Отправить сообщение, заявку, вопрос

Зарегистрироваться для участия в конференции

Запросить консультацию специалистов по данному техническому решению

Рубрикатор материалов

Сейчас в информационной базе:
рубрик - 74 , авторов - 234 ,
всего информационных продуктов - 2157 , из них
статей журнала - 475 , статей базы знаний - 58 , новостей - 1563 , конференций - 3 ,
блогов - 8 , постов и видео - 40 , технических решений - 9

Copyright © 2016-2018 ГеоИнфо
Все права защищены

Разработка и сопровождение: InfoDesigner.ru
9 апреля 2018 года

Инженерные изыскания и итоговые затраты при автодорожном строительстве. Из зарубежного опыта

Многие заказчики и инвесторы упорно игнорируют необходимость выделять более значительные ресурсы денег и времени на проведение инженерных изысканий. С целью лишний раз напомнить им об этом вновь обращаемся к международному опыту по оценке зависимости итоговых затрат по проектам от стоимости изысканий, на этот раз уделив основное внимание сфере автодорожного строительства.

Правильно выполненные инженерные изыскания играют важнейшую роль в любом строительном процессе. Неадекватная характеристика условий площадки может привести либо к перерасходам, задержкам и аварийным ситуациям при строительстве, либо к серьезным дефектам построенных объектов на этапе их эксплуатации.

На сегодняшний день то, что некачественные или недостаточные инженерные изыскания являются основным источником задержек и перерасходов по проектам, вроде бы общеизвестно. Однако многие заказчики и инвесторы с потрясающим упорством игнорируют необходимость выделять больше денег и времени на проведение этих исследований. С целью лишний раз напомнить им об этом вновь обращаемся к международному опыту по оценке зависимости итоговых затрат от стоимости инженерных изысканий, уделив основное внимание сфере автодорожного строительства.

 

Понимание есть, решения нет

За последние 30–40 лет за рубежом был опубликован ряд исследований, которые ясно продемонстрировали, что основная доля финансовых и технических рисков при строительстве связана с грунтовым основанием будущего объекта [1–4]. Однако несмотря на это состав и объемы инженерных изысканий в этот же период слишком часто стали ограничиваться минимальными затратами и сроками [1]. А итог? Например, Комитет по государственному бюджету Великобритании сообщил, что среднее увеличение расходов по крупным проектам автодорожного строительства в 1988–1989 годах составило 28% по сравнению с первоначально заявленными ценами. Британская Лаборатория транспортных и дорожных исследований обнаружила, что итоговые затраты по проанализированным ею крупным автодорожным проектам в среднем были на 35% больше тендерных цен, причем это было вызвано в основном неадекватным планированием изысканий, их некачественным проведением и плохой интерпретацией их результатов [1].

Стоимость инженерных изысканий по отношению к общим затратам на строительство мала. Как было указано в лекции П.В. Роу, опубликованной в журнале Gеotechnique еще в 1972 году [5], расходы на изыскания в идеале должны составлять 0,20–1,55% от общих затрат по проекту (или 1,60 – 5,67% от стоимости земляных работ и строительства фундамента). Причем вполне очевидно, что исследования должны продолжаться до тех пор, пока условия площадки не станут достаточно хорошо известными для экономически выгодного обеспечения безопасности строительства и последующей эксплуатации объекта, то есть контракты должны обеспечивать достаточную гибкость изысканий.

Т. Пол, Ф. Чау и О. Кьекстад в своей книге «Скрытые аспекты градостроительного проектирования и освоения подземного пространства» [6] привели следующие данные. Удвоение стоимости изысканий может увеличить общие расходы на строительство всего на 1%. Однако, например, непредвиденные грунтовые условия могут привести к росту итоговых затрат на 10% и более.

 

Проблемы на автомагистрали Каир - Александрия

Египетские исследователи А.Х. Альбатал и А.С. Котб из Арабской академии наук, технологий и морского транспорта г. Каира и Х.Х. Мохаммад из Университета г. Эз-Заказика в своем докладе «Влияние неадекватных инженерных изысканий на стоимость дорожного строительства (практический пример)» на 4-м Международном симпозиуме по геотехнической безопасности и риску в 2013 году [7] рассмотрели пример строительства скоростной автомагистрали Каир – Александрия (так называемой Каирско-Александрийской пустынной дороги), которая является одной из самых важных автотрасс в Египте и соединяет два крупнейших города этой страны (рис. 1). Ее длина составляет 220 км.

 

Рис. 1. Скоростная автомагистраль Каир – Александрия [1] Рис. 1. Скоростная автомагистраль Каир – Александрия [1]

Автодорога по этому маршруту была проложена еще в 1935 году. Затем ее улучшали в 1959, 1971, 1981, 1998, 2003 и 2005 годах. В 2007 году египетское правительство запланировало превратить ее в скоростную автомагистраль с высокой пропускной способностью и необходимой инфраструктурой в соответствии с мировыми стандартами [8]. Длина намеченного для усовершенствования отрезка дороги составила 169 км. Он был разделен на 6 частей, на которых работали разные подрядчики и консультанты. Суммарная стоимость их модернизации составила 335 476 900 014 египетских фунтов (LE), что в то время примерно соответствовало 58 855 596 494 долларов США ($).

В указанном докладе [7] рассматривается ситуация, возникшая на 5-м участке длиной 34 км (между 126-м и 160-м километрами). Общая стоимость его модернизации, включая дорогу, мосты, «зеленые островки» и работы по освещению дороги, составила 703 767 014 LE (около $123 467 897).

Примерно через год после окончания строительства этого участка на его отрезке длиной примерно 2,25 км (из 4-х полос шириной по 3,75 м) в нескольких местах появились трещины (рис. 2, 3).

 

Рис. 2. Трещины на 5-м модернизированном участке скоростной автомагистрали Каир – Александрия, возникшие через год после окончания строительных работ [7] Рис. 2. Трещины на 5-м модернизированном участке скоростной автомагистрали Каир – Александрия, возникшие через год после окончания строительных работ [7]

Первоначальный отчет об изысканиях, выполненных на рассматриваемом объекте до начала строительных работ, был представлен в 2006 году. В соответствии с ним по всей дороге было пробурено и описано 27, а на рассмотренном участке – 3 скважины на глубину 20 м от поверхности земли. В отчете указывалось, что грунтовое основание дороги изменчиво и сложено различными слоями насыпного грунта, песка, глины, известняка и известкового шлама. Лабораторные тесты включали компрессионные испытания, тесты на набухание с измерением линейных размеров и химический анализ образцов грунта. Однако испытания на просадочный потенциал не проводились.

Фактические затраты на инженерные изыскания составили 10 000 LE (примерно $1 754), то есть всего 0,003% от общих расходов на реализацию проекта. И это вместо надлежащей стоимости исследований 0,20 – 1,55%!

После возникновения проблемы с трещинами на 5-м участке подрядчиком были выкопаны разведочные шурфы на глубину 2,75 – 3,60 м. Из них были отобраны образцы грунта для лабораторных исследований. Результаты испытаний на просадочный потенциал показали, что естественные грунты основания в местах появления трещин были чувствительны к воде. Это указало на возможность возникновения просадок этих отложений при попадании в них воды и дополнительном давлении. Следует отметить, что просадочные грунты вполне обычны для засушливых районов, где аридный климат и соответствующие ему условия выветривания и осадконакопления благоприятны для их образования. Но при первоначальных изысканиях для строительства они не были выявлены – следовательно, эти исследования были выполнены в недостаточном объеме. А ведь при строительстве на просадочных грунтах должны применяться особые методы, особенно если есть возможность попадания в них дополнительной влаги и увеличения нагрузок.

Рис. 3. Вид одной из вертикальных трещин в верхнем слое грунтового основания дороги и подстилающих его просадочных отложений (фотография стенки разведочного шурфа) [7] Рис. 3. Вид одной из вертикальных трещин в верхнем слое грунтового основания дороги и подстилающих его просадочных отложений (фотография стенки разведочного шурфа) [7]

Наилучшей корректирующей мерой для дефектного отрезка дороги (площадью 33 750 м2) сочли удаление дорожной одежды и верхней части грунтового основания до глубины 1 м от кровли просадочных отложений с заменой удаленной части структурным насыпным грунтом и последующей укладкой слоев дорожной одежды. Общая стоимость этих работ составила 6 842 813 LE (около $1 200 494), то есть примерно 2,04% от общей цены строительства дороги (при этом авторы доклада [7] подсчитали, что вдоль нее должно было быть пробурено минимум 278 скважин, а не 27). Вполне очевидно, что, если бы дополнительный объем исследований был выполнен не через год после окончания строительства из-за возникновения трещин, а до его начала, этих перерасходов могло не быть.

Следует отметить, что в рассмотренную стоимость исправления дефектов в размере 2,04% вошли только меры по реабилитации самой дороги, но ведь были еще и затраты на дополнительные изыскания для выявления причин возникших проблем, на установку новых дорожных знаков, барьеров, новую разметку, охрану окружающей среды и др. Кроме того, остался риск возникновения таких же или других проблем на других участках автодороги. В любом случае затраты на идеальные изыскания (0,20 – 1,55%) были бы существенно меньше, чем пришлось потратить на исправление дефектов (как минимум 2,04%).

 

Проблемы в других странах

В рассмотренной работе египетских авторов [7] был разобран еще не самый страшный случай, хотя он очень явно продемонстрировал, что при расширении состава и увеличении объема изысканий риск неудачного строительства значительно снижается и это может сэкономить заказчикам большие суммы денег и времени.

А ведь в результате неверного выбора маршрутов, проектов и методов строительства дорог на основе некачественных или недостаточных инженерных изысканий слишком часто возникают значительно более серьезные ситуации, избежать которых могли бы помочь более объемные и качественные изыскания с использованием более широкого спектра методов, в том числе геофизических.

Например, в Таиланде в 2011 году просел 100-метровый участок местной скоростной автодороги вблизи города Аюттайя на глубину 2 м, что привело по крайней мере к двум серьезным авариям при движении транспорта. В итоге шоссе было надолго перекрыто, поскольку на его ремонт не было средств [9]. Но эта ситуация могла бы не возникнуть, если бы при строительстве дороги были учтены просадочные свойства грунтов основания и близость к ней ирригационного канала на основе адекватных инженерных изысканий.

Еще хуже обстоит дело в районах развития карста, где очень часто возникают карстовые провалы прямо на автомобильных дорогах, причем нередко с человеческими жертвами. Например, в Китае на одной из дорог города Гуанчжоу в 2008 году возник провал диаметром 15 м и глубиной 5 м, в который провалился автомобиль (рис. 5) [10].

В США на шоссе 101 штата Орегон в 2016 году образовался карстовый провал глубиной около 10 м (рис. 6). Из-за состояния грунта отремонтировать дорогу не удалось, в результате чего она была полностью закрыта [11]. Отметим, что ежегодный ущерб, который причиняют провалы только в США, оценивается в $10 – 15 млрд [12].

На юге города Дофин в канадской провинции Маннитоба после продолжительного ливня в 2009 году возник карстовый провал диаметром 200 м и глубиной 5 – 15 м, захвативший территорию, равную по площади двум футбольным полям, в том числе 83-е шоссе (рис. 7). В итоге были потрачены миллионы долларов, чтобы проложить дорогу по другому маршруту [13, 14].

И уж совсем фантастичны гигантские провалы, возникшие на городских улицах столицы Гватемалы (с тем же названием) в 2007 и 2010 годах, которые поглотили не только проезжую часть, но и здания с людьми (рис. 8, 9). Их диаметры составили 20 и 18 м, а глубина – 150 и 31 м соответственно. Известно, что ликвидация последствий возникновения только первой дыры (2007 года) обошлась Гватемале в $2,7 млн. Причиной возникновения этих провалов было названо длительное развитие суффозионных процессов в грунтовом основании (сложенном вулканическими отложениями – пеплом, туфом и пемзой) в результате просачивания воды из водосточных канав и колодцев, протечек неисправной городской канализации и обильных ливневых дождей. Хотя город скорее всего уже был построен без всяких изысканий над системой подземных рек и пещер. И, к сожалению, указанные провалы там скорее всего не последние [11, 12, 15]. Конечно, для таких территорий необходимо составлять подробные карты подземных пустот (с использованием в том числе геофизических методов), чтобы избегать ошибок при строительстве. В Германии, например, для таких территорий, как Рурская область, подобные карты уже составлены [16].

Перечисленные ситуации отражают лишь малую толику подобных случаев, возникающих на построенных дорогах. Но они наглядно демонстрируют слишком опасные и дорогостоящие последствия неадекватных инженерных изысканий и плохого мониторинга во время строительства и эксплуатации в сфере автодорожного строительства.

 

Рис. 4. Просевший участок автомобильной дороги вблизи города Аюттайя (Таиланд, 2011 г.) [9] Рис. 4. Просевший участок автомобильной дороги вблизи города Аюттайя (Таиланд, 2011 г.) [9] Рис. 5. Карстовый провал на одной из автодорог в городе Гуанчжоу (Китай, 2008 г.) [10] Рис. 5. Карстовый провал на одной из автодорог в городе Гуанчжоу (Китай, 2008 г.) [10]

Рис. 6. Карстовый провал на шоссе 101 в штате Орегон (США, 2016 г.) [11] Рис. 6. Карстовый провал на шоссе 101 в штате Орегон (США, 2016 г.) [11] Рис. 7. Деформации шоссе, попавшего в зону карстового провала в провинции Маннитоба (Канада, 2009 г.) [14] Рис. 7. Деформации шоссе, попавшего в зону карстового провала в провинции Маннитоба (Канада, 2009 г.) [14]

Рис. 8. Суффозионный провал на городской улице в столице Гватемалы (2007 г.) [10] Рис. 8. Суффозионный провал на городской улице в столице Гватемалы (2007 г.) [10] Рис. 9. Суффозионный провал на перекрестке в столице Гватемалы (2010 г.) [15] Рис. 9. Суффозионный провал на перекрестке в столице Гватемалы (2010 г.) [15]

 


Список литературы и источников
  1. Inadequate site investigation. London: Institution of Civil Engineers, Thomas Telford, 1991.
  2. Geotechnical site investigations for underground projects. Washington, US: National Committee on Tunneling Technology, National Research Council, National Academy Press, 1984. Vol. 1.
  3. Whyte I.L. The financial benefit from site investigation strategy // Ground Engineering. 1995. Vol. 10. P. 33–36.
  4. Littlejohn G.S., Cole K.W., Mellors T.W. Without site investigation ground is a hazard // Proceeding of the Institute of Civil Engineers. 1994. Vol. 102. P. 72–78.
  5. Rowe P.W. The relevance of soil fabric to site investigation practice: 12-th Rankine lecture // Gйotechnique. 1972. Vol. 22 (2). P. 195–300.
  6. Paul T., Chow F., Kjekstad O. Hidden aspects of urban planning surface and underground development. London: Thomas Telford Publishing, 2002.
  7. Albatal A.H., Kotb A.S., Mohammad H.H. Effect of Inadequate Site Investigation on the Cost of Road Construction (Case Study) // Geotechnical Safety and Risk IV: proceedings of the 4-th International symposium on geotechnical safety and risk (4th ISGSR), Hong Kong, 4–6 December 2013 (edited by Limin Zhang, Yu Wang, Gang Wang, Li Dianqing). UK: CRC Press, 2013.
  8. https://en.wikipedia.org/wiki/Cairo%E2%80%93Alexandria_desert_road).
  9. http://www.vseneprostotak.ru/2011/04/fotoreportazh-v-tailande-prosedanie-100-metrovogo-uchastoka-dorogi/.
  10. http://nlo-mir.ru/kataclizm/16153-ogromnyj-provaly-v-zemle-41-foto.html.
  11. http://chert-poberi.ru/interestnoe/samyie-vpechatlyayushhie-karstovyie-voronki-zemli-16-foto.html).
  12. http://fb.ru/article/170730/obrazovanie-karstovyih-voronok-chto-takoe-karstovyiy-prova.
  13. https://readreidread.wordpress.com/2011/06/11/giant-sinkhole-in-manitoba/.
  14. https://oko-planet.su/phenomen/phenomenday/128121-kanada-200-metrovyy-krater-pogloschaet-shosse-manitoby.html.
  15. https://masterok.livejournal.com/251347.html.
  16. Волков А. Оползни и провалы // Знание – сила. 2015. № 8. С. 4–10.