Отправить сообщение, заявку, вопрос

Зарегистрироваться для участия в конференции

Запросить консультацию специалистов по данному техническому решению

Рубрикатор материалов

Сейчас в информационной базе:
рубрик - 70 , продуктов - 1705 , авторов - 188

Copyright © 2016-2018 ГеоИнфо
Все права защищены

Разработка и сопровождение: InfoDesigner.ru
Оборудование и технологии
28 сентября 2016 года
>>> Просмотров:13сервис учёта просмотров включен с 15.03.2018

НИКОЛАЙ ВОЛКОВ: Статика на мерзлоте – очень перспективный метод

Статическое зондирование давно широко применяется во всем мире, однако до сих пор возможности этого метода на мерзлоте не до конца изучены специалистами. Между тем, судя по выпущенному НИИОСП им. Н.М. Герсеванова СТО 36554501-049-2016 «Применение статического зондирования для контроля оснований в районах распространения многолетнемерзлых грунтов», статика позволяет в полевых условиях получать огромное количество информации, необходимой как на стадии проектирования, так и в процессе эксплуатации сооружений.

«Востребованность данного стандарта связана с тем, что в настоящее время остро необходим геотехнический контроль на территориях распространения многолетнемерзлых грунтов. Мерзлота, как известно, очень чувствительна к внешним воздействиям. Например, даже незначительное повышение температуры может приводить к изменениям механических свойств грунтов и потере ими несущей способности. До недавнего времени единственным способом отслеживать подобные процессы был температурный мониторинг грунтов, что было связано с большими временными и финансовыми затратами и малой практической значимостью. Именно эту проблему и позволяет решать статическое зондирование на мерзлоте. Благодаря данному методу можно прямо на месте контролировать несущую способность сваи» – отмечает Николай ВОЛКОВ, ведущий инженер ООО «Геоинжсервис».

Ред.: Статическое зондирование на мерзлоте в настоящее время мало известно специалистам. Есть ли какие-то нормативные документы, регламентирующие эти работы?

Н.В.: Да, как раз недавно был утвержден Стандарт организации на выполнение данных работ, разработанный под руководством Олега Николаевича Исаева, заведующего сектором НИИОСП им. Н.М. Герсеванова, ведущего специалиста в области статического зондирования грунтов, при сотрудничестве специалистов из Фундаментпроекта, ПИКА-ТЕХНОСЕРВИС, ФУГРО и других организаций. СТО утвержден этим летом и введен в действие с 1 сентября 2016 года - СТО 36554501-049-2016 «Применение статического зондирования для контроля оснований в районах распространения многолетнемерзлых грунтов».

Востребованность данного стандарта связана с тем, что в настоящее время остро необходим геотехнический контроль на территориях распространения многолетнемерзлых грунтов. Мерзлота, как известно, очень чувствительна к внешним воздействиям. Например, даже незначительное повышение температуры может приводить к изменениям механических свойств грунтов и потере ими несущей способности. До недавнего времени единственным способом отслеживать подобные процессы был температурный мониторинг грунтов. Для этого бурились термометрические скважины, туда устанавливались термокосы, затем проходил долгий процесс выстаивания этих скважин, чтобы они вернулись к своей естественной температуре. Но у этой технологии, кроме больших затрат времени, есть и еще один серьезный недостаток. К примеру, термокоса показала, что температура выросла на один градус – с минус 4 до минус 3 градусов. На сколько это критично? Обычные измерения температуры грунтов ответ на этот вопрос не дают. Можно, конечно, обратиться в МГУ, собрать геокриологов и специалистов по механике мерзлых грунтов и выслушать от них некие общие рекомендации по тому, что может произойти и что следовало бы делать. Но все равно вряд ли они скажут, при какой температуре то или иное конкретное сооружение начнет деформироваться.

Именно эту проблему и позволяет решать статическое зондирование на мерзлоте. Благодаря данному методу можно прямо на месте контролировать несущую способность сваи. Для этого нужно сделать статику до строительства (на стадии изысканий), затем сразу после и, наконец, через пару лет после начала эксплуатации (мониторинг). В итоге будет получен ряд данных статического зондирования во времени, позволяющих оценить не только температуру грунтов, а наши конусы оснащены необходимыми для этого датчиками, но также понять, как меняются механические свойства грунтов основания во времени, сделать вывод, в какую сторону развивается динамика – происходит потеря несущей способности грунтов или укрепление грунтов основания. Это в свою очередь позволит принять правильное решение по инженерной защите сооружения и станет основой для геотехнического контроля в процессе строительства и эксплуатации сооружения.

 

Ред.: После строительства сооружения под ним, наверное, не просто сделать статику?

Н.В.: Как правило, на мерзлоте строят здания с проветриваемым подпольем, таких, я думаю, больше 90%. Оттуда делать статику вполне удобно. Если конструкция фундамента иная, статику можно сделать и с технического этажа, просверлив дырку в полу и сделав упор в перекрытия здания. Для этого есть специальные мобильные установки, опыт работы с которыми у нашей компании довольно большой. Кроме того, не стоит забывать, что не всегда обязательно проводить исследования непосредственно под сооружением. Иногда бывает достаточно выполнить статические испытания вокруг строения и оценить фоновую ситуацию.

 

Ред.: Но ведь далеко не каждый грунт можно продавить? Иногда они по плотности почти как камень. Как быть в такой ситуации?

Н.В.: То, что пластично-мерзлые грунты давятся, мы уверены сейчас на 100%. Вопрос сейчас в твердомерзлых - какие твердомерзлые мы можем продавить, а какие нет? Например, последний раз мы давили мерзлый песок. Полученные при этом значения внушают нам оптимизм. Дело в том, что раньше статическое зондирование выполнялось на совершенно других установках. Они давали максимальное усилие в пять тонн. Мы же в настоящее время оперируем двадцати тонными машинами, то есть возможности выросли в четыре раза. У пластично-мерзлых грунтов лобовое сопротивление варьирует от 5 до, примерно, 25 МПа, что более или менее соответствует возможностям пятитонной установки. Когда мы давили мерзлый песок, были получены значения «по лбу», превышающие 60 МПа, вплоть до 95 МПа. А боковое сопротивление муфты трения варьировало от 1 до 1,5 МПа. Это очень большие показатели даже для современной техники.  Такими значениями мы, по сути, перекрываем даже несущую способность сваи по материалу.

Теперь, что касается льда. Пока точно не понятно, можем ли мы его давить. С одной стороны, есть вероятность, что мы перейдем точку плавления льда даже не за счет специального зонда с нагреваемым наконечником, а такие зонды у ФУГРО есть, но просто за счет понижения температуры плавления льда от давления. Нам нужно еще разобраться, какой лед «давится», а какой нет.

Но даже если мы не можем что-то продавить, например, уперлись в несжимаемый грунт, у нас всегда есть технология разбуривания. Опыт ФУГРО на Аляске показывает, что эта технология (комбинация бурения и статического зондирования) очень удобна в исполнении.

 

Ред.: Вообще, давно ли используется статика на мерзлоте?

Н.В.: Если не ошибаюсь, первым начал давить мерзлоту в 1970-х годах канадец Бранко Ладаный на мерзлотной площадке около города Томпсон в провинции Манитоба. Также американские военные инженеры из CRREL делали статическое зондирование со льда на берегу моря Боффорта на Аляске. В России эта технология начала применяться в 1980-х годах специалистами БашНИИстрой на собственных установках, сначала на искусственно замороженных грунтах, потом на природных. Потом были созданы исследовательские группы со специалистами из НИИОСП, Фундаментпроекта и др. До развала Советского Союза им удалось провести статику в районе Воркуты, Салехарда, на полуострове Ямал. Более подробную информацию можно найти в книге И.Б.Рыжкова и О.Н.Исаева «Статическое зондирование грунтов», где многолетнемерзлым грунтам специально посвящена глава 5. Но тогда, как я уже говорил, были слабые установки, по сравнению с современным оборудованием ФУГРО, или, другими словами, «тяжелой статикой».

 

Ред.: На сегодняшний день уже введен в действие СТО по мерзлоте. Что в нем прописано?

Н.В.: Прежде всего, там прописано все, что можно получить при помощи статики на мерзлоте. Это: (1) определить вид грунта и (2) его состояние – мерзлый он или талый; (3) замерить температуру, причем с очень высокой точностью до 0,01 градуса. Кстати, после выполнения статического зондирования в получившееся отверстие можно опустить пластиковую трубу и использовать в дальнейшем как термометрическую скважину, которая по трудозатратам в разы экономнее; (4) определить минерализацию и засолённость грунтов; (5) измерить уровень подземных вод; (6) получить данные о коррозионной активности; (7) измерить степень консолидации оттаивающих грунтов; (8) оценить сейсмическую разжижаемость и (9) теплофизические свойства; (10) а также узнать комплекс физико-механических свойств – компрессионный модуль деформации, эквивалентное сцепление, другими словами, деформационные и прочностные характеристики мерзлых грунтов и, самое главное, несущую способность сваи.

Все перечисленные параметры могут быть использованы для геотехнического контроля мерзлых оснований сооружений в процессе их строительства и эксплуатации.

Как видно, статика позволяет в полевых условиях получать огромное количество информации, необходимой как на стадии проектирования, так и в процессе эксплуатации.

 

Ред.: Что же получается, никаких дополнительных исследований проводить не нужно?

Н.В.: Конечно, нужно. Например, остается открытым вопрос о влажности и плотности грунтов. Кроме того, мы не говорим, что бурение должно быть отменено. Общий подход ФУГРО, в том числе и к работам на мерзлоте, заключается в том, что в основе всех изысканий стоит статическое зондирование, а бурение, лабораторные исследования и геофизика конструируются вокруг статического зондирования. Это позволяет получить наиболее полный и точный комплекс данных для геотехника.

 

Ред.: Есть мнение, что если при изысканиях не делать статику, стоимость фундаментов вырастет в разы. Так ли это?

Н.В.: Да, причем на мерзлоте это особенно актуально. Если говорить про работы на мерзлоте, то тут важен следующий момент. Один из основных расходов при строительстве оснований на мерзлоте – это термостабилизация. Сегодня почему-то, вероятно из-за недостаточного объема получаемых данных при изысканиях на мерзлоте, существует сложившаяся практика везде делать системы термостабилизации. Устанавливать термосифоны (они же термостабилизаторы, СОУ, ГЕТ, ВЕТ и пр.), где это совсем и не нужно. Это существенно удорожает стоимость фундаментов. Мы нередко задаемся вопросом – а нужно ли действительно их ставить? По нашему мнению, в большинстве случаев они не нужны, а там, где установлены – не всегда эти устройства работают. Вопрос о том, где их нужно ставить, а где нет – очень важный. Статика дает на него четкий ответ. Если мы говорим о несущей способности свай, и статика показывает, что сваи и так будут нести нагрузку в 5 раз больше, чем требуется для планируемого сооружения, даже в талых грунтах, то зачем тогда термостабилизаторы?

Повторю, речь, конечно, не идет о том, что термостабилизаторы совсем не нужны. Статика покажет – где, сколько, какие и т.д. термостабилизаторы должны быть установлены для обеспечения требуемой несущей способности свай.  

Что касается зависимости стоимости фундамента от наличия статики на немерзлых грунтах, то важно понимать, что нередко проектировщики значительно перезакладываются при проектировании фундамента, рассчитывают основания, не всегда доверяя данным изысканий. Результаты бурения далеко не объективны. Два геолога по-разному опишут один и тот же разрез и «отобьют» границы, - человеческий фактор. Фотосъемка керна в большинстве случаев не делается. Значит, в «камералке» проверить описание невозможно. Статика позволяет получить максимально достоверные данные. И они объективны – ведь данные собирает машина, а не человек.

 

Ред.: Из всего вышесказанного складывается ощущение, что для инженерной геологии статика нужна во вторую очередь, а в первую – для геотехники.

Н.В.: На самом деле, так и есть. В чем разница между инженерной геологией и геотехникой? – Инженерная геология дает информацию для построения карты, а геотехника дает информацию для расчета под конкретное сооружение. Для инженерной геологии нужно знать генезис грунтов, их возраст и историю, распространение и пр. Мы можем в этом помочь, но главное здесь бурение. Построить инженерно-геологическую карту при помощи зондирования – не самая простая задача, это не наша область. Когда же строится здание, тут нужно знать состав, механические свойства грунтов и их неоднородность. И тут статика – технология номер один.

 

Ред.: На всей ли территории распространения многолетнемерзлых грунтов в России будет возможно проводить статическое зондирование?

Н.В.: Не думаю, что на всей. Но точно на подавляющем большинстве строительных площадок на мерзлоте. Весь вопрос в том, что мы хотим определить. Если на площадке распространен мерзлый песок с температурой минус 10 градусов, то тут и мерзлотных проблем не должно быть. Кроме того, нужно исключить наличие скальных грунтов. Например, в Восточной Сибири можно делать статику в речных долинах, где развиты дисперсные грунты.

Вообще, главные площадки строительства для статики находятся в зоне распространения дисперсных грунтов, включая засоленные, талики, зоны техногенного воздействия на грунты, и самое главное – все арктическое побережье и зона арктического шельфа. При изысканиях на шельфе статическое зондирование не имеет альтернативы.

 

Ред.: Все ли возможности статического зондирования на мерзлоте вошли в новый СТО?

Н.В.: Вошло не все, к сожалению. На мой взгляд, в документ было необходимо внести раздел, касающийся проверки работы термостабилизаторов, то о чем я уже сказал ранее.

У меня, например, как и у некоторых других экспертов, в том числе западных, нередко возникают вопросы относительно эффективности их работы. Например, в 2012 году в Салехарде состоялась международная конференция, на которой участникам показывали многоэтажную новостройку. Дом с проветриваемым подпольем, огражден непродуваемым забором, а у каждой сваи стоит по термостабилизатору. Естественно, канадцы и американцы, занимающиеся этими вопросами, тут же спросили о том, зачем нужен забор, явно не дающий работать термостабилизаторам, которые должны обдуваться холодным воздухом? Специалисту, занимающемуся термостабилизаторами, точнее сезонно-охлаждающими устройствами, очевидно, что в непродуваемом подполье производительность термостабилизатора, особенно с горизонтальным оребрением, будет стремиться к нулю. Вразумительного ответа так и не последовало. Такая картина наблюдается сегодня почти везде. В лучшем случае, организуется система температурного мониторинга, но и ее результат сводится на нет в результате того, что производители термостабилизаторов сами же и «ведут наблюдения за температурой грунтов». А чтобы определить, работают реально эти устройства или нет, нужно проводить наблюдения в течение как минимум года, что крайне сложно и на практике - нереализуемо. При помощи статики эта задача решается за один день – сначала делается зондирование около термостабилизатора, потом на некотором расстоянии от него, чтобы получить фоновое значение. Соотношение рассчитанных величин по несущей способности дает цифру в процентах, - на сколько увеличилась несущая способность сваи вследствие работы термостабилизатора.

 

Ред.: СТО по зондированию на мерзлоте сделан исключительно на российском опыте или за основу брали какой-то зарубежный норматив?

Н.В.: Нет, это чисто наше изобретение. Запад до этого еще не дошел. Наоборот, я его перевел на английский язык и мы, возможно, опубликуем его за рубежом. Возможно, со временем именно наш российский стандарт станет международным.

 

Ред.: А может ли дать статическое зондирование что-то новое мерзлотоведению, как науке?

Н.В.: Конечно, и это было бы очень интересно. Статическое зондирование можно применять для любых научных задач. Особенно эффективным было бы применение статики на арктическом шельфе. Другое применение, - изучить при помощи наших зондов территорию вокруг той воронки на Ямале, где произошел выброс непонятно чего, предположительно, метана. У нас есть конус, который определяет наличие этого газа в грунтах.

 

Экземпляр нового СТО можно запросить у Николая Волкова (ngv@fugro.ru) или в НИИОСП им. Н.М. Герсеванова