В начале XXI века в России, особенно в Москве, выполняется проектирование и строительство зданий повышенной этажности (высотой более 75 м) и сооружений со значительным заглублением (до 30 и более метров), что предопределяет увеличение нагрузок на основания, когда геомассивы испытывают воздействия, как по площади, так и по глубине. Кроме того, в городах-мегаполисах, таких как Москва, геомассивы находятся в сфере интенсивной хозяйственной и строительной деятельности, в связи с чем, актуальным является использование передовых технологий и технических средств, совершенствование методов инженерно-геологических изысканий в условиях все возрастающего техногенного воздействия на грунты. Все эти факторы существенно влияют на выполнение расчетов фундаментов зданий и сооружений.
Кроме того, из-за дефицита свободных площадей для застройки, в качестве оснований фундаментов (особенно в последние годы) используются слабые естественные и техногенные неслежавшиеся грунты. Значительное заглубление сооружений и (или) использование свайных и комбинированных свайно-плитных (КСП) фундаментов, в большинстве случаев, предполагают наличие коренных пород в качестве оснований, что требует особого подхода к инженерным изысканиям, разработки новых методов и методик исследований. В городских условиях различные виды антропогенного воздействия оказывают существенное влияние на состав и свойства грунтов и, следовательно, на их устойчивость.
Широкое внедрение лабораторных и полевых методов исследований свойств грунтов в практику инженерных изысканий для строительства ставит новые задачи по совершенствованию методик, технологий и технических средств, необходимых и достаточных для проектирования и строительства, с учетом прогноза возможных изменений свойств грунтов в основаниях фундаментов (например, в результате подтопления, использование под фундаменты насыпных и намывных неслежавшихся грунтов и др.). Инженерно-геологические изыскания должны учитывать природные особенности участка предполагаемого строительства (реконструкции), с одной стороны, а так же требования проектирования, с другой стороны.
Следует оговориться, что нередко в действующих нормативных документах недостаточно четко, а в ряде случаев вообще не прописаны важные моменты взаимодействия изыскателей и проектировщиков. Так, например, в пункте 4.13 СНиП 11-02-96 указывается, что в техническом задании, составляемом специалистами по проектированию, не допускается указывать виды, объемы, технику и технологию инженерно-геологических изысканий. На наш взгляд это совершенно неверно, особенно в современных условиях, когда выполняется проектирование и строительство зданий повышенной этажности и сооружений со значительным заглублением. Да, изыскатели составляют программы по инженерно-геологическим изысканиям и несут за это ответственность.
Но в техническом задании должны указываться не только тип проектируемых фундаментов и предполагаемые нагрузки на них, но и предполагаемая длина свай (при проектируемых свайных или комбинированных свайно-плитных (КСП) фундаментах), а также предполагаемая активная зона взаимодействия грунтов основания с фундаментами.
Системология и системный анализ в инженерных изысканиях для строительства
|
Наименование |
Тип подхода к исследованиям предметной области |
|
|
Системный анализ |
Системология |
|
|
1 |
2 |
3 |
|
Объект исследования |
Простые системы (ПроСи) |
Сложная система (СлоСи) |
|
Предмет исследования |
Процессы, законы и закономерности, присущие каждой системе |
Общие законы и закономерности поведения всей сложной системы |
|
Теоретический империтив |
Фундаментальные положения, законы и закономерности базируются на измерительной основе |
Фундаментальные положения, законы и закономерности базируются на моделях |
|
Особенности формирования общих законов и их характер |
Законы формулируются (подтверждаются или опровергаются) на основе экспериментов |
Дедуктивный характер законов постулируют осуществимостью моделей |
|
Концепция исследований |
От эмпирии к теории, т.е. процессу объяснения. Предсказания и управления исследуемой предметной области |
Основные объяснительные компоненты – одношаговый рекуррентный принцип, «дельфийский метод» и комплекс моделей |
|
Уровень проблемы |
Междисциплинарный |
Общедисциплинарный |
|
Решение проблемы |
Специальное, аспектное |
Интегральное, синтезное |
|
Подход к изучению свойств систем и взгляд на вероятность (стохастику) |
Физикалический подход – исследование характерных свойств простых стохастических систем на основе физической вероятности |
На основе системной вероятности исследуют структурно-поведенческие свойства детерминированной сложной системы |
|
Формулировка понятий, категорий и принципов |
Каждая из систем использует свои принципы и свой категорийно-понятийный аппарат |
Единый («сквозной») тезаурус на основе обобщенных понятий и принципов |
|
Обобщение выводов по результатам исследований |
Редукционизм: выявление специфики системы (целого) путем интеграции свойств ее частей |
Эмерджентно-синтетические оценки структурноповеденческих свойств СлоСи |
|
Взгляд на систему |
Полисистемный (декомпозиция ПроСи на ряд подсистем, их моделей и т.п.) |
Моносистемный (разнокачественная многомерность сложной системы) |
|
Взаимосвязь систем в исследованиях |
Общение посредством формального согласования и объединения результатов |
Единая методология постановки проблем, анализа и синтеза результатов |
|
Интерпретация общесистемных свойств и проблем |
Рассмотрение свойств проблемы, типа элементов и этапов работ с позиции дисциплинарной принадлежности |
Обобщенная оценка структурно-функциональных свойств целостной сложной системы и решаемых проблем |
Нередко невозможность указания в техническом задании предполагаемых длин свай и активной зоны аргументируется отсутствием инженерно-геологических разрезов и описаний скважин, поскольку инженерно-геологические изыскания только намечается выполнять. По этому поводу можно возразить, что по официальным данным в Москве на конец прошлого века пробурено более семисот тысяч скважин, т.е. имеется колоссальная база данных об инженерно-геологических условиях практически всей территории Москвы. Специальным распоряжением Премьера Правительства Москвы от 01.09.1998 г. № 989-РП предписывалось создать информационную систему геологической среды г. Москвы с аккумулированием данных в фондах Мосгоргеотреста. В настоящее время в Геонадзор г. Москвы материалы изысканий передаются, как на бумажном носителе, так и в виде электронных копий для создания общей базы данных по г. Москве. Таким образом, имеются все предпосылки для широкого использования этих данных на всех этапах изысканий и проектирования, а также для создания и совершенствования информационных технологий в области инженерных изысканий.
Всесторонняя и достоверная оценка инженерно-геологических условий должна выполняться на основании комплексных инженерных изысканий, поскольку в мире нет универсального способа исследования окружающей среды, и лишь сочетание различных дисциплин позволяет достичь необходимых результатов. Информационные технологии, получившие широкое распространение, практически во всех передовых областях науки и техники привели к появлению новой науки системологии.
Для применения системологии (системной методологии) в области инженерно-геологических изысканий требуется большой объем специальных теоретических и эмпирических исследований. Использование компьютерных технологий позволяет создавать интегрированные информационные системы (ИИС) и, в частности, CALS-технологии. В основе CALS-технологии лежит применение принципов и технологий информационной поддержки любого объекта (процесса) за весь его жизненный цикл, состоящий из нематериального (замысла, модели, проекта), материального воплощения (инженерных изысканий) и последующих этапов (строительства, эксплуатации зданий и сооружений, их реконструкции, демонтажа).
Инженерные изыскания для строительства зданий и сооружений повышенных уровней ответственности должны «…обеспечивать комплексное изучение природных условий района, площадки, участка, трассы проектируемого строительства, местных строительных материалов и источников водоснабжения и получения необходимых и достаточных материалов для разработки экономически целесообразных и технически обоснованных решений при проектировании и строительстве объектов с учетом рационального использования и охраны природной среды, а также получение данных для составления прогноза изменений природной среды под воздействием строительства и эксплуатации предприятий, зданий и сооружений».
В состав комплексных инженерных изысканий, особенно для проектирования зданий и сооружений внекатегорийных и I уровня ответственности, должны входить: инженерно-геодезические, инженерно-геологические, инженерно-экологические, гидрометеорологические изыскания и геофизические исследования. Результаты исследований по различным видам инженерных изысканий должны интерпретироваться совместно специалистами этих направлений и содержать совместные рекомендации специалистам по проектированию.
На рис. 1 представлены основные взаимосвязи между видами инженерных изысканий, с выходом на оценку геологического риска, которую выполняют в составе технического отчета по инженерно-геологическим изысканиям или самостоятельно на основе отчетных материалов. Приведенная на рисунке схема может изменяться в зависимости от конкретных условий и принимаемых проектных решений. Так, например, геофизические исследования могут проводиться до инженерно-геологических изысканий, параллельно с ними и после них. Это же относится к инженерно-гидрометеорологическим и инженерно-экологическим изысканиям.