обследование конструкций окружающей застройки, попадающей в зону влияния нового строительства или реконструкции, производят для геотехнической категории II - в объеме геотехнической категории I; для геотехнической категории III - в объеме геотехнической категории II.

Визуальное обследование заключается в фиксировании дефектов, в том числе направления и раскрытия трещин. При этом выделяют основные группы трещин:

• вертикальные, мелкие, близко расположенные, находящиеся чаще всего в простенках первых этажей, нередко сопровождающиеся выпучиванием кладки - трещины, вызванные перегрузкой;
• трещины значительного раскрытия переменного по высоте здания, чаще наклонные, располагающиеся в местах ослабления сечения (межоконные пояса и т.п.) - трещины вследствие неравномерных деформаций;
• трещины температурного происхождения, располагающиеся вдоль дымовых каналов, по торцам здания и у торцов перемычек.

Выделение типа трещин позволяет определить основное направление дальнейшего обследования. По результатам визуальных обследований составляют дефектную ведомость с указанием местоположения дефекта, его описанием, оценкой степени опасности повреждения, вероятных причин его возникновения и возможных путей устранения.

Поверочные расчеты

Инженерные изыскания и обследования должны обеспечить достаточную информацию для проведения поверочных расчетов. Расчетные характеристики материала конструкций принимают по результатам испытаний, размеры - по обмерочным чертежам с учетом степени повреждения. Характеристики грунтов основания принимают уточненными по результатам дополнительных изысканий.

Для геотехнической категории I выполняют поверочные расчеты характерных несущих элементов (в основном, подвергающихся дополнительным воздействиям):

• производят сбор нагрузок на обследованные элементы;
• определяют расчетное сопротивление грунтов основания, несущую способность фундаментов (в месте вскрытия шурфов);
• оценивают накопленную и дополнительную осадки (на том же участке);
• выполняют расчет прочности наиболее нагруженного простенка первого этажа.

Для геотехнической категории II:

• производят сбор нагрузок на типичные элементы сооружения;
• определяют расчетное сопротивление грунтов основания и несущую способность фундаментов;
• оценивают накопленную осадку всех типов фундаментов;
• выполняют расчет прочности всех типов простенков на наибольшие нагрузки;
• производят проверку несущей способности всех типов элементов перекрытий и проверку допустимости прогибов.

Для геотехнической категории III выполняют те же расчеты, что и для категории II, для всех несущих конструкций.

Инженерно-геодезические изыскания

В общем случае инженерно-геодезические изыскания включают топографическую съемку территории, геодезические измерения накопленных неравномерных деформаций существующей застройки, организацию геодезической сети для мониторинга.

Топографическую съемку территории, где планируются реконструкционные работы, следует выполнять в два этапа. На первом этапе - до демонтажа конструкций здания, подлежащих по проекту разборке, выполняют:

• планово-высотную съемку границ площадки с привязкой межевых стен соседних зданий (при этом могут быть использованы материалы обследования конструкции узла сопряжения межевых стен) и фиксацией (по возможности) контура крыш соседних зданий;
• горизонтальную съемку примыкающих проездов;
• построение "жизненного" пространства реконструируемой территории в трехмерном изображении;
• заложение системы будущего геодезического контроля за состоянием соседних зданий и сохраняемых конструкций.

На втором этапе - после демонтажа отдельных конструкций уточняют границы "жизненного" пространства реконструируемой территории.

Для нового строительства (геотехнической категории II и III) топографическая съемка территории выполняется в один этап.

Геодезические измерения накопленных неравномерных деформаций состоят в нивелировании цоколя, определении отклонения плоскости стен и углов от вертикали.

Организация геодезической сети для геотехнического мониторинга осуществляется в соответствии с требованиями "Руководства по наблюдениям за деформациями оснований и фундаментов зданий и сооружений" (1975). Марки размещают с шагом 10 - 15 м с обязательной установкой на углах, в местах примыкания внутренних стен таким образом, чтобы по результатам нивелирования можно было построить кривую осадок здания. Крены углов здания фиксируют со взаимно перпендикулярных направлений.

Комплекс приведенных выше изыскательских работ является базой для второй ступеньки геотехнического сопровождения - геотехнического обоснования проекта.

Геотехническое обоснование проекта

Геотехническое обоснование предназначено для выбора оптимального варианта проектного решения, обеспечивающего надежность объекта реконструкции или нового строительства и сохранность окружающей застройки.

Составляющими геотехнического обоснования являются:

• ретроспективный анализ сложившейся геотехнической ситуации с выявлением причин деформаций и оценкой величин накопленных осадок для реконструируемого здания и застройки, окружающей объект реконструкции или нового строительства;
• анализ строительной (реконструкционной) ситуации с прогнозом деформаций объекта реконструкции или нового строительства и окружающей застройки при различных вариантах и технологиях усиления существующих фундаментов и устройства новых фундаментов, заглубленных и подземных объемов;
• геотехнический расчет объекта реконструкции и нового строительства для выбранного варианта и технологии фундирования.

Ретроспективный анализ сложившейся геотехнической ситуации выполняется для геотехнических категорий II и III.

Для геотехнической категории II он должен содержать:

• анализ фактического напряженно-деформированного состояния оснований реконструируемого здания и застройки, окружающей объект нового строительства или реконструкции;
• оценку степени влияния вибрационного фона площадки на развитие осадок;
• оценку степени завершенности осадок зданий;
• оценку величины допустимой дополнительной осадки существующей застройки при реконструкции и новом строительстве.

Для геотехнической категории III, помимо указанного выше, должны быть выполнены:

• ретроспективный анализ работы оснований реконструируемого здания и (или) застройки, окружающей объект реконструкции и нового строительства, совместно с работой конструкций существующей застройки;
• расчетная оценка суммарной величины накопленных деформаций и вклада различных факторов в развитие осадок существующей застройки.

Анализ строительной (реконструкционной) ситуации выполняется для всех геотехнических категорий и включает:

для геотехнической категории I:

• поверочные расчеты, обосновывающие отсутствие влияния строящегося или реконструируемого сооружения на существующую застройку, и уточнение категории риска;
• выбор технологии производства работ, не оказывающей воздействия на основания реконструируемого здания и застройки, окружающей объект реконструкции или нового строительства;

для геотехнической категории II:

• оценку размеров зоны влияния на основание и окружающую застройку при различных вариантах конструктивного решения объектов реконструкции и нового строительства и уточнение категории риска;
• поиск варианта конструктивного решения, обеспечивающего как надежность объекта реконструкции и нового строительства, так и сохранность окружающей застройки без ее усиления;
• выбор технологии производства работ, оказывающей минимальное воздействие на грунты основания и соседние строения, при которой не требуется предварительное усиление последних;

для геотехнической категории III:

• оценку размеров зоны влияния на основание и окружающую застройку при различных вариантах конструктивного решения объектов реконструкции и нового строительства;
• поиск варианта конструктивного решения, обеспечивающего как надежность объекта реконструкции и нового строительства, так и минимальное влияние на окружающую застройку;
• выбор технологии производства работ, оказывающей минимальное воздействие на грунты основания и соседние строения;
• назначение мер защиты конструкций окружающих зданий, адекватных ожидаемому воздействию со стороны объекта реконструкции и нового строительства.

Геотехнический расчет объекта реконструкции или нового строительства по выбранному варианту проектного решения и технологии фундирования выполняется для всех геотехнических категорий сложности и должен содержать:

для геотехнической категории I:

расчет по двум группам предельных состояний по СНиП 2.02.01-83*;

для геотехнической категории II, кроме того:

· определение несущей способности элемента усиления или нового фундамента по грунту с учетом сохранения природного сложения грунта или нарушения структуры ( в зависимости от применяемой технологии);

• определение несущей способности элемента усиления или нового фундамента по материалу с учетом его работы в грунтовой среде;
• определение доли нагрузки, передаваемой на элементы усиления и по подошве усиленного фундамента;
• оценку устойчивости проходки (скважины) для устройства элемента усиления или нового фундамента при различных технологиях ведения работ и способах крепления стенок;
• оценку осадок усиленного или нового фундамента.

Для геотехнической категории III в добавление к вышеперечисленным работам целесообразно выполнять совместный расчет здания (сооружения) и его основания.

В связи со сложностью и многофакторностью задач геотехнического обоснования для их решения рекомендуется привлекать численные методы, реализующие физически и геометрически нелинейные модели работы основания.

Технологический регламент

Анализ аварийных ситуаций, имевших место в Петербурге при ведении работ нулевого цикла в условиях городской застройки, свидетельствует о наличии некоторого разрыва между проектом и его практической реализацией. Сущность этого разрыва состоит в том, что проект не содержит обоснованных детальных требований к производству работ, а проект производства работ не имеет достаточного расчетного обоснования. К сожалению, подобная ситуация типична для современной отечественной строительной практики. Проектировщик в лучшем случае ограничивается самыми общими указаниями по ведению строительных работ, а подрядчик, как правило, не в состоянии обосновать безопасность для окружающей застройки применяемой технологии. Иными словами, ни проектировщик, ни подрядчик не уделяют должного внимания составлению технологического регламента, содержащего детальные указания и требования к геотехнологиям.

Основу регламента составляют результаты расчетного геотехнического обоснования, позволяющего выбрать оптимальное конструктивное решение и щадящую технологию устройства фундаментов. Технологический регламент является своего рода компромиссом между эффективностью, технологичностью ведения работ и обеспечением безопасности окружающей среды (грунтов основания и зданий).

Технологический регламент разрабатывается для геотехнических категорий II и III и в общем случае должен содержать следующие компоненты.

1. Критерии, позволяющие отличить допустимые техногенные воздействия от недопустимых. Основным критерием допустимости воздействия является условие

,

где S_{adt i} - осадка от i-го техногенного воздействия; S_{adt u} - предельно допустимая дополнительная осадка примыкающего здания в период ведения строительных работ на объекте, определяемая расчетом или назначаемая в первом приближении, исходя из требований норм (например, ТСН 50-302-96).

Прочие критерии - по допустимым параметрам колебаний, минимальному уровню грунтовых вод и т.п. - нацелены на раннюю диагностику геотехнической ситуации, когда негативные воздействия не привели еще к развитию осадок.

2. Перечень факторов риска, к которым могут быть отнесены:

• технологии в целом;
• отдельные технологические операции;
• ситуации, связанные со статическим и динамическим нагружением или разгрузкой основания в ходе строительных работ, снижением природного уровня грунтовых вод и т. д.

К факторам риска следует относить все технологии, оказывающие ударное, вибрационное или статическое воздействие на основание и окружающую застройку: операции по устройству проходок и выработок в грунте, процедуры высоконапорного нагнетания в грунт бетона или растворов, устройство глубоких котлованов (ниже глубины заложения фундаментов соседних зданий), водопонижение и т.д.

3. Размеры зон влияния каждого фактора риска (зоны риска). Эти размеры могут быть определены теоретически в рамках геотехнического обоснования или назначены, исходя из результатов технологических испытаний, проведенных на данной строительной площадке или в сходных условиях. Ориентировочные размеры зон риска при использовании ряда технологий (например, по забивке и вибропогружению свай и шпунта), приведенные в нормативной литературе, подлежат проверке при проведении технологических испытаний.

4. Особые требования к очередности выполнения различных видов работ на объекте. Работы на площадке всегда выполняют в некоторой логической последовательности. Однако существуют звенья, последовательность выполнения которых не имеет принципиального значения для собственно строительного объекта. В этом случае естественным критерием выбора очередности этих звеньев является обеспечение безопасности окружающей застройки.

5. Данные о последействии и релаксации влияния техногенных факторов в грунтах основания и требования к последовательности и интенсивности ведения каждого вида работ, отнесенного к факторам риска. Специфической особенностью воздействия на грунт строительных технологий является его относительная кратковременность. Оно способствует расструктуриванию глинистого грунта, т.е. снижению прочностных характеристик. При этом грунт не уплотняется, поскольку длительность консолидационных процессов несопоставима с периодом ведения работ нулевого цикла. После снятия техногенного воздействия в грунте происходит восстановление части тиксотропно нарушенных связей, рассеяние напряжений. Учет этих явлений необходим при назначении очередности ведения работ на площадке во времени и пространстве для того, чтобы локализовать влияние технологического процесса на грунты основания и выбрать оптимальную интенсивность работ, не приводящую к прогрессированию деформаций основания. При рассмотрении устойчивости во времени выработок и скважин весьма существенным является учет параметров ползучести грунта.

6. Параметры щадящих режимов производства работ. Эти параметры (например, частота работы вибропогружателя; масса и высота сброса молота при погружении свай и шпунта; высота грунтовой пробки, оставляемой в обсадных трубах при бурении скважин для буронабивных свай; давление нагнетания при закреплении массива грунта или заполнении скважины бетоном) в первом приближении могут быть определены расчетным путем или назначены по нормативной и справочной литературе. Их уточнение для условий конкретной площадки возможно по результатам технологических испытаний по видам работ, отнесенных к факторам риска.

7. Вопросы обеспечения и контроля качества работ. Они регламентируются действующими нормами и стандартами. В технологическом регламенте должны быть предписаны:

• виды контрольных испытаний для каждого типа ответственных конструкций;
• количество испытаний, их периодичность, последовательность;
• требования к испытаниям.

8. Требования к геотехническому мониторингу за состоянием окружающей застройки и возведенных конструкций и надзору за ходом строительства. Программа мониторинга закладывается в общих чертах на стадии разработки рабочего проекта и детализируется в проекте производства работ. В программе указывают:

• цели мониторинга;
• зону его действия;
• предмет мониторинга (контроль за осадками, параметрами колебаний, уровнем грунтовых вод, поровым давлением и т.д.);
• периодичность и сроки проведения мониторинга;
• механизм остановки работ при возникновении неблагоприятных воздействий.

9. Требования к технологическим испытаниям изложены в 1.6. Работа над составлением технологического регламента выполняют в два этапа:

• при разработке рабочего проекта;
• при разработке проекта производства работ.

На первом этапе регламент разрабатывают, исходя из требований нормативных документов и стандартов, на основе численного моделирования различных технологических ситуаций, а также накопленного опыта производства данного вида работ в сходных условиях. При отсутствии или недостатке такого опыта необходимо проведение технологических испытаний, по результатам которых может быть уточнен регламент.

Основные позиции технологического регламента должны содержаться в проекте организации работ, а в развернутом виде - в проекте производства работ.

Для сложных инженерно-геологических условий либо при наличии ветхой окружающей застройки при отсутствии достаточного для данного региона опыта применения технологии предусмотренный проектом регламент должен быть апробирован на опытной площадке путем проведения специальных технологических испытаний и наблюдений в натурных условиях.

Технологические испытания

Технологические испытания являются необходимой составляющей геотехнического сопровождения строительства и проводятся в случае, если геотехнология не прошла достаточной апробации в условиях, аналогичных условиям данной строительной площадки. Испытания проводят для геотехнических категорий II и III.

Указания на необходимость выполнения таких испытаний для ряда технологий содержатся в действующей нормативной литературе. В частности, перед применением в условиях городской застройки методов забивки или вибропогружения свай и шпунта требуется проведение пробного погружения с регистрацией параметров колебаний грунтов основания и фундаментов окружающих зданий. При работах по закреплению грунтов основания и инъецированию фундаментной кладки предписывается проведение опытного нагнетания для определения фактического поглощения раствора, гарантированной зоны закрепления, корректировки давления нагнетания и состава растворов.

Наиболее актуальны технологические испытания при устройстве глубоких фундаментов (свайных, шлицевых, "стена в грунте" и т.д.), технология изготовления которых может оказывать наибольшее влияние на массив грунта. Действующие нормы предписывают, например, проведение статических испытаний опытных свай, изготовленных на площадке, до начала работ по устройству свайных фундаментов. Технологические испытания могут быть проведены в процессе изготовления опытных и анкерных свай и не потребуют существенных дополнительных затрат. В связи с этим представляется целесообразным дополнить положения норм требованием о проведении технологических исследований процесса устройства свай, предназначенных для статических испытаний.

Целью технологических испытаний является корректировка регламента, предложенного в проекте, и отладка щадящих технологических режимов.

Испытания должны включать:

• оценку изменения напряженно-деформированного состояния массива грунта с помощью системы глубинных и поверхностных геодезических марок, марок для измерения послойных деформаций грунта, датчиков порового давления, мессдоз для определения вертикальных и горизонтальных напряжений;
• фиксацию параметров колебаний на всех технологических операциях с помощью сейсмоприемников, а также анализ динамического воздействия на грунты основания и окружающие конструкции;
• инструментальную регистрацию параметров технологических операций посредством измерительной аппаратуры, установленной на рабочем оборудовании;
• визуальный пооперационный контроль.

По результатам технологических испытаний определяют радиусы безопасных зон работы механизмов, вносят коррективы в рабочую документацию и проект производства работ, в том числе в программу геотехнического мониторинга. Пример проведения технологических испытаний приведен в гл. 9.

Геотехнический мониторинг

Наличие обоснованного конструктивного решения и щадящей технологии ведения работ является необходимым, но не достаточным условием успешного строительства. Как показывает практика, на процесс производства влияет множество дополнительных факторов: квалификация персонала, состояние техники, соблюдение регламента, щадящих технологических режимов ведения работ. Кроме этого, нельзя исключить и несоответствие расчетных схем, использованных при геотехническом обосновании рабочего проекта и проекта производства работ, реальным условиям работы грунта и конструкций.

Геотехнический мониторинг является инструментом оперативного управления производством работ нулевого цикла. В международной практике ни одна строительная площадка не обходится без мониторинга, который является также обязательным условием заключения договора о страховании строительного риска.

Цель геотехнического мониторинга - обеспечение надежности возводимой конструкции, сохранности окружающей застройки и коммуникаций.

Основной задачей мониторинга является фиксация превышений критериев безопасного ведения работ. Мониторинг оказывается эффективным в том случае, если осуществляющая его геотехническая организация наделена правом приостановки работ при обнаружении превышения установленных критериев.

В сферу мониторинга, помимо строительной площадки, попадают геологическая и гидрогеологическая среды, капитальная застройка и ответственные коммуникации, находящиеся в зоне риска, связанного со строительством или сложной реконструкцией объекта.

Объем и состав мониторинга зависят от категории геотехнической сложности строительства. Мониторинг проводится для категорий II и III и состоит из двух этапов - подготовительного и рабочего.

На подготовительном этапе выполняют следующие работы:

для геотехнической категории II:

• анализ исходной информации по результатам обследования застройки (освидетельствование технического состояния застройки в зоне действия мониторинга; фиксация дефектов, графическая фиксация и фотофиксация, составление ведомостей дефектов; определение фоновых параметров колебания конструкций зданий от имеющихся воздействий автомобильного транспорта, трамваев, метро, соседних производств и т.д., определение кренов стен зданий, неравномерности осадок);
• установку маяков и датчиков раскрытия трещин;
• установку геодезических марок с привязкой к городской реперной сети;
• установку пьезометров (режимных скважин) для контроля за уровнем грунтовых вод (для случаев устройства выработок ниже УГВ);
• уточнение проектных критериев по допустимым воздействиям;

для геотехнической категории III:

помимо работ, перечисленных выше, в наиболее сложных и ответственных случаях дополнительно устанавливают грунтовые геодезические марки, марки для измерения послойных деформаций, датчики порового давления, мессдозы вертикальных и горизонтальных напряжений.

На рабочем этапе мониторинга осуществляют:

для геотехнической категории II:

• визуальный контроль технического состояния конструкций окружающей застройки; контроль состояния маяков и датчиков на трещинах;
• геодезические измерения деформаций зданий;
• наблюдения за параметрами колебаний;
• фиксацию уровня грунтовых вод по пьезометрам;
• контроль за соблюдением геотехнического регламента работ;
• технический контроль за состоянием возведенных конструкций;
• контроль качества выполненных работ согласно требованиям нормативных документов, в том числе контроль сплошности свай в случае устройства свайных фундаментов;

для геотехнической категории III:

дополнительно к перечню работ, приведенному выше, для наиболее сложных случаев производят фиксацию показаний установленной контрольно-измерительной аппаратуры.

По мнению авторов, геотехническое сопровождение всех этапов строительного процесса: предварительная оценка геотехнической ситуации на стадии рассмотрения инвестиционной привлекательности объекта, изыскания и геотехническое обоснование при разработке проекта, технологические испытания на опытной площадке для отработки щадящих технологических режимов, геотехнический мониторинг на стадии производства работ нулевого цикла - является непременным условием успешного осуществления строительства и реконструкции.

Как показывает опыт сложной реконструкции в крупных городах России, в том числе в Петербурге, экономия на геотехническом сопровождении приводила, как правило, к затратам, намного превышающим стоимость самого сопровождения. В ряде случаев происходили утраты значимых памятников архитектуры.

Отдельные составляющие и весь комплекс работ по геотехническому сопровождению могут быть проиллюстрированы примерами реконструкции зданий и кварталов городской застройки Петербурга.