1 ГОУ ВПО СГГА Изыскание и проектирование инженерных

ГОУ ВПО СГГА
Изыскание и проектирование инженерных сооружений
Лекция 1
Содержание и задачи курса и его роль в формировании инженера-геодезиста.
Связь курса с другими дисциплинами специальности.
Предмет "Изыскания и проектирование инженерных сооружений" относится к одной
из профилирующих дисциплин по специальности "Прикладная геодезия" 300100 и способствует формированию студента, как специалиста квалификации "инженер-геодезист".
Инженер-геодезист является активным участником всех основных стадий создания сооружения (изыскания, проектирования, строительства и эксплуатации), поэтому он должен
знать не только состав, технологию и виды изыскательских работ, но также процессы проектирования и строительства, особенности эксплуатации зданий и сооружений. Материалы
изысканий играют важную роль также при решении вопросов охраны природной среды и их
значение особенно возрастает при прогнозировании возможных изменений экологической
обстановки в связи со строительством и эксплуатацией инженерных сооружений.
Собственно предмет "Изыскания и проектирование инженерных сооружений" включает вопросы, связанные с проведением различных видов изыскательских работ для проектирования и строительства зданий и сооружений.
Содержание курса "Изыскания и проектирование инженерных сооружений" включает
следующие разделы и вопросы.
1.Содержание и задачи курса и его роль в формировании инженера-геодезиста. Связь
курса с другими дисциплинами специальности.
2.Общие сведения об изысканиях.
2.1.Назначение и виды изысканий.
2.2.Экономические изыскания.
2.3.Особенности использования аэрокосмических методов при изысканиях.
2.4.Роль инженерных изысканий в охране природной среды.
3. Организация инженерных изысканий в России
3.1.Организация службы инженерных изысканий.
3.2.Технологическая схема производства изыскательских работ.
3.3.Особенности согласований при изысканиях.
3.4.Особенности охраны труда, техники безопасности и гражданской обороны при изыскательских работах.
4. Инженерно-геологические и гидрогеологические изыскания
4.1.Классификация горных пород и их основные свойства.
4.2.Полевые и лабораторные методы определения физико-механических свойств грунтов.
4.3.Основные виды неблагоприятных физико-геологических процессов и явлений.
4.4.Подземные воды и гидрогеологические исследования.
4.5.Горнопроходческие и буровые работы.
4.6.Основные геофизические методы при геологических изысканиях.
4.7.Инженерно-геологические карты и разрезы.
4.8.Назначение, состав и основные виды инженерно-геологических изысканий.
4.9.Инженерно-геологическая рекогносцировка.
4.10.Состав и содержание работ при крупномасштабной инженерно-геологической
съёмке.
4.11.Цель и задачи инженерно-геологической разведки.
4.12.Аэрогеологические методы изысканий.
4.13.Геодезическое обслуживание горнобуровых и геофизических работ.
4.14.Причины нарушения устойчивости геодезических пунктов. Выбор место, глубины
и способа закладки знаков.
5. Инженерно-гидрометеорологические изыскания
1
5.1.Круговорот и баланс вод Земли. Уравнение водного баланса и коэффициенты стока
и испарений.
5.2.Основные характеристики реки и речного стока.
5.3.Задачи гидрометеорологической службы России. Виды стационарных станций и
постов.
5.4.Назначение и состав инженерно-гидрометеорологических изысканий.
5.5.Полевые гидрометрические работы. Измерение уровней воды.
5.6.Промеры глубин.
5.7.Определение скоростей и направлений течения, расходов воды и твердого стока.
5.8.Использование аэрометодов при гидрологических изысканиях.
5.9.Особенности гидрометеорологических изысканий при оценке возможных изменений природной среды.
6. Инженерно-геодезические изыскания
6.1.Назначение и состав инженерно-геодезических изысканий.
6.2.Технические требования к выбору положения сооружения на местности.
6.3.Сбор и анализ материалов топографо-геодезической изученности. Особенности
геодезических изысканий.
6.5.Наблюдения за неблагоприятными процессами площадных сооружений.
6.6.Русловые съёмки и плановое координирование промеров глубин и скоростей.
6.7.Определение уклона водной поверхности и нивелирование для составления продольного профиля реки.
6.8.Применение аэрометодов при геодезических изысканиях.
7. Проектирование инженерных сооружений
7.1 Состав основных проектных документов
7.2 Принципы разработки проектов производства геодезических работ
7.2 Технология и организация проектных работ
7.3 Методы проектирования. САПР
8. Особенности инженерно-геодезических и топографических изысканий для проектирования различных видов сооружений
8.1 Изыскания сооружений транспорта и линий связи
8.2 Изыскания при проектировании гидротехнических сооружений
8.3. Изыскания промышленных сооружений, жилых и административных зданий
8.4 Изыскания при проектировании прецизионных сооружений
8.5 Изыскания объектов лесоустройства
9. Автоматизация проектно-изыскательских работ
9.1.Процесс изысканий - динамический процесс информационного обеспечения систем
автоматизированного проектирования сооружений.
9.2.Крупномасштабные топосъёмки - основной метод сбора топографической информации на площадке будущего строительства.
9.3.Основные направления автоматизации проектно-изыскательских работ.
При изучении данного курса следует уделить особое внимание видам и стадиям изысканий, значению изыскательских работ как при проектировании и строительстве инженерных сооружений, так и в вопросах охраны окружающей среды. Весь данный курс в целом
имеет тесную связь с рядом дисциплин, изучаемых студентами, но в первую очередь – с
дисциплинами "Технология строительства" и "Прикладная геодезия". Широкий круг вопросов, начиная от классификации инженерных сооружений и кончая методами и средствами
выполнения различных видов изыскательских работ, требует привлечения большого списка
литературы и выборочного ее изучения. Значительная часть курса может быть изучена по
списку литературы, предложенному ниже.
Подробное изучение различных видов инженерных сооружений, процессов их проектирования и технологии строительства предусмотрено курсом "Технология строительства".
Инженерно-геодезические изыскания – комплекс работ по получению топографогеодезических материалов, необходимых для решения задач проектирования и строительства
различных объектов. При проведении данного вида изысканий изучаются топографические
2
условия местности в районе предполагаемого строительства, а также изменения этих условий в процессе строительства и эксплуатации объекта. Сбор и анализ топографических и аэрофотосъемочных материалов, как правило, выполняется с целью получения топографической характеристики различных вариантов размещения площадок строительства и предполагаемых направлений трасс линейных сооружений. На выбранной площадке или трассе сооружения материалы геодезических изысканий используются для составления топопланов и
других материалов, необходимых для разработки генерального плана и проектирования зданий и сооружений.
Следует отметить, что отдельные вопросы инженерно-геодезических изысканий изучаются студентами также в курсе "Прикладная геодезия".
Литература по курсу
1.1. СНиП 11-02-96 Инженерные изыскания для строительства. Основные положения.М.: Минстрой России, 1997.-44с.
1.2. СНиП 11-103-97 Инженерно-гидрометеорологические изыскания для строительства, 1997.
1.3. СНиП 11-104-97 Инженерно-геодезические изыскания для строительства, 1997.
1.4. СНиП 11-105-97 Инженерно-геологические изыскания для строительства, 1997.
1.5. Абрамов С.П. и другие. Инженерные изыскания для строительства. 2-е изд. Москва, Стройиздат, 1982, 480с. (или: Инженерные изыскания в строительстве. Справочник по
общестроительным работам. Москва, Стройиздат, 1975, 480 с.
1.6. Климов О.Д. Основы инженерных изысканий. Москва, Недра, 1974, 256с.
1.7. Видуев Н.Г., Полищук Ю.В. Инженерные изыскания. Киев, Вища школа, 1979.
1.8. Маслов Н.Н. Основы инженерной геологии и механика грунтов. Москва, Высшая
школа, 1982.
1.9. Живаго Н.В., Пиотровский В.В. Геоморфология с основами геологии. Москва, Недра, 1971.
1.10. Гришанин К.В., Сироткин Ю.Н. Гидрология и водные изыскания. Москва, Высшая школа, 1982.
1.11. Васильев А.В., Шмидт С.В. Водно-технические изыскания.-Ленинград, Гидрометиздат, 1970, 343 с.
1.12. Климов О.Д., Калугин В.В., Писаренко В.К. Практикум по прикладной геодезии.
Изыскания, проектирование и возведение инженерных сооружений. Учебник для ВУЗов.
Москва, Недра, 1991, 271 с.
1.13. Климов О.Д., Калугин В.В., Писаренко В.К. Практикум по прикладной геодезии.
Изыскания, проектирование и возведение инженерных сооружений: Учеб. пособие для вузов. Второе изд., стереотипное. – М.: ИД «Альянс», 2008. – 271 с.: ил.
1.14. Большаков В.Д., Клюшин Е.Е., Васютинский И.Ю. Геодезия. Изыскания и проектирование инженерных сооружений. Справочное пособие.Москва, Недра, 1991, 238 с.
3
ГОУ ВПО СГГА
Изыскание и проектирование инженерных сооружений
Лекция 2
Общие сведения об изысканиях. Назначение и виды изысканий. Экономические
изыскания. Особенности использования аэрокосмических методов при изысканиях.
Роль инженерных изысканий в охране природной среды.
Назначение и виды изысканий. Инженерные изыскания заключаются в изучении
природных условий района строительства для получения необходимых исходных данных,
обеспечивающих разработку технически правильных и наиболее экономически целесообразных решений при проектировании, строительстве и эксплуатации инженерных сооружений.
В процессе инженерных изысканий изучают физико и экономико-географические условия возведения сооружений и во всех случаях решают задачи целесообразного использования и преобразования этих условий.
Изыскания делят на экономические и инженерные. Инженерные изыскания проводят
для изучения природных условий территории будущего строительства.
К основным видам инженерных изысканий относят инженерно-геодезические, инженерно-геологические и инженерно-гидрометеорологические.
В процессе инженерно-геодезических изысканий подлежат изучению и съемке ситуация и рельеф на территории предполагаемого строительства (площадки или трассы).
В процессе инженерно-геологических изысканий подлежат изучению грунты основания, подземные воды, физико-геологические процессы и формы их проявления. Попутно могут решаться вопросы использования местного строительного материала.
В процессе инженерно-гидрометеорологических изысканий подлежат изучению климат
и поверхностные воды.
В зависимости от вида проектируемого сооружения значимость отдельных видов изысканий может быть различна. Так, при проектировании ЛЭП основными являются инженерно-геодезические изыскания. При проектировании высоких, массивных или уникальных сооружений и зданий основными являются инженерно-геологические изыскания. И даже некоторые виды инженерно-геодезических изысканий могут быть направлены на решение инженерно-геологических задач, например, при изучении геодезическими методами и средствами микросмещений пород основания на различных горизонтах. При проектировании портовых сооружений, а иногда и некоторых химических заводов, основными и решающими
могут являться инженерно-гидрометеорологические изыскания. Некоторые объекты, например, крупные гидротехнические сооружения, определяют равную важность указанных основных видов изысканий.
При проектировании некоторых сооружений в обязательном порядке проводят и другие виды изысканий. Так, при проектировании некоторых крупных магистральных каналов и
мелиоративных систем проводят геоботанические и почвенные изыскания. Последние, например, служат для выявления участков зараженных почв, солончаков и т. д. При лесоустроительных работах проводят лесотехнические изыскания. К самостоятельному виду относят
изыскания источников водоснабжения.
Каждая стадия инженерных изысканий обеспечивает материалами соответствующую
стадию проектирования. В связи с этим различают следующие изыскания:
- предварительные на стадии технико-экономического обоснования или техникоэкономического расчета;
- на стадии проекта;
- на стадии рабочей документации.
Большинство природных процессов на изучаемой территории взаимосвязано, поэтому
изыскания проводят комплексно. Комплексные изыскания позволяют разработать технически обоснованные и экономически целесообразные проекты строительства.
4
Выделяют изыскания линейных и площадных сооружений. Линейные инженерные
изыскания выполняют при проектировании и строительстве железных и автомобильных дорог, каналов, трубопроводов, линий электропередачи (ЛЭП), линий электросвязи (ЛЭС).
Изыскания трасс магистральных и подъездных железных и автомобильных дорог отличаются наибольшей сложностью по сравнению с изысканиями других видов линейных сооружений.
При изысканиях площадных сооружений, например, промышленных предприятий, поселков, плотин и других сооружений на этих же территориях нередко приходится проводить
линейные изыскания с выносом в натуру небольших трасс линейных сооружений (внутризаводских, внутри-поселковых и подъездных автомобильных и железных дорог, трубопроводов, ЛЭП и др.).
Экономические изыскания. В период экономических изысканий, которые предшествуют инженерным, проводят сбор, систематизацию и обработку материалов и сведений экономического характера, выполняют согласования по отводу земель под строительство, оценку сносимых сооружений и угодий, отводимых под проектируемое сооружение. Экономические изыскания определяют экономическую целесообразность строительства сооружения в
данном районе с учетом обеспеченности его сырьем, стройматериалами, транспортом, рабочей силой, потребителями продукции и др.
Экономические изыскания обычно предшествуют техническим. Технические изыскания ведут для того, чтобы дать исчерпывающие сведения о природных условиях участка для
наилучшего учета и использования их при проектировании и строительстве.
Экономические изыскания делят на комплексные, проблемные, титульные, внутриобъектные.
Комплексные экономические изыскания выполняют при решении комплекса вопросов,
связанных с будущим сооружением. Например, при строительстве автомобильного предприятия возникают проблемы создания завода синтетического каучука, жилого поселка, обеспечения предприятия сырьем, снабжения его электроэнергией, водой и т. п.
Проблемные экономические изыскания рассматривают несколько вариантов решения
одной и той же хозяйственной задачи. В процессе проблемных изысканий указывают только
экономический район расположения будущего сооружения. Например, при строительстве
дороги её начальный и конечный пункты не привязываются конкретно к местности, а задаются только взаимосвязанные экономические районы. Затем намечают несколько вариантов
и выбирают оптимальный в экономическом отношении вариант. Комплексные и проблемные
изыскания выполняют до начала проектирования.
Титульные (объектные) экономические изыскания проводятся для определенного объекта с учетом конкретного размещения его па местности. Титульные экономические изыскания выполняются на стадии технического проекта и предшествуют техническим изысканиям.
Как правило, технические изыскания выполняют после того, как известно примерное
направление трассы или расположение проектируемого объекта на местности. Однако если в
процессе предварительных технических изысканий возникает несколько вариантов, то окончательное решение принимается на основе сравнения экономических показателей по каждому варианту. Такое сравнение называют внутриобъектными изысканиями.
Особенности использования аэрокосмических методов при изысканиях. Применение аэрометодов при инженерно-геологических изысканиях основывается на том, что некоторые инженерно-геологические характеристики могут быть получены непосредственно по
аэроснимкам, другие же – косвенно, путем сопоставления с эталонными снимками.
При гидрологических изысканиях можно по разному использовать аэрометоды, например, для определения скоростей течения и других характеристик потока воды.
При инженерно-геодезических изысканиях так же применяют аэрокосмические методы. Применяют при топографических съемках М 1:5000 и 1:2000, при камеральном трассировании по ортофотопланам и т.п.
Опыт использования космической информации показал, что материалы зондирования
Земли из космоса находят применение в следующих работах:
5
- изучение недр, разведка топливных и минеральных сырьевых ресурсов;
- землеустройство, учет земель, картографирование почв и эрозионной опасности, исследование кормовых ресурсов;
- изучение шельфа, морских и океанических течений, обнаружение биопродуктивных
зон, перспективных районов добычи рыбы и морепродуктов в морях и океанах;
- картографирование водоемов, изучение запасов поверхностных и грунтовых вод, запасов льда в горах, контроль расхода водозапасов на орошение;
- инженерная оценка местности, изучение сейсмической, селевой и лавинной опасности, проектирование строительства крупных инженерных сооружений и коммуникаций;
- исследование динамики природных процессов в целях контроля охраны окружающей
среды, организации воспроизводства возобновляемых природных ресурсов;
- создание и обновление топографических и тематических карт различных масштабов и
назначения.
Практика показала целесообразность применения материалов космических фотосъемок
при проектировании городов, крупных гидротехнических узлов и высотных плотин в горах.
Снимки из космоса важны для выбора трасс линейных сооружений: нефте- и газопроводов,
автомобильных и железных дорог, каналов, линий энергопередачи. В характерных для Западной Сибири труднодоступных районах космические снимки дают возможность наметить
обходы болот, озер и других участков местности, недоступных для машин и механизмов, определить места преодоления естественных преград, сопоставить разные варианты трасс с целью оптимизации в технико-экономическом отношении.
Роль инженерных изысканий в охране природной среды. Интенсивные темпы
строительства крупных инженерных сооружений, охватывающих значительные территории,
неизбежно вызывают нежелательные изменения в окружающей среде: в некоторых районах
ощутимо меняются климатические условия, загрязняются атмосфера, реки, моря и океаны;
обширные территории суши загрязняются отходами производства, особенно в районах
крупных городов; нарушается естественный режим поверхностных и подземных вод, подтапливаются большие территории и т. п. Кроме этого существенно преобразуются природные
ландшафты и изменяется рельеф земной поверхности. Масштабы вмешательства человека в
природу стали столь велики, что возникла необходимость законодательного регулирования
взаимоотношения человека с окружающей средой, целью которого является рациональное
использование природных богатств, их сохранение и преумножение. Такое регулирование
осуществлено в разработанных земельном и водном законодательствах, в законах об охране
природы, охране и рациональном использовании недр, СНиП и т.п.
Роль инженерных изысканий в охране окружающей среды весьма велика, так как основная задача инженерных изысканий - изучение природных условий строительства. Это означает, что в процессе изысканий необходимо разработать, а затем и осуществить меры предупредительного характера, исключающие возможность нанесения ущерба окружающей
среде, необоснованных потрав сельскохозяйственных культур, вырубки леса, гибели диких
животных, птиц и рыб, возникновения пожаров и т. п. Должны быть разработаны меры, исключающие или уменьшающие необходимость вмешательства в естественный ход природных процессов. На основе материалов изысканий должны быть разработаны соответствующие рекомендации по расположению проектируемых объектов, чтобы их строительство и эксплуатация в минимальной степени нарушали естественный ход природных процессов, чтобы были сохранены ценные сельскохозяйственные и лесные угодья.
Роль и значение инженерных изысканий следует рассматривать в трех аспектах:
- обеспечение соблюдения Закона об охране природы;
- материалы инженерных изысканий должны способствовать созданию проектов, осуществление которых вызвало бы минимально возможное изменение природных условий;
- материалы инженерных изысканий должны служить основой для разработки прогнозов изменения природных условий под влиянием деятельности человека и осуществления
эффективных предупредительных и защитных мероприятий.
6
ГОУ ВПО СГГА
Изыскание и проектирование инженерных сооружений
Лекция 3
Организация инженерных изысканий в России. Организация службы инженерных изысканий. Технологическая схема производства изыскательских работ. Особенности согласований при изысканиях. Особенности охраны труда, техники безопасности
и гражданской обороны при изыскательских работах.
Организация инженерных изысканий в России. Организация службы инженерных изысканий. Инженерные изыскания выполняются обычно специализированными организациями, имеющими соответствующие лицензии. В ряде случаев исполнителями могут
быть отдельные структурные подразделения проектных организаций (изыскательские отделы), которые также должны иметь лицензии. Это особенно характерно для проектных организаций гидромелиоративного или гидротехнического профиля, которые чаще всего пользуются услугами собственных изыскательских отделов.
Саморегулирование (СРО) в области инженерных изысканий (изыскательской деятельности) введено в Российской Федерации с 1 января 2009 года взамен лицензий на инженерные изыскания (лицензий на деятельность в области инженерных изысканий для строительства зданий и сооружений I и II уровня ответственности). Это в свою очередь означает, что
для осуществления строительных работ в области инженерных изысканий в Российской Федерации изыскательским организациям необходимо вступить (стать членами) саморегулируемой организации (СРО).
Саморегулируемая организация (СРО) в области инженерных изысканий в соответствии с Градостроительным кодексом РФ - это некоммерческая организация, сведения о которой внесены в государственный реестр саморегулируемых организаций и которые основаны
на членстве индивидуальных предпринимателей и (или) юридических лиц, осуществляющие
деятельность в области инженерных изысканий.
Государственным органом регулирования и надзора в области саморегулирования
строительной, проектной и изыскательской деятельности, осуществляющим контроль за деятельность СРО и ведение государственного реестра саморегулируемых организаций, в соответствии с Постановлением Правительства Российской Федерации является Федеральная
служба по экологическому, технологическому и атомному надзору (Ростехнадзор).
Членство в изыскательской саморегулируемой организации (СРО), является обязательным требованием для организаций и индивидуальных предпринимателей занимающихся
изыскательской деятельностью позволяющем осуществлять профессиональную деятельность в области инженерных изысканий.
В зависимости от размеров и сложности проектируемых объектов, сложности инженерно-геологических условий изыскания выполняются одной или несколькими изыскательскими организациями. В последнем случае одна из организаций выполняет функцию генерального исполнителя, а остальные работают на правах субподряда (т.е. на основе договоров
с генеральным исполнителем). В подавляющем большинстве случаев весь объем работ для
конкретного строительства производится одной организацией. В период экономических реформ большинство существующих изыскательских организаций РФ стали акционерными
обществами (ЗАО, ОАО), реже унитарными предприятиями (ГУП, МУП), некоторые разделились на более мелкие предприятия (преимущественно ООО). Многие из них не изменили
своих названий, сохраняя аббревиатуру ТИСИЗ (трест инженерно-строительных изысканий).
Изыскания - это всегда изучение конкретных территорий, которые обычно разбросаны
по всему региону и могут находиться в десятках и даже сотнях километров от самой изыскательской организации. По этой причине проведение изыскательских работ обычно связано с
выездами специалистов и рабочих, перевозкой оборудования, а иногда и с длительным проживанием персонала непосредственно на месте изысканий. Для проведения таких работ организуются временные или постоянные коллективы, состав и оснащение которых приспособлены для решения конкретных изыскательских задач. В зависимости от размеров терри7
тории, объема и сложности исследований это может быть партия, станция или экспедиция,
иногда отряд. Основной производственной единицей является изыскательская партия (инженерно-геологическая партия). Для проведения многолетних работ по изучению геологических процессов - оползней, карста, подтопления и т.д. организуются постоянные или временные станции (соответственно, карстовые, оползневые и др.) Такие партии и станции могут объединяться в экспедиции. В состав экспедиции могут входить специальные партии геологическая, гидрогеологическая, гидрологическая, геоморфологическая, геофизическая,
геоботаническая и др. При экспедиции обычно организуются лаборатории для изучения физико-механических свойств грунтов, химического состава подземных вод, а также ремонтномеханические и материально-транспортные базы. Иногда в составе партий и станций, проводящих несколько видов работ, могут организовываться отряды, т.е. более мелкие подразделения, ведущие работы определенной специализации. В ряде организаций экспедиции определенного направления объединяются в отделы.
При проведении инженерных изысканий необходимо руководствоваться законодательными и нормативными актами Российской Федерации, субъектов Российской Федерации,
строительными нормами и правилами, государственными стандартами Российской Федерации, сводами правил, а также иными федеральными нормативными документами, регулирующими деятельность в области производства инженерных изысканий.
При производстве инженерных изысканий должны соблюдаться положения региональных и территориальных строительных норм субъектов Российской Федерации и требования
производственно-отраслевых (ведомственных) нормативных документов, разработанных в
установленном порядке.
Регистрацию (выдачу разрешений) производства инженерно-геодезических изысканий
осуществляют в установленном порядке органы архитектуры и градостроительства исполнительной власти субъектов Российской Федерации или местного самоуправления (если это
право им делегировано). Регистрацию (выдачу разрешений) производства геодезических и
картографических работ федерального назначения при осуществлении строительной деятельности выполняют в установленном порядке органы государственного геодезического
надзора Роскартографии в соответствии с "Инструкцией о порядке осуществления государственного геодезического надзора в Российской Федерации". Регистрацию (выдачу разрешений) производства инженерно-геодезических изысканий на действующих железных дорогах
федерального назначения в пределах полосы отвода осуществляют в управлениях соответствующих железных дорог.
Технологическая схема производства изыскательских работ. Заказчик - Подрядчик.
Для специализированных изыскательских организаций заказчиками, как правило, являются
проектные институты. Финансирование изыскательских работ осуществляется за счет заказчиков. Между проектной (заказчик) и изыскательской (подрядчик) организациями на основании технического задания заключается договор. Техническое задание составляет заказчик
и согласовывает подрядчик.
Заказчик должен передать подрядчику техническое задание, как правило, вместе с
оформленным разрешением на производство изысканий. На основании технического задания и требований соответствующих нормативных документов изыскательская организация
(подрядчик) составляет программу (проект) инженерных изысканий. В зависимости от содержания технического задания программа (проект) может быть разработана на весь комплекс изысканий по объему в целом, на один этап или вид изыскательских работ. Наиболее
оптимальным считают вариант, когда программа (проект) составляется на один этап изысканий (в комплексе по всем видам или по отдельному виду). В этом случае можно учесть результаты изысканий, полученные на предыдущем этапе и разработать более обоснованную
программу (проект). Даже если программа (проект) разработана на весь комплекс изысканий
по объекту в целом, следует предусматривать возможность ее корректировки в процессе
проведения работ по мере получения данных изысканий.
Программа (проект) работ является основным документом, устанавливающим виды и
объемы работ, способы выполнения, категории сложности природных условий, состав и
объем отчетных материалов. В договоре оговариваются виды и объемы работ, сроки их про8
ведения, стоимость работ, взаимные обязанности заказчика и подрядчика и др. К договору
прилагается смета на выполнение работ, справка об обеспечении финансирования, график
выполнения работ.
На основании договора заказчик должен своевременно выдать подрядчику (исполнителю) исходные данные, обеспечить финансирование работ, а подрядчик - выполнить предусмотренные работы в установленные сроки. При несоблюдении договорных обязательств
сторонами могут быть применены взаимные санкции в виде требований уплаты пени или
неустойки в установленных размерах.
Для отделов изысканий проектно-изыскательских институтов непосредственными заказчиками изыскательских работ являются проектировщики данного института в лице главного инженера проекта конкретного объекта. В этом случае договора на выполнение работ
(внутри института) не составляют. В отдел изысканий направляют подписанное руководством задание на выполнение изыскательских работ с указанием видов, сроков, объемов и
стоимости работ.
Особенности согласований при изысканиях. При изысканиях трасс и площадок на
трассе под строительство проводят комплекс различных согласований. Эти согласования
проводят проектная и изыскательская организации или аналогичные подразделения проектно-изыскательского института. Функции их в этой области разграничены. Проектировщики
обязаны проводить согласования с соответствующими министерствами, ведомствами, землепользователями, службой архитектуры и другими организациями по вопросам отвода земель под будущее строительство, планирования и застройки выделяемой строительной площадки, подключения проектируемого объекта к существующим сетям различных коммуникаций (связи, водопровода, тепло-, энерго- и газоснабжения, канализации различных видов и
т. д.). Практика возложения функций согласований на неквалифицированных в данных вопросах изыскателей, которая еще имеет место, особенно в проектно-изыскательских институтах, не обеспечивает своевременность и качественность проектных решений и отвлекает
изыскателей от выполнения их основных обязанностей. Однако иногда предусматривается
возможность выполнения некоторых видов таких согласований изыскательскими организациями на основании специальных договоров с проектными организациями.
Изыскатели, как правило, должны проводить согласования, связанные непосредственно
с инженерными изысканиями. Поскольку трасса линейного сооружения может проходить по
землям различных колхозов, совхозов, городов, поселков, пересекать автомобильные и железные дороги, каналы, ЛЭП, кабельные трассы и другие коммуникации, в процессе полевого трассирования руководитель изыскательской бригады должен проводить согласования с
местными сельскими советами и соответствующими местными организациями направления
трассы и участков топографической съемки. В процессе согласований, а затем и при проектировании должны максимально учитываться интересы местных организаций.
С целью обеспечения выполнения правил техники безопасности изыскатели должны
согласовать с соответствующими местными организациями вопросы проведения работ в полосе отчуждения железных дорог, вблизи линий электропередач, в акватории морского порта, в пределах судоходного форватера реки и т. д. Геофизические работы, связанные с применением взрывчатых и радиоактивных веществ, необходимо согласовывать с соответствующими организациями государственного надзора. Проведение этих согласований накладывает отпечаток на организацию работ в полевом подразделении — они могут занимать у
руководителя много времени, связаны с его частыми отъездами. На период своего отсутствия руководитель должен предусматривать выполнение соответствующего объема полевых работ остальными членами полевого подразделения.
При линейных изысканиях, особенно при закреплении трассы и ее вариантов, очень
важно также согласование с соответствующими организациями вопросов примыкания, пересечения, проезда по угодьям, возможных потрав посевов, бахчей, садов и т. д. Объем потрав
должен быть минимальным. Еще при подготовке к изыскательским работам на стадии разработки программы (проекта) должны быть предусмотрены меры предупредительного характера, исключающие необоснованные потравы сельскохозяйственных угодий, вырубку
леса, возникновение пожаров, гибели животных, птиц и т. д. В результате согласования ука9
занных вопросов целесообразно составлять соответствующие акты, содержание которых
обязательно доводят до сведения работников охраны участков землепользовании (садов,
бахчей и др.).
Кроме этих работ инженерно-технические работники должны выявлять на месте и изучать дополнительно различные документы, относящиеся к проектируемой трассе (сведения о
горизонтах вод на участках переходов через водные преграды, о местных строительных материалах и т. д.).
Особенности охраны труда, техники безопасности и гражданской обороны при
изыскательских работах. Техникой безопасности называют систему организационных и
технических мероприятий и средств, предотвращающих воздействие на работающих, опасных и вредных производственных факторов.
Средства, применение которых предотвращает или уменьшает воздействие на работающих опасных и вредных производственных факторов, называют средствами защиты работающих.
Безопасностью производственного процесса называют его свойства сохранять безопасное состояние труда в условиях, установленных нормативно-технической документацией.
Все виды изысканий проводятся в полевых условиях. В связи с этим им присущи некоторые общие опасные и вредные факторы, связанные с этой спецификой. В условиях степной, лесной, заболоченной, горной, малонаселенной местности причинами несчастных случаев часто оказываются естественные природные факторы: непогода, туманы, наводнения,
отсутствие воды, грозовые явления, пожары, волнения на водных акваториях, болотистые
почвы, осыпи и лавины, камнепады и обвалы в горах, значительные уклоны местности, отсутствие ориентиров при передвижении и т. д. Не исключены при изысканиях встречи с
хищными зверями, змеями, ядовитыми насекомыми. Для предупреждения несчастных случаев и травм необходимо строго соблюдать порядок передвижения на местности и переправ
через реки и водоемы, правила организации полевого лагеря, пожарной безопасности, рубки
просек, визирок, работ в зимних условиях. Необходимо проводить установленные профилактические прививки. Переносимые грузы не должны превышать установленных норм.
Важно соблюдение санитарии и личной гигиены полевых работников.
При инженерно-геодезических изысканиях особые опасности могут возникнуть во
время работы в населенных местах и промышленных предприятиях, где возникает возможность поражения электрическим током подземных и воздушных сетей, отравления газом при
обследовании и съемке колодцев подземных коммуникаций и т. д. Следует учитывать особенности работ вблизи линий электропередач, в полосе отчуждения железных дорог, на проезжей части автомобильных дорог, мостов.
При выполнении инженерно-геодезических изысканий следует строго руководствоваться «Правилами по технике безопасности на топографо-геодезических работах» (ПТБ-88)
(М.: Недра, 1988), а также ведомственными изданиями, например «Руководством по технике
безопасности на инженерно-изыскательских работах при строительстве».
При выполнении буровых и горнопроходческих работ на инженерно-геологических
изысканиях следует руководствоваться «Правилами безопасности при геологоразведочных
работах (ПБ 08-37-93)» (М.: Недра, 1993) и ведомственными документами. Лица, непосредственно ведущие инженерно-геодезические работы, должны быть обеспечены спецодеждой,
обувью и индивидуальными средствами защиты в зависимости от рода работ (рукавицы, очки, каски, пояса). Запрещается располагать буровую установку под линиями электропередач
и ближе 3 м от края крутых откосов, оставлять открытыми устья выработок. У шурфов, шахт
и ям необходимо устанавливать ограждения. Выработки необходимо обеспечить естественной или искусственной вентиляцией. Буровое оборудование должно быть исправным.
К ведению буровых и горнопроходческих работ и их руководству допускаются только лица
со специальным образованием.
При выполнении инженерно-гидрологических изысканий необходимо руководствоваться «Правилами по технике безопасности при производстве наблюдений и работ на сети Госкомгидромета» (Л.: Гидрометеоиздат, 1983).
10
При гидрометрических работах на акваториях рек, водохранилищ, озер и других водоемов, работающие могут оказаться под воздействием шторма, больших скоростей течения,
ливней, туманов, подвижек льда и т. д. Лица, выполняющие работы непосредственно на воде, должны уметь плавать, грести, управлять лодкой, применять способы спасения утопающих, оказывать первую помощь при несчастных случаях. Необходимо обеспечить правильный выбор плавательных средств, вести постоянный надзор за их техническим состоянием.
До начала работ на судоходных и сплавных реках необходимо заранее ознакомиться с
действующими местными правилами плавания, судовождения и сплава леса, и организовать
работы с учетом этих правил.
Передвижение людей на лодке и пересаживание из лодки в лодку допускается только у
берега или на участке реки со слабым течением в местах, где глубина не превышает 1 м. Запрещается купание с лодки, подчаливание лодок к проходящим судам. Запрещена работа на
лодках при ветре более 5 баллов, а на катерах — более 6 баллов.
При выполнении полевых изыскательских работ нужно строго соблюдать правила проведения инструктажей. Перед выездом на работы проводят инструктаж полевых работников
по технике безопасности. Вводный инструктаж обязателен для вновь принятых ИТР, рабочих и студентов-практикантов. При назначении на конкретную работу проводят инструк таж
на рабочем месте, обучают безопасным методам и приемам работы, оказанию первой помощи, организации безопасных переездов. Должны быть предусмотрены повторные инструктажы. Результаты инструктажей документально оформляются.
Работники, принятые для выполнения работ на механизмах или для работ повышенной
опасности, требующих технической подготовки, вначале проходят специальное обучение.
После проверочных испытаний они получают удостоверение на право производства работ.
Для обучения и инструктажа на базах предприятий должен быть оборудован кабинет
по технике безопасности, обеспеченный литературой, плакатами, наглядными пособиями и
средствами техники безопасности.
11
ГОУ ВПО СГГА
Изыскание и проектирование инженерных сооружений
Лекция 4
Инженерно-геологические и гидрогеологические изыскания.
Классификация горных пород и их основные свойства. Полевые и лабораторные
методы определения физико-механических свойств грунтов. Основные виды неблагоприятных физико-геологических процессов и явлений.
Классификация горных пород и их основные свойства. Как известно, возводимое
сооружение должно быть прочным, устойчивым, должна обеспечиваться его долговременная
безаварийная эксплуатация.
Вопросами изучения местных условий занимается несколько инженерных дисциплин;
значительная роль отводится инженерной геологии, являющейся прикладной наукой. Инженерная геология изучает горные породы и геологические процессы в связи с инженерной
деятельностью человека - строительством инженерных сооружений.
Необходимость знания геодезистом основных сведений из инженерной геологии диктуется тем, что геодезист, как и специалисты других профилей, принимает участие в отыскании наилучшего места для сооружения, в строительстве сооружения и в наблюдениях за ним
в процессе его эксплуатации. Без знания основ инженерной геологии геодезист испытывает
затруднения при выборе мест и глубины закладки исходных геодезических знаков и знаков
на сооружении при организации наблюдений за деформациями сооружений.
Горной породой называют совокупность минеральных образований, генетически связанных между собой и участвующих и строении коры земли. В отличие от такого термина
строители чаще пользуются словом грунт, понимая под ним верхний слой горной породы,
используемый как основание или материал для строительства сооружений.
Инженерно-геологическую классификацию горных пород можно строить по разным
признакам и с разной степенью детальности. Именно поэтому к настоящему моменту существует несколько таких классификаций. Инженерно-геологические классификации приводятся также в СНиП.
Наиболее удобна и достаточно проста классификация, предложенная проф. Н. Н. Масловым. Эта классификация, основанная па прочностных свойствах пород, разделяет их на
четыре класса: скальные, глинистые, сыпучие, особые. Кроме этого, классификация разделяет породы на две категории: водостойкие и водонестойкие. Введение этого дополнительного
разделения на категории вполне оправдано, так как некоторые породы существенно меняют
свои строительные свойства в присутствии воды. Для скальных пород I и II категории классификация дает еще деление пород по генетическому признаку, а для пород сыпучих - по
признаку крупности зерен.
Инженерно-геологическая классификация пород приведена в таблице 1.
Свойства скальных пород определяют свойства породообразующих минералов. Наибольшее значение имеет трещиноватость - она присуща большинству скальных пород. Трещиноватость ослабляет породу, от нее зависит водопроницаемость, термические и механические свойства породы.
Другой физико-механической характеристикой скальных пород является прочность,
зависящая от характера структурных кристаллизационных связей.
Скальные породы характеризуются жесткими связями между отдельными минеральными зернами, обеспечивающими высокие прочностные качества и большую несущую способность, поэтому скальные породы пригодны для строительства всех видов сооружений. По
характеристике деформационных свойств скальных пород принимают во внимание модуль
упругости и модуль деформации, показатели одноосного сжатия.
Осадки и сдвиги сооружений на скальном основании происходят в основном за счет
уплотнения и деформации трещин или общего прогиба плит основания, и не превышают нескольких десятков миллиметров.
12
Слоистые скальные породы обладают также различными свойствами по разным направлениям (анизотропностью), в частности, различной сопротивляемостью к сдвигу в разных плоскостях. Это нужно учитывать при проектировании строительства плотин, мостов и
других сооружений, подверженных действию боковых усилий.
Глинистые породы I категории (см. табл. 1) характеризуются достаточной прочностью
и вполне удовлетворительной несущей способностью; они не влагоемки, в воде не растворяются, но часто сильно трещиноваты; в сильной степени подвержены выветриванию. Этой
категории глинистых пород присуща сланцеватость, что уменьшает их сопротивляемость
сдвигу. Несмотря на некоторые недостатки, глинистые породы I категории могут служить
падежным основанием для крупных инженерных сооружений.
Глинистые породы II категории, равно как и подлежащие изучению сыпучие, относятся
к разряду мягких грунтов. Несущая способность мягких грунтов намного ниже, чем скальных, и это отражается на устойчивости сооружений, требует применения специальных конструкций сооружений и их фундаментов, определенных правил ведения строительных работ.
Глинистые породы по происхождению, составу и свойствам очень разнообразны. Некоторое содержание в глинах песка дает промежуточные виды глинистых пород: суглинки,
супеси. Как и другие мягкие породы, глина и ее разновидности подвержены пучению.
Осадки сооружений, построенных на глинистых грунтах, могут быть значительными,
неравномерными и долго не затухающими. Причина затяжного характера осадок на глинистых породах - их высокая пористость (более 50-60%); микроскопические поры, будучи
заполнены водой, медленно ее отдают. Медленное отжатие воды из пор ведет к затяжному
характеру осадок сооружения, построенного на глинистых грунтах.
Сыпучие породы. Говоря о глинистых породах, невольно приходится их сравнивать с
другим мягким грунтом - песком. И это не случайно, так как резкой границы между этими
классами пород нет - она условная. Сыпучими породами покрыто 75 % суши.
Сыпучие породы характеризуются отсутствием прочных связей между зернами; пористость их составляет 30-40% от объема; они сильно водопроницаемы - величина коэффициента фильтрации выражается метрами в сутки. Пески в чистом виде встречаются довольно
редко; обычно они смешаны с пылью и глиной. Песчаные породы подвержены пучению, но
в меньшей степени, чем глины.
В целом же сыпучие породы – достаточно прочное основание для неособенно тяжелых
сооружений. В силу своих высоких фильтрационных свойств сыпучие породы практически
не пригодны для строительства водоудерживающих сооружений. В этом случае они могут
быть использованы лишь в комбинации с другими водоупорными грунтами.
Сыпучие породы всех фракций широко используются в строительство как строительный материал (балласт, бутовый камень) и как заполнители при приготовлении бетона.
Подвергшись воздействию внешней нагрузки, песчаные грунты быстро на нее реагируют; осадка происходит быстро, но и быстро затухает. В этом смысле сыпучие породы отличны от глинистых, осадка на которых может идти веками.
Особые породы. Породы IV класса обладают низкой несущей способностью и потому
при строительстве инженерных сооружений на этих грунтах их стараются полностью или
частично удалять (размывом, расчисткой), или осуществляют комплекс специальных строительных мероприятий, обеспечивающих прочность, устойчивость и эксплуатационную пригодность инженерных сооружений (уплотнение и укрепление грунтов).
Инженерные сооружения, построенные на породах IV класса, испытывают значительные деформации (осадки) и нуждаются в частом восстановительном ремонте.
Полевые и лабораторные методы определения физико-механических свойств
грунтов. Для успешного расчета оснований инженерных сооружений необходимо хорошо
знать основные строительные свойства грунтов. Основные физико-технические характеристики грунтов: объемный и удельный вес, естественная влажность, пористость, консистенция, модуль деформации, сцепление, сопротивление сдвигу и др. Из этого неполного перечня некоторые характеристики используются для вычисления естественного (бытового) давления грунта, т. е. давления, обусловленного собственным весом грунта, для определения
устойчивости откосов выемок и насыпей, откосов котлованов, другие - для установления
13
нормативных давлений на основание, для предопределения величин возможных сдвигов,
осадок, кренов сооружений.
Названные выше характеристики грунтов отчасти можно получить путем лабораторных испытаний образцов пород, однако это возможно не для всех видов грунтов. Поэтому
для получения надежных характеристик испытания грунтов ведутся непосредственно на
месте будущего строительства.
Полевые методы изучения грунтов применяются главным образом для особо важных
сооружений и на последних стадиях проектирования, когда уже существует полная картина
геологического строении участка, имеются геологические разрезы, данные о физикомеханических свойствах грунтов, генеральный план сооружения.
Наиболее важные характеристики грунтов, определяемые при полевых испытаниях и
необходимые для уточнения расчета оснований сооружения, это - сопротивление грунта
сжатию и сдвигу. Степень сжимаемости грунта определяется модулем деформации и коэффициентом Пуассона.
На сжатие испытание грунтов ведут чаще всего штампами в шурфах и скважинах. Нагрузку на штампы (плиты) осуществляют, например, при помощи гидравлического домкрата
(рисунок 1). При испытании определяют характер осадка образца породы во времени, величину критической нагрузки.
Рисунок 1 – Схема испытания грунта штампом
Испытания слоев грунта на большой глубине выполняют штампами в скважинах, однако такие испытания считают менее достоверными, чем в шурфах.
Определение сопротивления грунта сжатию выполняют также при помощи динамического и статического зондирования. При динамическом зондировании осуществляют забивку молотом в грунт штанг со специальным коническим наконечником. Во время работы
фиксируют величину погружения зонда в грунт при определенном числе ударов. По этим
данным строят график, показывающий сопротивления грунта внедрению зонда. При статическом зондировании погружение зонда осуществляют не ударами, а вдавливанием при помощи домкрата.
Испытание грунта на сдвиг ведут в шурфах и котлованах путем создания при помощи
домкрата бокового сдвигающего усилия на породу (рисунок 2). При этом фиксируют момент, когда сдвигающее усилие преодолевает силу трения и сцепления в грунте.
Рисунок 2 – Схема испытания грунта на сдвиг
Испытание грунта на сдвиг имеют особое значение для мест, на которых проектируется
строительство сооружений, обладающих в определенной степени тенденцией к сдвигу, например, мостов, плотин.
14
В комплекс лабораторных исследований свойств горных пород входят определения:
плотности грунта, естественной влажности, зернового состава, числа пластичности, границы
текучести, границы раскатывания, относительного набухания, относительной просадочности, засоленности, коэффициента фильтрации, модуля деформации, сопротивления сдвигающему усилию, сопротивления сжатию и т. д. Для производства лабораторных исследований в полевых условиях отбирают образцы проб пород с соблюдением необходимых правил
хранения, консервации и транспортировки.
Пробы подземной и поверхностной воды исследуют с целью установления степени минерализации, химического состава, агрессивности к бетону и другим строительным материалам. Все указанные исследования грунтов и вод выполняют в специальных грунтовых лабораториях изыскательских и проектно-изыскательских организаций.
Основные виды неблагоприятных физико-геологических процессов и явлений.
Физико-геологические процессы подразделяют на физико-химические, биохимические, гравитационные, аэродинамические, гидродинамические, теплофизические, сейсмические, тектонические, техногенные. Эти процессы проявляют себя по-разному.
К группе физико-химических относят процессы механического, химического и термического разрушения и растворения горных пород. Физическое выветривание связано с механическими воздействиями на породы, возникающими вследствие перепадов температур,
давления на породы утолщающихся корней деревьев, образованием кристаллов и т. д. Перепады температур вызывают растягивающие и сжимающие напряжения, в результате которых
породы растрескиваются. Чем больше перепады температур, тем выше интенсивность растрескивания.
В пустынях выветривание пород выражается в явлении чешуйчатого шелушения. В холодных районах и высоко в горах наблюдается морозное выветривание пород, вызванное замерзанием воды в трещинах и порах.
Активными факторами химического выветривания являются вода, углекислый газ и
органические кислоты. Процесс растворения и выщелачивания поверхностными водами
приводит к образованию на поверхности пород промоин, углублений, а подземными водами
- карстовых пустот, каналов и пещер. Воды растворяют и выщелачивают в первую очередь
растворимые породы: известняки, гипс, доломиты, мергель, каменную соль.
С биохимическими процессами связано органическое выветривание, вызванное жизнедеятельностью микроорганизмов и растений. Они поглощают из горных пород различные
элементы и выделяют кислород и кислоты, которые активизируют процессы растворения.
Биохимические процессы тесно связаны с физическими. В результате биохимических процессов образуются почвы, торфяники и болота.
Образование оползней, обвалов, осыпей, осов, лавин связано с гравитационными процессами.
Оползни представляют собой смещение на более низкую отметку части горных пород,
слагающих склон, под действием силы тяжести. Особую роль в образовании оползней играют подземные и поверхностные воды. Они проникают в породы склона, утяжеляют их, обводняют отдельные горизонты, ослабляя силы сцепления в массиве породы, в том числе с
поверхностью скольжения оползня.
Усилению оползневого процесса могут способствовать распашка склонов под сельскохозяйственные угодья, сброс хозяйственных вод, уничтожение растительности, нагрузка
склонов отвалами грунта и другие факторы, связанные с деятельностью человека.
У оползня различают поверхность скольжения, базис оползания, глубину захвата
оползнем склона, очертание тела оползня, оползневой цирк. Поверхность, по которой происходит скольжение оползня, устанавливают по буровым скважинам, шурфам и штольням. В
одном оползневом массиве может прослеживаться не одна, а несколько поверхностей
скольжения. При исследованиях важно выявить поверхность скольжения, так как это позволяет установить объем и форму оползневого тела.
Самое низкое положение кривой скольжения у подошвы склона называют базисом
оползания. В некоторых случаях пересечение поверхности скольжения с поверхностью
склона может быть на любой высоте - т. е. выше подошвы; в этом случае говорят о висячих
15
оползнях. Поверхность скольжения может совсем не пересекаться с поверхностью склона и
уходить ниже его подошвы; в этом случае оползни сопровождаются валами выпирания в основании склона.
Глубина захвата оползнем склона характеризует мощность оползневого тела. Ее измеряют по нормали от поверхности склона до поверхности скольжения. Глубина захвата используется в оценке устойчивости оползня, так как она может быть разная в верхней, средней и нижней его частях.
Оползневым телом называют массив оползших пород, в котором различают верхнюю
часть («голову» оползня) и нижнюю часть («язык» оползня).
Оползневым цирком называют котловину в виде амфитеатра, образующуюся на крутом склоне среди несместившихся пород. Амфитеатр представляет собой ряд дугообразных
обрывов и площадок, поверхность которых часто наклонена к обрыву.
Признаками оползания склона являются деформации различных сооружений (появление трещин, перекосы дверных проемов), наклон столбов, наличие «пьяного леса», деревья
которого хаотично - наклонены.
Оползни после интенсивных подвижек могут прекратить свое движение, что связано с
образованием в его подошве достаточно массивного контрфорса, обеспечивающего равновесное состояние сдвигающих сил с силами сопротивления сдвигу.
Обвалы характеризуются внезапным отделением масс горных пород на крутом склоне
под углом, который больше угла естественного откоса. Обвалы происходят из-за потери
сцепления в результате выветривания или потери опоры из-за эрозии и абразии в основании
склона. Обвалы относят к гравитационным движениям без участия воды, их часто вызывают
сейсмические толчки. В результате обвалов обрушившиеся массы горных пород скапливаются у подножия склонов и образуют завалы.
Осыпями называют накопления щебеночных обломков твердых пород, образующиеся
при скатывании их со склонов. Осыпи образуются в результате выветривания горных пород.
Обычно осыпи сосредоточиваются в балках и ложбинах, по которым они смещаются вниз,
как по руслу. Движение осыпей имеет прерывистый характер. В процессе накопления щебенки из твердых пород осыпь становится все тяжелее, а угол откоса осыпи - все больше.
Когда угол откоса становится больше угла, соответствующего порогу устойчивости, осыпь
смещается и движется до тех пор, пока не наступит состояние равновесия.
В зависимости от формы коренного ложа осыпи бывают активные и пассивные, они
могут располагаться рядом на одном и том же склоне. Масштабы осыпей различны в зависимости от высоты склонов и размеров ложа (ложбин и балок).
Осовами называют накопления щебеночного материала из смеси твердых и мягких пород, образующиеся при скатывании со склонов. В отличие от осыпей осовы движутся вследствие насыщения их водой. В отличие от оползней движение осов не носит характера пластического течения.
Лавины представляют собой обрушение снежных масс с горных склонов. Они периодически возникают в местах расположения горных ледников и при большом снегопаде в
зимнее время. Лавины могут увлекать за собой и элементы горных пород.
Гидродинамические процессы делят на суффозийные, эрозийные, селевые и абразионные.
Суффозией называют рыхление породы под действием механического и химического
выветривания частиц движущейся грунтовой водой. Выносу частиц породы особенно подвержены песчаные грунты, содержащие мелкозем, лессы и лессовидные суглинки. Интенсивность выноса зависит от размеров зерен, слагающих породу, и скорости грунтового потока.
Процесс разрушения горных пород на земной поверхности водным потоком при одновременном действии гравитационных сил называют эрозией. Эрозия приводит к образованию долин путем механического размывания горных пород энергией потока, истирания дна
русла водой и твердыми частицами, химического растворения горных пород. Различают эрозию плоскостную, заключающуюся в смывающей деятельности дождевых и талых вод, в со16
четании с гравитационным перемещением на склонах, водоразделах и пр., и эрозию линейную, сосредоточенную в оврагах, долинах и т. д.
Селевые процессы вызваны явлением селевых горных потоков. От эрозионных селевые
процессы отличаются внезапным возникновением в результате выпадения ливней или при
быстром таянии снега на крутых склонах, лишенных растительности и покрытых рыхлыми
элементами горных пород.
Абразией называют механическое разрушение морского берега волнами и течениями, в
результате чего образуются платформы, пляжи, береговые валы, срезанные полосы берега,
носы и т. д. Скорость абразии зависит от геологического строения берега и силы морских
волнений. Абразионные процессы существенны на берегах искусственных водохранилищ,
так как они развиваются (в отличие от морской, озерной абразии) в совершенно новой континентальной обстановке, и поэтому протекают часто интенсивнее.
К аэродинамическим процессам в первую очередь относятся ветровые навевания и развевания. Под действием этих явлений образуются многообразные формы рельефа.
С ветровым навеванием частиц связано образование барханов и дюн. Барханы образуются в пустынях и имеют форму серпа, концы которого загнуты в направлении движения
ветра. Барханы и барханные цепи передвигаются путем перекатывания песка со склона к
подножию. Дюны образуются на побережьях морей и озер и располагаются поперечно к направлению господствующего ветра.
С ветровым выдуванием частиц пород связано образование каменистых пустынь. С
действием ветра связана коррозия скальных пород, вызнанная истиранием и сверлением
мелкими и крупными частицами, переносимыми ветром.
Теплофизические процессы обусловливают многообразные явления: многолетнюю
мерзлоту, наледи, ледяные бугры, термокарстовые воронки, пучины и т. д.
Сейсмические явления связаны с землетрясениями - быстрыми приповерхностными
деформациями горных пород, образующимися на границе земля - воздух, где имеет место
резкий перепад градиента скорости упругих волн. Землетрясения связаны с разрядкой упругих напряжений, соударениями блоков земной коры, тепловыми взрывами в верхней зоне
мантии, провалами пещер, горными обвалами, искусственными взрывами и т. д.
Тектонические явления происходят на больших глубинах земной коры и протекают
медленно. Тектонические разрывы и смещения могут не достигать земной поверхности.
Медленные тектонические процессы практически безопасны для строительства инженерных
сооружений.
Геологическую деятельность человека принято называть техногенезом, а различные
явления, вызываемые им, - техногенными. Техногенные геологические процессы отличаются
от природных большей интенсивностью, более быстрым протеканием во времени, ограниченной площадью своего проявления и разнообразным характером применительно к данной
природной обстановке. Это следствие взаимодействия инженерных сооружений в период их
строительства и эксплуатации с массивом горных пород. Например, заполнение водохранилища может вызвать дополнительную осадку дна, величина которой одного порядка с осадками основания, вызванной действием веса плотины. Это обстоятельство следует учитывать
при проектировании, строительстве и эксплуатации плотин на равнинных реках, особенно
при оценке крена плотины.
17
ГОУ ВПО СГГА
Изыскание и проектирование инженерных сооружений
Лекция 5
Подземные воды и гидрогеологические исследования. Горнопроходческие и буровые работы. Основные геофизические методы при геологических изысканиях. Инженерно-геологические карты и разрезы.
Подземные воды и гидрогеологические исследования. Изучением подземных вод
занимается гидрогеология.
Воды, находящиеся в верхней части земной коры и залегающие ниже поверхности земли, называют подземными. По условиям залегания выделяют следующие типы подземных
вод: почвенные, верховодка, грунтовые, межпластовые, карстовые и трещинные.
Почвенные воды залегают непосредственно у поверхности земли и заполняют пустоты в почве. Характерные свойства почвенных вод - их сезонный характер, резкие колебания
температуры и наличие микроорганизмов и органических веществ.
Верховодка залегает на небольшой глубине (до 1,0—2,0 м) в зоне свободного проникновения воздуха, образуя скопления над линзами водонепроницаемых пород.
Грунтовые воды залегают в виде постоянного водоносного горизонта на первом от
поверхности более или менее выдержанном водонепроницаемом слое. Водоносным горизонтом или водоносным слоем называется толща рыхлых или трещиноватых горных пород,
заполненная гравитационной водой. Водоупором или водоупорным ложем - водонепроницаемая порода, подстилающая водоносный горизонт. Расстояние (глубина) от поверхности
грунтовых вод до водоупора называется мощностью водоносного горизонта. Грунтовые
воды обладают свободной поверхностью, которая называется зеркалом или уровнем грунтовых вод. Грунтовые воды в отличие от верховодки тесно связаны с поверхностными водами (реками, каналами, водохранилищами). Изменение уровня воды в поверхностных водоемах вызывает соответствующее изменение уровней грунтовых вод (рисунок 3). В период
межени (низкий уровень воды) поток грунтовых вод направлен в сторону реки, а в период
паводков происходит подпор грунтовых вод и частичное пополнение их запасов водой открытого водоема.
Рисунок 3 – Подпор грунтовых вод высокими водами реки
Межпластовые воды заключены между водоупорными слоями (пластовыми). Межпластовые воды, находящиеся под напором, называют напорными или артезианскими. Геологические структуры синклинального типа, содержащие один или несколько напорных водоносных горизонтов и занимающие значительные площади, называют артезианскими бассейнами (рисунок 4). В артезианском бассейне выделяют три области: питания а, напора
(распространения) б и разгрузки в. Линия, соединяющая уровень питания напорных вод с
уровнем разгрузки, называется линией пьезометрического уровня АВ. Если в какой-либо
точке в месте залегания напорных вод будет пробурена скважина, то вода поднимется в ней
18
до линии пьезометрического уровня. Следовательно, если линия пьезометрического уровня
проходит выше дневной поверхности, то будет происходить фонтанирование.
Рисунок 4 – Схема артезианского бассейна
Карстовые воды залегают в карстовых пустотах, образовавшихся за счет растворения
и выщелачивания горных пород.
Трещинные воды заполняют трещины горных пород и могут быть как напорными, так
и безнапорными.
Способность воды разрушать металл и бетон различных подземных (подводных) частей сооружений называют агрессивностью. Различают углекислотную и кислородную, выщелачивающую, общекислотную, сульфатную, магнезиальную агрессивности. Оценка агрессивности воды проводится в соответствии с Инструкцией по проектированию, признакам и
нормам агрессивности воды - среды для железобетонных и бетонных конструкций.
В процессе изысканий для строительства сооружений, ведутся так же гидрогеологические исследования и съемка.
Основная задача гидрогеологической съемки составление гидрогеологической карты,
гидрогеологических разрезов и описаний. Съемка ведется маршрутами или площадями. В
ходе съемки на карту наносят и дают описание поверхностных водоемов, рек, родников, мочажин, таких искусственных выработок, как колодцы, шахты. На исследуемых площадках
бурят специальные наблюдательные скважины. Перед сдачей наблюдательных скважин в
эксплуатацию выполняют их планово-высотную геодезическую привязку. Один раз в год
или после каждого повреждения скважины высотную привязку повторяют.
Режим подземных вод изучают путем регистрации изменения уровня, физических
свойств, химического состава воды в скважинах, шурфах или колодцах, а также уровня воды
в открытых водоемах, водотоках и расходов воды источников. Гидрогеологические наблюдения выполняют в течение года и более. Наиболее полную характеристику водоносного горизонта можно получить только из многолетних наблюдений.
На основании режимных наблюдений определяют гидрогеологические параметры водоносных горизонтов, выясняют причины подъема уровней грунтовых вод, корректируют
гидрогеологические прогнозы, устанавливают очередность выполнения и эффективность
мероприятий по борьбе с подтоплением.
Скорость подземного потока обычно измеряют, используя две и более скважин, расположенных на расстоянии 1—20 м друг от друга по направлению движения потока. В одну из
скважин (верхнюю) пускают индикатор (краску или раствор хлористого натрия). В нижней
скважине берут пробу, фиксируя момент, когда в скважине обнаружится максимальная концентрация индикатора. Зная время движения индикатора и расстояние между скважинами,
можно вычислить скорость потока.
В результате режимных стационарных наблюдений и гидрогеологической съемки составляют гидрогеологические карты различных видов, на которых показывают распространение водоносных горизонтов, четвертичных или коренных отложений, водоупорные породы, минерализацию подземных вод.
19
Горнопроходческие и буровые работы.
Горнопроходческие и буровые работы ведутся в порядке осуществления поисковых
работ, т.е. при отыскании наиболее благоприятного места для расположения сооружения и в
ходе разведочных работ, когда нужно дать оценку инженерно-геологических условий выбранного для строительства сооружения участка местности.
Принцип размещения горных выработок, их тип и глубина зависят от поставленной цели инженерно-геологических исследований, от типа сооружения, от стадии проектирования,
от сложности геологического строения участка. Инженерно-геологические выработки часто
размещают на основе геометрической формы сооружения, например, на сооружениях линейного типа - по оси сооружения и по поперечникам к ней; на гидротехнических сооружениях - по системе створов и поперечников, на площадных сооружениях - по правильной равносторонней сетке квадратов или по неоднородной сетке, что зависит от степени однородности геологического строения местности. Расстояния между выработками могут быть существенно различными - от 20 до 200 м.
Когда требуется отобрать большие образцы пород с ненарушенной структурой, провести исследование их свойств и состояния в условиях их естественного залегания, разведку
ведут при помощи таких горных выработок, как закопушки, расчистки, канавы, шурфы,
шахты, штольни и т. д.
Закопушки применяют для вскрытия грунтов, расположенных под небольшим (до 0,6
м) слоем почвы или других перекрывающих отложений. Расчистки применяют для вскрытия
грунтов, расположенных под слоем (до 1,5 м) почвы, делювия или осыпи. Канавы представляют собой горизонтальные открытые горные выработки. Их закладывают обычно по склонам речных долин вкрест простирания слоев. Ширина их по верху составляет 1-2 м, по дну 0,3-0,7 м, глубина - до 3 м. Для крепления стенок глубоких канав применяют горбыли, доски.
Шурфы представляют собой вертикальные горные выработки. Сечение шурфов при
глубине 10 м обычно составляет 1,2—2 м. Крепление шурфов, в зависимости от устойчивости пород и их глубины, бывает распорное, венцовое, забивное. Проходку шурфов выполняют вручную или при помощи машин-шурфокопателей. Шурфы круглого сечения называют дудками. В устойчивых породах дудки иногда проходят до глубины 10 м без крепления. Максимальная глубина шурфов и дудок - 25 м.
Шахты представляют собой вертикальные горные выработки квадратного или прямоугольного сечения с размерами 2X2 м. При большой глубине шахты (до 100 м и более) размеры сечения составляют 2,5Х2,5; 2X3 м.
Штольни представляют собой горизонтальные выработки, устье которых находится на
дневной поверхности склона или обрыва. Поперечное сечение штолен составляет 1,5-2 м.
Способ крепления штолен зависит от устойчивости пород.
Буровые работы производят для определения последовательности залегания слоев пород, их мощности, состава, физико-технических характеристик. Бурение скважин выполняют
по сетке с расстояниями между ними 100, 200 или 500 м в зависимости от сложности геологических условий площадки. Однако целесообразнее закладывать скважины по специальному проекту, учитывающему результаты инженерно-геологической съемки и положение ранее пробуренных скважин.
Применяют два вида бурения: механическое и ручное. Механическое бурение осуществляют колонковыми, ударно-вращательными, шнековыми и вибробуровыми установками.
Колонковое бурение применяют в крепких породах и выполняют при помощи колонковой трубы, к нижнему концу которой привинчивают кольцевую дробовую, алмазную коронку или коронку с зубьями из победита, вольфрама, твердой стали. При вращении колонковой трубы коронка разрушает породу, образуя забой в виде кольца с цилиндром цельной
породы внутри, называемым керном. Колонковое бурение производят с промывкой забоя
скважины водой или глинистым раствором. При этом во избежание разрушения керна применяют двойные колонковые трубы.
Ударно-вращательное механическое бурение используют в мягких породах (песках, галечниках и валунах, плывунах). При этом используют ударное долото, желонку, змеевик,
ложку. Долото применяют для дробления валунов; желонку, имеющую клапан, применяют в
20
водонасыщенных грунтах. Ложку используют в песках, змеевик - в глинах. При ударновращательном бурении извлекают нарушенные породы. Для отбора образцов с ненарушенной структурой используют грунтоносы.
Шнековое бурение относят к вращательным способам. Его используют для бурения в
песчаных и глинистых породах. Ведут его наращиваемой шнековой колонной сплошным
или кольцевым забоем. При шнековом бурении трудно сохранить целостность образца.
Вибробурение применяют в глинах, суглинках, плах, глинистых супесях. Виброзонд в
виде трубы с продольными прорезями внедряют в грунт под действием вибрации и давления. Виброметод позволяет отобрать грунт с ненарушенной структурой.
Механическое бурение выполняют различными установками, самоходные установки
монтируют на автомобилях ЗИЛ-131, ГАЗ-66.
Ручное ударно-вращательное бурение выполняют в местах, где возникают трудности в
доставке и установке механического станка. При ручном бурении для подъема и спуска оборудования применяют треноги. В скальных породах ручное бурение не применяют. По материалам бурения составляют колонки буровых скважин.
Основные геофизические методы при геологических изысканиях. Геофизические
методы достаточно широко используют при инженерно-геологических исследованиях. Они
ускоряют инженерно-геологическую съемку и повышают ее качество, позволяют обнаружить крупные аномалии (пустоты, зоны трещин) строения земной поверхности, выявить
геологическое и гидрологическое строение пород, оценить их пористость, трещиноватость,
водонасыщенность, упругие свойства.
В инженерной геологии нашли применение сейсмические, электрические, магнитные,
гравиметрические, радиационные, термометрические методы.
Сейсморазведку применяют для установления границ между слоями пород до глубины
50 м, выявления зон тектонических нарушений и трещиноватости, определения уровня грунтовых вод. Сейсмические методы основаны на регистрации скорости распространения упругих колебаний, специально возбуждаемых в горных породах с помощью взрывов или ударов.
Скорость распространения упругих волн в грунтах зависит от минерального состава и структуры пород. Разведку выполняют методом отраженных или преломленных волн. Для регистрации волн используют сейсмоприемники, расположенные на сейсмических профилях.
Электроразведочные работы проводят путем выявления особенностей распространения
в грунтах естественных или искусственно создаваемых электромагнитных волн. Так как одним из основных параметров горной породы является ее удельное электрическое сопротивление, то измеряя его можно получить геоэлектрический разрез, имеющий прямую связь с
геологическим разрезом пород.
Естественные электрические поля возникают в грунтах, например, под воздействием
Солнца. Искусственное электрическое поле создают при помощи двух забитых в грунт электродов.
Метод магнитной съемки основан на измерении геомагнитного поля и его элементов, а
также их производных на земной поверхности, в воздухе, в горных выработках. В магниторазведочных работах при помощи магнитометров измеряют относительные изменения напряженности магнитного поля и, в частности, величины изменения его вертикальной составляющей. Наземные магнитные съемки производят по маршрутам или профилям. Маршруты прокладывают по дорогам, просекам, тропам, рекам.
Широко используют при геофизических и геологических изысканиях на больших площадях аэромагнитные измерения.
В инженерно-геологических изысканиях применяют микромагнитную съемку по сеткам размером 10Х10 или 50X50 м, расположенным на характерных участках или равномерно
на изучаемой территории. В пределах каждой сетки измерения производят по квадратам со
сторонами 5X5 м.
Гравиметрическую съемку при инженерных изысканиях применяют сравнительно редко. Эту съемку производят в сочетании с другими методами исследований; она основана на
измерении силы тяжести гравиметрами. По гравиметрическим аномалиям возможно выявить
21
структуру, местоположение пород с аномальными плотностями. Для самых ответственных
инженерных сооружений, например, крупных ускорителей заряженных частиц, гравиметрическую съемку в процессе изысканий выполняют с целью изучения возможного влияния
гравитационных сил на точность установки технологического оборудования.
Влажность грунта можно определить методом нейтронного излучения. В основе метода
лежит эффект замедления атомами водорода воды движения быстрых нейтронов, выпускаемых источником.
Термометрические методы находят применение при изучении физико-геологических
процессов и явлений в районах многолетней мерзлоты. По данным термометрических наблюдений в скважинах и горных выработках устанавливают границы мерзлоты, прогнозируют термокарстовые процессы и т. д.
Наиболее достоверные данные о геологических условиях площадок дает применение
комплекса геофизических методов в сочетании с инженерно-геологическими исследованиями.
Инженерно-геологические карты и разрезы. Важнейшая задача геологических изысканий - геологическое картирование территории (составление инженерно-геологических
карт, геологических разрезов, стратиграфических колонок залегающих в основаниях сооружений пород и др.). Указанные материалы служат основой для принятия решений как при
разработке предпроектной документации (ТЭО, ТЭР), так и на всех стадиях строительного
проектирования.
Как результат проведения различных видов изысканий, в том числе и геодезических,
инженерно-геологические карты представляют собой проекцию геологических структур на
горизонтальную плоскость, взятых по какому-либо горизонту. С помощью системы условных знаков на геологических картах показывают распространение различных пород, условия
их залегания, гидрогеологические характеристики и другие характерные признаки и условия.
Многообразие факторов геологической среды, которые отображаются на карте, и необходимость решения различных по характеру проектных задач предопределяют деление инженерно-геологических карт на общие (карта инженерно-геологических условий) и специальные (оценочные).
На общих картах показывают все важнейшие характеристики, определяющие инженерно-геологические условия: порядок и условия залегания пород в верхней части разреза, их
литологию, горизонты подземных вод, наличие и активность физико-геологических процессов. В зависимости от сложности инженерно-геологических условий составляется одна комплексная карта, содержащая все возможные характеристики, или несколько различных
вспомогательных карт, описывающих один из геологических признаков (например геоморфологическая, геологолитологическая, гидрогеологическая, инженерно-тектоническая и др.).
Детальность в изображении геологических характеристик зависит от масштаба карты. Инженерно-геологические карты, показывающие совокупность геологических условий, называются синтетическими, а изображающие один или несколько признаков или характеристик — аналитическими.
В зависимости от проектной задачи, вида объекта составляются следующие карты:
мелкомасштабные масштаба 1:500 000 и мельче, предназначенные для выявления региональных и зональных геологических условий (обзорные геологические карты);
среднемасштабные масштабов 1:200 000 и 1:100 000;
крупномасштабные масштаба до 1:25 000.
Карты инженерно-геологических условий средних и крупных масштабов составляют,
как правило, по результатам инженерно-геологической съемки.
В особый тип карт можно выделить карты инженерно-геологических прогнозов, показывающие возможное развитие физико-геологических процессов и явлений, изменение показателей и характеристик пород в связи с воздействием техногенных факторов в результате
строительства и эксплуатации инженерных сооружений (подтопление лессовых пород, развитие оползней, переработка берегов водохранилищ и др.). При составлении этих карт ис22
пользуют результаты стационарных геодезических наблюдений, организуемых в зонах распространения оползней, карста и других явлений.
Геологическим разрезом называется проекция горных пород, залегающих на глубине
и на поверхности, на условную вертикальную плоскость, проведенную по линии разреза.
Под разрезом всегда помещается таблица всех условных обозначений, которые имеются на
разрезе. Последовательность знаков в таблице условных обозначений соблюдается строго по
возрастанию - от более молодых пород к более древним. Разрезы имеют важное значение
при общей геологической оценке района строительства, выборе слоев в качестве оснований,
изучении водоносных горизонтов и т. д. Более подробно студентами рассматривается в реферате.
23
ГОУ ВПО СГГА
Изыскание и проектирование инженерных сооружений
Лекция 6
Назначение, состав и основные виды инженерно-геологических изысканий. Инженерно-геологическая рекогносцировка. Состав и содержание работ при крупномасштабной инженерно-геологической съёмке. Цель и задачи инженерно-геологической
разведки.
Назначение, состав и основные виды инженерно-геологических изысканий. Инженерно-геологические изыскания проводят на основе планов капитального строительства. Их
основная задача - обеспечение проекта строительства качественной инженерногеологической информацией.
Объем и содержание инженерно-геологических изысканий зависят от степени геологической изученности района изысканий, стадии проектирования, характера использования
территории для строительства и сложности геологических условий. Изысканиям предшествуют изучение архивных и литературных материалов, рекогносцировочное обследование,
определение слабых грунтов, выходов грунтовых вод, условий строительства на соседних
участках, составление схематических геологических разрезов, записки, характеризующей
природные условия застраиваемой территории, и программы полевых и лабораторных исследований грунтов. Такая программа освещает цель съемки, характер изученности района
изысканий, описаний инженерно-геологических условий этого района, обоснование масштаба съемки, границ ее, методику работ, примерное содержание отчетных материалов, стоимость работ и календарный план их выполнения.
Инженерно-геологические изыскания делят на три периода: подготовительный,
включающий подготовку и оформление задания, сбор и анализ ранее выполненных изысканий, составление программы изысканий; полевой, включающий рекогносцировку территории, инженерно-геологическую съемку, геофизическую разведку, горно-геологические и буровые работы, полевые опытные работы, стационарные наблюдения, лабораторные исследования и др.; камеральный, связанный с составлением отчета, инженерно-геологических разрезов, геоморфологической, геолого-литологической, гидрогеологической и других карт.
В состав инженерно-геологических изысканий входят: 1) сбор и анализ существующих
материалов на район изысканий; 2) инженерно-геологическая рекогносцировка; 3) инженерно-геологическая съемка; 4) инженерно-геологическая разведка.
Сбору и анализу подвергаются картографические материалы, имеющиеся климатологические, гидрогеологические, геологические данные на районы будущих изысканий. Это
позволяет разработать рабочую гипотезу об инженерно-геологических условиях района, определить объем и методы дальнейших исследований. На основании этой работы и технического задания составляют программу изысканий.
Инженерно-геологическую рекогносцировку выполняют с учетом собранных данных
об изученности района. Рекогносцировку производят наиболее квалифицированные инженеры-геологи и строители-проектировщики путем маршрутных наблюдений, применяют также
аэрометоды. При рекогносцировке выявляют участки с неблагоприятными физикогеологическими процессами, проводят уточнение ранее собранных материалов, предварительный прогноз геологической среды под воздействием строительства и т. д. На основании
рекогносцировочных работ планируют последующие инженерно-геологические работы.
Детальность инженерно-геологической съемки зависит от ее масштаба. Масштабы
съемки устанавливают в пределах 1 : 1000-1 : 25 000 в зависимости от стадии проектирования, класса сооружения и сложности геологической обстановки. Инженерно-геологической
съемкой масштабов 1 : 1000—1 :2000 покрывают обычно створы высоких плотин и их береговые примыкания территории под здания гидростанций, водосливные и водосбросные сооружения. Крупномасштабные съемки выполняют также на участках месторождений строительных материалов.
24
Качество инженерно-геологической съемки определяется количеством точек наблюдений на 1 км2 площади. Если естественных обнажений мало или они полностью отсутствуют,
производят вскрытие пород посредством расчисток, канав, шурфов, штолен и буровых скважин.
Плановое и высотное положение точек наблюдений определяют по топографическим
картам и планам, аэроснимкам, по контурам местности, визуально, полуинструментально и
инструментально геодезическими методами.
По данным съемки составляют инженерно-геологические карты, основой для которых
служат топографические карты.
На инженерно-геологических картах указывают границы слоев пород на земной поверхности, характер и глубину залегания слоев, литологический состав пород и их возраст,
линии и зоны тектонических нарушений, условия залегания подземных вод, их режим и водообильность, физико-технические свойства пород и т. д. Объем информации растет с укрупнением масштаба карты. Физико-технические характеристики пород, характеристики
грунтовых вод выносят за рамку карты.
Кроме инженерно-геологических карт составляют большое количество геологических
разрезов, блок-диаграмм, моделей трещиноватости и других документов.
Инженерно-геологическая разведка представляет собой комплекс работ на завершающих этапах инженерно-геологических изысканий, когда окончательно определены местоположение сооружения и его конструктивные особенности.
В комплекс работ при инженерно-геологической разведке входят: - буровые и
горно-проходческие разведочные работы; - определение показателей свойств грунта полевыми и лабораторными методами; - геофизические разведочные работы; - гидрогеологические и другие исследования.
Инженерно-геологическая рекогносцировка. Инженерно-геологическая рекогносцировка - комплексный метод получения информации о геологических условиях строительства. Она выполняется с целью:
 оценки качества накопленной инженерно-геологической информации о районе предполагаемого строительства и уточнения отдельных вопросов, оставшихся нерешенными;
 сравнительной оценки инженерно-геологических условий намеченных вариантов;
 предварительного прогноза изменения геологической (природной) среды, обусловленного взаимодействием с проектируемыми сооружениями.
После получения технического задания на рекогносцировку производятся сбор и
обобщение накопленной информации о районе. На основе этой информации разрабатывается
геологическая гипотеза, и формулируются вопросы, которые должны быть решены в ходе
рекогносцировки. После этого составляют программу работ, содержащую обоснование состава работ и объемов, и смету; выполняют организационно-технические мероприятия,
обеспечивающие проведение рекогносцировки. При обобщении накопленной информации в
случае необходимости проводят дешифрирование аэрокосмофотоматериалов (АКФМ) и составляют предварительную схематическую инженерно-геологическую карту с разрезами.
Состав и содержание работ при крупномасштабной инженерно-геологической
съёмке. Общая задача инженерно-геологической съемки - оценка инженерно-геологических
условий места предполагаемого строительства. Основной итоговый документ съемки - инженерно-геологическая карта, но одновременно с получением карты съемка позволяет более
рационально решить ряд важных проблем, как, например, выбор состава, методики и последовательности проведения разведочных работ, полевых и лабораторных испытаний грунтов
и др.
По степени детальности инженерно-геологические съемки можно разделить на обзорные масштабов 1 : 200 000 и менее, мелкого масштаба 1 : 100 000 - 1 : 50 000, среднего 1 : 25
000 - 1 : 10 000, крупного 1 : 5000 - 1 : 1000. Выбор для съемки того или иного масштаба зависит от типа сооружения, стадии проектирования, сложности и размеров участка съемки.
Геодезическая основа инженерно-геологической съемки - топографическая карта того
же масштаба, что и масштаб съемки или более крупного, или аэросъемочные материалы (фо25
тосхемы, фотопланы). Геологическая основа обзорных и мелкомасштабных инженерногеологических съемок - общегеологическая карта.
Наземная инженерно-геологическая съемка ведется путем проложения маршрутов,
равномерно покрывающих всю изучаемую территорию. Маршруты заранее проектируют по
карте или аэросъемочным материалам, а в ходе полевых работ уточняют.
На каждом маршруте намечают точки наблюдений и съемку ведут последовательно от точки к точке.
Плановое и высотное положение точек наблюдений устанавливают (в зависимости от
масштаба съемки) одним из следующих способов: по картам, топопланам или аэроснимкам по контурам местности, полуинструментально, инструментально - проложением тахеометрических, теодолитных, нивелирных, барометрических ходов к ближайшим пунктам геодезической основы или точкам трассы. Состав наблюдений по маршруту достаточно разнообразен и подвержен некоторым изменениям в зависимости от типа сооружения и стадии проектирования.
Объектами наблюдений по маршруту съемки являются: почвы, растительный покров,
геоморфологические особенности рельефа, естественные обнажения и искусственные выработки, водотоки, водоемы, места выходов подземных вод, участки, подверженные физикогеологическим процессам, существующие инженерные сооружения, месторождения строительных материалов.
В ходе инженерно-геологической съемки производятся геофизические исследования
грунтов, намечаются места закладки геологоразведочных выработок.
Завершающий этап инженерно-геологической съемки - камеральная обработка, в ходе
которой все собранные сведения и материалы сначала наносят на полевую рабочую карту, а
затем после увязки и согласования всех элементов нагрузки составляют окончательную карту.
К картам прилагаются зарисовки и фотографии, разрезы разведочных выработок, геолого-литологические профили, таблицы лабораторных анализов физико-механических
свойств грунтов.
Цель и задачи инженерно-геологической разведки. Основной целью инженерногеологической разведки является получение исходных количественных данных для расчета
оснований и фундаментов сооружений или их среды и для количественного прогноза изменения геологической среды в процессе строительства и эксплуатации сооружений, в частности:
- прогноза возникновения и хода развития инженерно-геологических процессов в сфере
взаимодействия сооружений с геологической средой;
- прогноза развития выявленных физико-геологических процессов;
- прогноза изменения напряженного состояния массива грунтов, его температурного и
водного режимов.
Общие задачи инженерно-геологической разведки сводятся к следующему:
- к изучению геологического разреза оснований или среды сооружений;
- определению физико-механических свойств грунтов оснований или среды, их водного и температурного режимов;
- составлению инженерно-геологической модели оснований или среды сооружений;
- установлению обобщенных значений показателей физико-механических свойств
грунтов в приложении к выделенным инженерно-геологическим элементам (или модели в
целом).
Частные задачи инженерно-геологической разведки определяются в зависимости от назначения проектируемого сооружения, его конструктивных особенностей и режима эксплуатации, сложности инженерно-геологических условий участка строительства и степени их
изученности.
26
ГОУ ВПО СГГА
Изыскание и проектирование инженерных сооружений
Лекция 7
Аэрогеологические методы изысканий. Геодезическое обслуживание горнобуровых и геофизических работ. Причины нарушения устойчивости геодезических пунктов. Выбор место, глубины и способа закладки знаков.
Аэрогеологические методы изысканий. Существенный недостаток наземной инженерно-геологической съемки состоит в медленном темпе производства работ. Для устранения этого недостатка стали применять воздушный транспорт. Весьма часто для обследования районов съемки используют самолеты и вертолеты. Однако при этом используются далеко не все возможности авиации.
Аэрометоды целесообразно использовать лишь при изысканиях больших по площади объектов строительства или на значительных по длине трассах. В последнем случае применять аэрометоды может быть особенно полезно, так как по ходу трассы геологические условия могут существенно меняться. Применение аэрометодов при инженерно-геологических изысканиях основывается на том, что некоторые инженерно-геологические характеристики могут быть получены непосредственно по аэроснимкам, другие же - косвенно,
путем сопоставления с эталонными снимками. В самом деле, такие объекты, как обнаженные
скальные участки, осыпи, заболоченные участки, мари, могут быть легко опознаны на
аэроснимках и оценены с точки зрения строительства сооружения, но в то же время у значительного числа объектов их геологические характеристики оказываются скрытыми и могут
быть обнаружены только по косвенным признакам, например, по характеру рельефа, по
тону и плотности растительного покрова, по геоморфологическим особенностям речных долин и террас, по некоторым данным общей геологической съемки.
Скрытые инженерно-геологические характеристики могут быть установлены только на
основе полевого дешифрирования аэроснимков с привлечением известных методов инженерно-геологических исследований - закладки геологических выработок (скважин, шурфов,
расчисток), использованием геофизических методов исследований и т. п. Для того чтобы
объем этих работ не был очень большим, полевое дешифрирование ведется не сплошное, а
выборочное, т. е. дешифрируют отдельные небольшие ключевые участки, типичные для некоторого района.
Аэрогеологическая съемка должна вестись в сочетании с наземной, не нарушая принятой для последней методики как маршрутных, так и площадных съемок.
Геодезическое обслуживание горнобуровых и геофизических работ. Состав и точность геодезических измерений зависит от вида инженерно-геологических работ и от этапа
проектирования сооружения.
На начальном этапе изысканий и проектирования комплексно и изучают значительный
участок территории проектируемого строительства путем проведения инженерногеологической съемки. Для ее проведения нужно иметь топографическую карту или план в
масштабе, равном масштабу геологической съемки, или крупнее. Поэтому в этот период в
состав геодезических работ входит сбор и систематизация топографических карт и планов,
материалов аэрофотосъемки, а в случае их отсутствия - выполнение топографической съемки территории в требуемом масштабе. Метод выполнения такой съемки зависит от размеров
снимаемой территории, характера местности и экономических соображений.
В процессе инженерно-геологической съемки производят геодезическую привязку объектов геологических наблюдений (выходы горных пород на поверхность; разведочные выработки: канавы, расчистки, шурфы, буровые скважины; карстовые воронки, не отраженные на
планах, и т. д.).
Ошибки нанесения на карту или план обнажений, расчисток, линий технических нарушений не должны превосходить в плановом отношении 1 мм в масштабе карты или плана, а
в высотном - 1/2 принятого сечения рельефа. Плановое и высотное положение точек геоло27
гических наблюдений, в зависимости от масштаба топографического плана и инженерногеологической съемки, а также характера местности, определяют глазомерно относительно
контуров местности или геодезических пунктов, полуинструментально - с применением простых геодезических приборов, инструментально - при помощи линейных и угловых засечек,
путем проложения теодолитных, тахеометрических, нивелирных ходов, ГНСС.
На территориях заводского строительства обычно инженерно-геологическую съемку
выполняют путем бурения скважин. В этом случае геодезическими способами с ошибкой 1-3
м в плане производят предварительную разбивку сетки скважин по предварительному проекту, а затем выполняют привязку фактически выполненных выработок.
По заранее составленному техническому заданию, проекту (в отдельных случаях - при
участии геолога) выполняют геодезическую разбивку положения горно-буровых выработок
под фундаменты зданий, оси линейных сооружений, на геологических профилях и т. д. Разбивку выполняют путем промеров от капитальных зданий и сооружений на застроенной территории или с точек геодезического обоснования полярным способом, способом линейных и
угловых засечек, створно-линейным способом, а также проложением теодолитных и тахеометрических ходов. Средняя квадратическая ошибка выноса в натуру горно-буровых выработок (скважин, шурфов и т. д.) должна обычно составлять 1-2 м в плане. Такая величина
ошибки сравнительно легко достижима указанными геодезическими способами, и в то же
время, она не влияет на точность геологических работ, так как на таких расстояниях геологическое строение грунтов и пород основания практически остается неизменным.
Вынесенные в натуру точки горно-буровых выработок закрепляют на местности кольями со сторожками, на которых указывают номер выработки. После выполнения горнобуровых выработок осуществляют планово-высотную их привязку геодезическими методами. Плановой привязке подлежат точки центров отверстий скважин, точки центров или углы
шурфов и шахт. У расчисток и канав, имеющих протяженность более двух метров, привязке
подлежат оба конца выработки. Средняя квадратическая ошибка плановой привязки выработок не должна превышать 1 м.
Обычно геометрическим и тригонометрическим нивелированием определяют отметку
земли около устья выработки со средней квадратической ошибкой около 5 см относительно
ближайших реперов высотной основы.
Для установления глубины заложения фундаментов, проектирования подвальных помещений зданий очень важно иметь достоверную гидрогеологическую картину площадки. В
этом случае для длительного наблюдения за уровнем и режимом грунтовых вод в скважинах
после бурения оставляют обсадные трубы. Отметки верхов этих труб, от которых производят измерение уровней грунтовых вод, должны быть определены со средней квадратической
ошибкой 1-2 см относительно ближайших реперов. Такая точность обеспечивает возможность изображения на карте гидроизогипс и вычисление уклонов горизонтов подземных вод.
Выбор класса нивелирования для достижения этой точности зависит от конкретных условий
площадки, удаленности исходных реперов и т. д.
По результатам геодезических привязок составляют и передают геологам каталог координат и высот горно-буровых выработок.
Геодезическое обеспечение гравиметрической съемки. Основной задачей геодезических работ при гравиметрической съемке является разбивка точек стояния приборов и определение их координат и отметок относительно исходных пунктов с ошибками от 200 м до 2
м в плане и от 5 м до 0,05 м по высоте.
Геодезическое обеспечение сейсмической и электроразведки. Инструкцией установлено, что средняя квадратическая ошибка привязки пунктов наблюдения (точек взрыва и
сейсмо-приемников) в плановом отношении должна быть 0,8 мм в масштабе отчетной карты,
а по высоте – 2-5 м. М 1:500
Требования к точности определения точек электроразведочных наблюдений относительно исходных геодезических пунктов от 200 м до 4 м в плане, и от 5 до 10 м по высоте.
Геодезическое обеспечение магниторазведки. Геодезическую привязку наземных точек магнитной съемки (точек установки магнитометров) осуществляют простыми методами,
как правило, только в плановом отношении. Высоты точек магнитной разведки определяют
28
лишь по специальному заданию. Ошибка привязки не должна превышать 1—2 мм на отчетной карте.
Причины нарушения устойчивости геодезических пунктов. Выбор место, глубины
и способа закладки знаков. К основным причинам смещения геодезических пунктов можно
отнести экзогенные, эндогенные и техногенные процессы.
Как известно, под экзогенными понимают процессы, связанные с воздействием таких
внешних факторов, как температура и влажность. Эндогенные процессы обусловлены внутренними силами земли и выражены в медленных опусканиях или поднятиях земной коры
или быстрых сейсмических нарушениях. Техногенные процессы обусловлены деятельностью человека.
Наиболее важными, повсеместными, непрерывно происходящими являются экзогенные процессы. Их воздействие на геодезические пункты, заложенные в мягкие грунты, существенно и поэтому должно быть изучено и учтено при закладке пунктов.
Экзогенные процессы изменяют гидротермический режим грунта, что в свою очередь ведет к нарушению устойчивости таких легких конструкций, как геодезические центры и реперы. Наиболее существенно влияет на геодезические центры процесс пучения.
В силу обратимости процесса пучения казалось бы, что после оттаивания грунта центр
должен вернуться в свое первоначальное положение. Однако этого не происходит. При обратном процессе - оттаивании - под основание монолита частично попадает (подтекает)
грунт с боков монолита. В итоге, после того как грунт принимает положительную температуру, монолит не встает на прежнее место. Поскольку этот процесс ежегодно повторяется, то
знак с каждым годом поднимается все выше и выше. В практике геодезических работ были
случаи, когда монолит центра в результате выпучивания оказывался поднятым до поверхности земли.
Процесс пучения геодезических знаков - наиболее распространенный, однако возможно, что в мягких, сильно увлажненных грунтах тяжелые бетонные знаки (пилоны) могут
давать заметную осадку.
Под действием морозного пучения геодезические центры испытывают главным образом вертикальные смещения, однако при этом возможны и плановые сдвиги. Чаще такие
сдвиги являются следствием неравномерной осадки или подъема якоря знака. Неравномерная осадка может быть следствием неодинакового уплотнения грунта под основанием знака
непосредственно после его закладки; неравномерный подъем может произойти от неоднородного пучения разнородных по минеральному составу и степени увлажнения грунтов.
Эндогенные процессы обычно распространяются на значительные территории, вызывают либо медленные, либо резкие (сейсмические) нарушения в положении земной поверхности. Медленные проявления эндогенных сил практически безвредны для инженерных сооружений. Но система геодезических и особенно высотных пунктов, расположенных на активных участках земной поверхности, при этом изменяет свои отметки. И если такие изменения можно считать несущественными для высотной сети низшего класса, используемой
для нужд строительства, то отметки реперов высших классов должны периодически исправляться. Для выявления вертикальных смещений и контроля за устойчивостью реперов I и II
классов рекомендуется через 20—25 лет производить повторное нивелирование. Повторное
нивелирование необходимо после сильных землетрясений, особенно в районах, расположенных вблизи эпицентра.
Техногенные процессы обусловлены инженерной деятельностью человека.
Интенсивные откачки грунтовых и подземных вод, добыча полезных ископаемых,
строительство тоннелей (метро) и тяжелых (высотных) сооружений, сотрясения сооружений
и грунтов от работы машин и механизмов, а также от движения транспорта - вот неполный
перечень причин, приводящих к нарушению устойчивости геодезических пунктов.
Регулярные интенсивные откачки подземных вод, необходимые для водоснабжения населенных мест, особенно больших городов, откачки для понижения уровня подземных вод в
местах (шахтах) добычи полезных ископаемых, ведут к опусканию земной поверхности,
причем область опускания распространяется далеко за пределы города или места разработки.
29
На 5-10 см могут давать осадку здания, расположенные в зоне строительства тоннелей.
Постоянные сотрясения от движущихся автомашин и железнодорожных составов также способствуют осадке реперов. Поэтому ранее распространенная система закладки реперов в устоях железнодорожных мостов, в фундаментах водонапорных башен и станционных зданиях, расположенных вблизи полотна дороги, не может считаться удачной и отвечающей требованиям устойчивости высотных геодезических точек.
При разработке конструкции геодезического центра или репера стремятся сделать его
достаточно простым, дешевым и легким в изготовлении, чтобы он хорошо сопротивлялся
воздействию экзогенных сил и в первую очередь выпучиванию.
Практика и специальные исследования показали, что долговременная устойчивость
геодезических пунктов обеспечивается в случае, если правильно выбраны место и глубина
закладки знака, применена наиболее правильная для конкретных условий конструкция центра (репера) и использована правильная методика закладки.
Пди выборе места установки знака нужно обеспечивать не только выгоднейшие условия прохождения визирного луча, выдерживать в требуемых пределах длины примыкающих
к пункту сторон или условия привязки к реперу, но и обращать внимание на условия оттока
от знака поверхностных вод, на положение уровня грунтовых вод, на минеральный состав
грунта.
При наличии выходов на поверхность скальных грунтов или при близком их расположении к дневной поверхности целесообразно геодезические центры и реперы устанавливать
непосредственно на скале.
В мягких сезоннопромерзающих грунтах выгоднейшими местами для закладки геодезических пунктов являются сухие, возвышенные, задернованные участки, сложенные песчаными или супесчаными грунтами. Пониженные участки рельефа, как правило, создают наибольшие предпосылки для морозного пучения знаков.
В условиях вечномерзлых грунтов наилучшими следует считать участки, где в наименьшей степени нарушается температурный режим грунта. Такими участками являются
места с малой мощностью деятельного слоя, с толстым моховым покровом, имеющие северную экспозицию склона.
При назначении глубины закладки геодезических пунктов в мягких сезоннопромерзающих грунтах обычно руководствуются единственным требованием, чтобы основная часть
знака - его якорь - располагалась в непромерзающем слое грунта. Это исключает воздействие на якорь знака наиболее опасных нормальных пучащих сил. На территориях распространения вечномерзлых грунтов, наоборот, якорь знака должен постоянно находиться в
толще вечно-мерзлого грунта, что гарантирует его устойчивость.
Сведения о максимальной глубине промерзания сезоннопромерзающих грунтов и глубине протаивания вечномерзлых чаще всего можно получить на ближайших к месту работы
метеорологических станциях. При отсутствии такой возможности можно воспользоваться
специальной картой, составленной под руководством М. С. Успенского.
Различают следующие способы закладки грунтовых центров реперов: в котлован, в
буровую скважину, протаиванием, завинчиванием.
Способ закладки центров (реперов) в котлован - один из наиболее распространенных.
Несмотря на то что он имеет ряд недостатков, им продолжают пользоваться до настоящего
времени. Это связано с традиционностью метода, с большой разобщенностью геодезических
пунктов, которая долгое время препятствовала механизации закладки знаков, возможностью
использования его в любых условиях, при наличии простейших средств: лопаты, лома, заступа.
Значительного ускорения процесса закладки центров можно добиться применением
буровых наконечников, например буровой ложки. Наибольший эффект дают самоходные
буровые установки (У1ПБ, УГБ), снабженные колоннами шнековых буров. Его достоинством и считаются простота конструкции, сохранение естественной плотности грунта в стенках скважины, что позволяет использовать знак уже через 1-2 дня, т.е. после схватывания
бетона, знак обладает высокой устойчивостью в плане. К недостаткам можно отнести отсутствие у знаков якоря.
30
Знаки, заложенные в скважину с расширением ее взрывом, отличаются высокой устойчивостью и сопротивляемостью к морозному пучению, закладка их проста и не трудоемка.
Такие знаки особенно целесообразно закладывать на участках с большой глубиной промерзания грунта.
В вечномерзлых грунтах, наряду с закладкой знаков в буровую скважину, может применяться и метод протаивания. При применении этого метода размораживание грунта ведется при помощи специальных паровых установок. Из парового котла пар по шлангу поступает
в паровую иглу (металлическую трубку с отверстиями на конце для выхода пара). Паровая
игла ставится вертикально в месте закладки знака; в нее пускают пар, она разогревает грунт
и медленно погружается в толщу породы. После того как игла достигла требуемой глубины,
ее постепенно с остановками поднимают и этим увеличивают диаметр размороженного участка грунта. За 2 ч можно разморозить столб грунта диаметром 30-40 см на глубину около 3
м.
Трубу знака с полудисками на ее конце погружают в пропаренный грунт завинчиванием. После замерзания разогретого грунта, когда полностью восстанавливается естественный
температурный режим его, знак прочно связывается с массивом замерзшего грунта, и он оказывается весьма устойчивым как по высоте, так и в плане.
Метод протаивания отличается малой трудоемкостью, но применять его предпочтительней в более суровых северных районах, где согретые грунты быстрей возвращаются в
свое естественное замерзшее состояние. К недостаткам метода относятся громоздкость и вес
паровой установки.
Закладка центров и реперов методом завинчивания применяется в торфяных грунтах и
сыпучих песках.
Труба геодезического знака, состоящая из одного целого отрезка и снабженная с нижнего конца спиралью, погружается в грунт вращением. Трубу вращают при помощи закрепляемого на ней замка. Завинчивание знака в торфяном грунте не составляет большого труда,
значительно трудней завернуть якорь знака в минеральный грунт, особенно если этот грунт
обладает большой плотностью. В таком случае, для облегчения завинчивания, можно прибегнуть к предварительному бурению скважины.
Аналогично поступают при закладке знака в сыпучие пески, только в этом случае
якорь знака усиливают заливкой в скважину цементного раствора и погружением в него трубы. При таком способе закладки установка одного знака на глубину 6-8 м требует 2-4 ч работы 4-6 человек.
31
ГОУ ВПО СГГА
Изыскание и проектирование инженерных сооружений
Лекция 8
Инженерно-гидрометеорологические изыскания.
Круговорот и баланс вод Земли. Уравнение водного баланса и коэффициенты стока и испарений. Основные характеристики реки и речного стока. Задачи гидрометеорологической службы России. Виды стационарных станций и постов.
Круговорот и баланс вод Земли. Уравнение водного баланса и коэффициенты стока и испарений. Под действием солнечной радиации с поверхности океанов и морей, занимающих 71 % площади земного шара, испаряется громадное количество воды. Попав в атмосферу, пары воды при определенных условиях конденсируются и в виде осадков (дождя
или снега) выпадают на поверхность океанов, морей и суши. Часть воды, выпавшей на сушу,
по пониженным частям рельефа стекает в реки, образуя так называемый поверхностный
сток. Другая часть осадков просачивается в грунт и, формируя подземный сток с подземными водами, также возвращается в реки. Часть подземного стока расходуется на питание растений. Благодаря такому непрерывному круговороту воды уровень воды в морях и
океанах длительное время сохраняется постоянным.
Выразим водный баланс земного шара уравнением. Обозначим испарения с поверхности океана Zo, испарения с поверхности суши Z0, осадки на поверхность океана Хс, осадки на
поверхность суши Х0, сток воды через реки Y (рисунок 5).
Рисунок 5 – Круговорот воды в природе
Тогда можно записать:
для океана Z0 = Х0 + Y
для суши Zс = Хс – Y
Z0 + Zс = Х0 + Хс
т. е. испарение с поверхности океанов, морей и суши равно сумме осадков на эти же
поверхности, если рассматривать их за длительный период времени.
В атмосфере земли постоянно находится около 12 300 км3 воды; суммарное годовое количество осадков на океан и сушу составляет (Хо + Хс) ~ 519 000 км3. Значительное преобладание осадков над содержанием воды в атмосфере может быть объяснено только тем, что
происходит непрерывный процесс влагообмена (круговорот) между океаном, атмосферой и
сушей. Разделив 519 000 на 12 300, получим 42, т. е. в год вода совершает 42 круговорота, а
один круговорот совершается за 365/42 = 9 сут. Конечно, найденная величина весьма приближенная, так как продолжительность круговорота зависит от удаленности бассейнов от
океана, а часть осадков испаряется и выпадает в виде осадков над самими океанами.
32
На территорию России в среднем за многолетний период выпадает 500 мм осадков в
год, на испарение расходуется около 60%, остальная часть воды стекает в океан через реки
или просачивается в грунт.
Основные характеристики реки и речного стока. Под речной системой понимают
главную реку и сеть притоков. Площадь, с которой вода стекает в данную реку, называют
водосборной, или просто водосбором, и выражают ее в квадратных километрах. Ту часть
грунта, из которой вода поступает в реку, называют бассейном. Площади бассейна и водосбора могут быть различными, но, поскольку подземный сток составляет лишь небольшую
долю поверхностного, принципиального различия между этими понятиями нет.
Размеры и конфигурация бассейна - важная характеристика речной системы, поскольку
они влияют на величину и характер стока. Речным стоком называют общее количество воды, поступающей в реку из разных источников. Конфигурация или форма бассейна определяется его протяженностью, шириной, симметрией, характером нарастания площади бассейна.
Касаясь характеристики самой реки, нужно прежде всего выделить ее основные части
- исток, верховье, среднее течение, низовье. Начало реки называется истоком. Истоком реки
может быть родник, озеро, болото, тающие в горах снег и ледники. Разграничение реки на
три участка (верховье, среднее течение, низовье) несколько условно и имеет смысл лишь для
рек значительного протяжения. Место, где река впадает в море, озеро или другую реку, называют устьем. При впадении в море реки образуют различные по форме устья, например,
дельты, лиманы, губы, фиорды.
Важные характеристики реки - ее длина, падение, уклоны, скорости течения и расходы.
Длину реки чаще всего определяют по карте, посредством малого (1-2 мм) раствора
измерителя. Для этого всю длину реки делят на небольшие участки (между устьями впадающих притоков) и измеряют их в прямом и обратном направлениях, не допуская расхождений между результатами более 2 %. Если река имеет много мелких извилин, не доступных
для измерений на карте, то необходимо среднее значение длины (из прямого и обратного ходов) умножить на коэффициент извилистости к, который определяют на основе сравнения
характера реки на карте и в таблице, составленной Ю. М. Шокальским. За начало счета длины реки (километража) обычно принимают устье, так как эта точка более определенная и
более устойчивая во времени. Для приближенных измерений длин рек можно пользоваться
курвиметром. Сегодня длину реки определить не составляет труда (например, МапИнфо).
Падение h рек на каком-то участке находят как разность отметок Hi и Н2 урезов воды в
начале Н1 и конце Н2 участка
Н2 – Н1 = h
тогда уклон i водной поверхности этого участка реки будет
i = h / L2-1, здесь L2-1- длина участка.
Уклоны рек изменяются в довольно широких пределах; они больше на горных реках и
меньше на равнинных.
Продольный уклон непрерывно изменяется и в пределах одной реки: в верховье он
обычно больше, а по мере продвижения к устью убывает. При изучении продольного профиля реки можно выделить в ней отдельные участки, характеризующиеся сравнительно большими глубинами и спокойным течением - это плёсы и участки с малыми глубинами и более
быстрым течением - перекаты. Уклоны водотоков изменяются во времени, а также при проходе паводков.
Уклоны могут быть найдены по карте, по имеющимся на ней отметкам урезов воды
или, что точнее, непосредственно на местности путем нивелирования урезов воды. Точность
нивелирования зависит от величины уклона реки: чем больше уклон, тем ниже должен быть
класс нивелирования. Обычно для этой цели применяется нивелирование IV или III класса,
иногда II класса.
Наряду с продольным уклоном может быть и поперечный уклон реки, т. е. такой случай, когда уровень воды у одного берега выше, чем у другого. Причин для такого перекоса
водной поверхности несколько: вращение Земли (Кориолисово ускорение), кривизна русла
(центробежная сила), влияние ветра.
33
Знать величину перекоса водной поверхности под действием названных причин для
геодезиста существенно, так как при трассировании линейных сооружений довольно часто
уровнем воды в реке пользуются для передачи отметки с одного берега на другой.
Следующие характеристики реки относятся к ее живому сечению.
Живым, или водным сечением называется площадь, нормально расположенная к направлению течения реки и заполненная текущей водой. Живое сечение характеризуется
площадью W, шириной В, средней глубиной hcp, гидравлическим радиусом R, средней скоростью vcp, расходом Q. Формулы расчетов приведены в работе 2.
Cмоченный периметр (P) - длина ломаной, по которой вода соприкасается с ложем реки; зимой к этой длине нужно прибавить расстояние от берега до берега по нижней кромке
льда.
Для естественных русел равнинных рек величины R и hcp оказываются очень близкими,
так как при сравнительно большой ширине реки имеют небольшую глубину и р = В. Близость значений hcp и R позволяет в ряде формул заменять строгое выражение для R, подсчет
которого более трудоемок, его приближенным значением hcp.
Весьма важная характеристика реки - скорость течения, т. е. путь частицы воды в единицу времени. В живом сечении скорость меняется в зависимости от глубины и ширины реки.
При измерении скоростей течения на разных глубинах одной вертикали обнаруживается, что максимумы скоростей располагаются близ поверхности, по мере приближения ко дну
скорости падают.
Скорость в каждой точке вертикали то возрастает, то уменьшается, т. е. пульсирует
вблизи какого-то среднего значения. В связи с этим различают «мгновенную» и «осредненную» скорость. Явление пульсации должно учитываться при измерении скоростей течения.
Изотахи - линии равных скоростей - показывают, что максимумы скоростей в летний
период располагаются у поверхности, а зимой, в силу дополнительного трения воды о нижнюю кромку льда, максимум несколько смещается вглубь.
Для определения скорости течения существует много различных средств и приборов.
Для определения скорости без измерений пользуются формулой Шези для равномерного
движения открытого потока
Наиболее объемлющей характеристикой живого сечения является расход воды. Расходом воды Q называется количество воды, протекающей через живое сечение W в единицу
времени. Более подробно студенты ознакамливаются самостоятельно в работе 2.
Задачи гидрометеорологической службы России. Виды стационарных станций и
постов.
Датой создания Гидрометслужбы России принято считать 26 (13) апреля 1834 года, когда Указом Императора Николая I, в Санкт-Петербурге при Горном институте была учреждена Нормальная магнитно-метеорологическая обсерватория. Ее учреждение явилось первым шагом к созданию регулярной сети геофизических наблюдений в нашей стране.
Первым руководителем Гидрометеорологической службы был назначен академик А. Я.
Купфер. По его инициативе в 1849 году была создана Главная физическая обсерватория
(ГФО, ныне Главная геофизическая обсерватория), на которую возлагалось «производство
физических наблюдений и испытаний в обширном виде и вообще для исследования России в
физическом отношении». ГФО вплоть до 1929 года до образования Гидрометеорологического комитета при СНК СССР выполняла функции Гидрометеорологической службы России.
Именно ему принадлежала идея организации сети метеорологических станций в России. К
1856 году в России функционировало 13 метеорологических станций, а к 1872 году - количество их возросло в два раза. В дальнейшем число станций неуклонно росло, и в 1914 году
оно превысило 3000.
Купфер заложил основы российской метеорологической службы, создав в 1853 году
систему телеграфных сообщений о погоде. Вслед за тем, он организовал публикацию «Русского метеорологического бюллетеня». Именно А. Я. Купфер дал мощный импульс развитию общеевропейской службе погоды, поспособствовав созданию основы для международного сотрудничества в области метеорологии. Эта основа стала, своего рода, фундаментом,
34
который в конечном итоге, привел к образованию в 1873 году Международной метеорологической организации (ММО) - предшественницы Всемирной метеорологической организации
(ВМО), ныне объединяющей в своих рядах национальные службы около 200 государств.
В разные годы на развитие метеорологии оказали влияние такие светила российской и
мировой науки, как Г. Вильд, Ф. А. Бредихин, Н. Е. Жуковский, А. П. Карпинский, Ф. П.
Литке, Д. И. Менделеев, С. А. Чаплыгин и многие другие. На современном этапе Росгидромет возглавляет А. И. Бедрицкий. Он же одновременно является президентом Всемирной
метеорологической организации.
На этапах 176-летнего пути Гидрометеорологическая служба России решала разные задачи, но неизменно служила делу снижения рисков от экстремальных явлений погоды и гидрометеорологического обеспечения народно-хозяйственной деятельности. В настоящее время Гидрометеорологическая служба России (Росгидромет) представляет собой сложный
многофункциональный организм. В состав Росгидромета входит 24 территориальных управления (УГМС) и 19 научно-исследовательских институтов.
ГИДРОМЕТЕОРОЛОГИЧЕСКАЯ СЛУЖБА – государственная организация, призванная удовлетворять запросы народного хозяйства страны в области метеорологии, климатологии, агрометеорологии, гидрологии и морской гидрометеорологии. В России руководство
гидрометеорологической службой осуществляет Федеральная служба России по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды (Росгидромет). Основными задачами Г.с. являются: 1) изучение гидрометеорологического режима территории России, морей и океанов;
2) обслуживание народного хозяйства и обороны страны гидрометеорологической информацией, прогнозами погоды и гидрологических явлений, сведениями о климате, гидрологическом режиме и агроклиматических условиях; 3) проведение научно-исследовательских работ
в области метеорологии, аэрологии, гидрологии, морской гидрометеорологии; 4) организация и хранение государственного фонда гидрометеорологических материалов; 5) обобщение
и издание материалов наблюдений и научных исследований - ежегодников, справочников,
трудов и т.п.; 6) конструирование и испытание соответствующих приборов и оборудования;
7) подготовка и переподготовка кадров специалистов и пр.
Метеорологические наблюдения ведутся на метеостанциях и постах. По продолжительности работы их разделяют на постоянные и временные. Постоянные обычно находятся
в ведении Госкомгидромета, а временные устраиваются и обслуживаются изыскательскими
организациями.
Состав метеорологических наблюдений на постоянных станциях и постах весьма разнообразен и обширен. Изыскательские организации, используя сведения об общей климатической обстановке, изучают метеоусловия целенаправленного, конкретного характера, т. е. в
основном те, которые будут влиять на выбор конструкции конкретного сооружения, определение его размеров и параметров, а также тех элементов, которые следует учитывать в процессе эксплуатации.
Поскольку отмеченное различие в конечных целях метеонаблюдений в основном состоит в объеме получаемой информации, то при изучении метеорологических условий района будущего строительства прежде всего обращаются к материалам постоянно действующих метеостанций, располагающих результатами длительных наблюдений. Это оправдано
не только экономически, но и по тем соображениям, что определенный режим метеорологических условий охватывает значительные территории и на равнинных участках достаточно
плавно и закономерно меняется. Когда же такая закономерность нарушается, а это чаще всего происходит в горной местности, тогда приходится проводить специальные микроклиматические наблюдения на временно устраиваемых станциях или постах, причем такие
наблюдения должны вестись на всех стадиях проектирования.
Задача этих наблюдений — изучение метеоусловий района как следствие воздействия
на них определенных форм рельефа, больших водных пространств, рек, растительности, характера почв и др.
Общая конечная цель метеорологических изысканий — нахождение оптимального варианта строительной площадки или полосы вдоль трассы для последующего выявления воз35
можных опасных метеорологических процессов и явлений, для разработки мероприятий по
охране водной и воздушной среды.
Состав метеорологических наблюдений несколько меняется в зависимости от вида сооружения. Так, например, при изысканиях дорог, наряду с общими характеристиками климата, необходимо знать число дней в году с переходом температуры воздуха через 0°С, преобладающее направление, силу и скорость ветра, силу порывов ветра, число дней с туманами и
гололедом, повторяемость ливней и гроз. А при изысканиях линий электропередач дополнительно изучают условия налипания снега на провода.
36
ГОУ ВПО СГГА
Изыскания и проектирование инженерных сооружений
Лекция 9
Назначение и состав инженерно-гидрометеорологических изысканий. Полевые
гидрометрические работы. Измерение уровней воды. Промеры глубин.
Назначение и состав инженерно-гидрометеорологических изысканий. Основу инженерно-гидрометеорологических изысканий составляют две самостоятельные дисциплины:
гидрология и метеорология.
Гидрология - комплексная наука; она связана с климатологией, почвоведением, геологией, гидрогеологией, ботаникой и другими науками, но особенно с метеорологией.
Гидрология разделяется на гидрологию суши и гидрологию морей и океанов. Гидрология суши изучает режим водных объектов на поверхности суши, т. е. рек, временных водотоков, озер, водохранилищ и др. Основные элементы, изучаемые в гидрологии суши: режим
уровней и расходов воды, наносов, русловых процессов, определение загрязнения вод и др.
Гидрология морей и океанов - океанология - помимо изучения физических, химических, геологических и биологических процессов в морях и океанах, изучает рельеф дна, приливно-отливные явления, течения, волнения, морфологию берегов, донные осадки, а также
занимается изучением путей использования минеральных и энергетических ресурсов.
Метеорология изучает физические явления и процессы, происходящие в атмосфере.
Объекты метеорологических наблюдений - ветер, осадки (дождь, снег, град, иней, роса),
температура, давление и влажность воздуха, ураганы, грозы и другие экстремальные явления
и процессы.
Гидрологические изыскания необходимы при строительстве многих сооружений, и
особенно при проектировании мостовых переходов и гидротехнических сооружений. Из
большого и разнообразного комплекса гидрологических исследований на долю геодезиста
обычно приходится производство крупномасштабных съемочных и нивелирных работ на
территориях водомерных постов и гидрометрических станций, на створах плотин и участках
переходов через реки, определение водосборных площадей, производство русловых съемок,
устройство водомерных постов и организация наблюдений за уровнями; определение уклонов реки; измерение скоростей течения и направления струй потока. Перечисленные работы
не отличаются какой-либо сложностью, однако сознательное, технически грамотное выполнение их требует от исполнителя знания некоторых теоретических вопросов из курса гидрологии.
Близкими для инженера-геодезиста являются вопросы, связанные с определением некоторых главнейших параметров сооружений, например проектной отметки моста, высоты
плотины и др.
Движущаяся вода обычно перемещает какое-то количество частиц грунта - наносов.
Учет наносов важен при назначении проектных уклонов оросительных и водопроводных каналов, которые в ходе эксплуатации должны обеспечивать неразмываемость и незаиляемость каналов, а также при определении так называемого мертвого объема водохранилища.
В зависимости от степени изученности, вида и класса ответственности проектируемого
сооружения состав работ, входящих в инженерно-гидрометеорологические изыскания, меняется. Он более обширен в условиях малоизученной или полностью не изученной территории
и при проектировании более ответственных сооружений. Обычно в состав работ входят:
сбор и изучение материалов гидрометеорологической изученности; рекогносцировочные обследования водных объектов и площадки строительства для получения первых исходных характеристик для принятия проектных решений; отдельные определения режимных характеристик водного объекта; морфометрические (преимущественно съемочные) работы; наблюдения за режимом водных объектов на специально выбранных (эталонных) участках; комплексные работы по изучению гидрометеорологических процессов, выполняемые по специальным программам; метеорологические наблюдения.
37
Полевые гидрометрические работы. Измерение уровней воды. Работы гидрометрические - комплекс полевых работ на реках, проводимых обычно во время паводков (половодий), связанный с измерением уклонов свободной поверхности потока, глубин, скоростей
течения, расходов воды и наносов.
Наблюдения за уровнями воды в реках и водоемах ведут на водомерных постах (в/п) и
гидрологических станциях. По продолжительности работы различают: постоянные и временные посты, устраиваемые изыскательскими организациями. По устройству водомерные
посты бывают реечные, свайные, смешанные, автоматические (рисунок 6).
Рисунок 6 – Смешанный водомерный пост
Система высот на водомерных постах обычно условная. За начало счета принимают
уровень, расположенный ниже (на 0,5 м) самого низкого для данного места уровня воды;
этот уровень называют нулем графика поста («0» графика). На реечных постах нуль рейки
иногда совмещают с нулем графика. Если такого совмещения нет, то возвышение нуля рейки
над нулем графика называют приводкой к нулю графика поста и эту величину учитывают
при обработке.
На свайных постах измеряют превышения между сваями и всю систему свай нивелированием привязывают к реперу водомерного поста (постоянное начало), а на репер, в свою
очередь, передают отметку от ближайшего репера государственной сети.
К выбору места и устройству водомерного поста предъявляют целый ряд требований.
На территорию поста должен быть составлен топографический план с охватом территории: в
сторону берегов на 1 м выше границы максимального разлива, а по течению реки на 2-5 ширины реки. Съемку ведут на съемочном обосновании. Русло снимают с помощью промеров
глубин. По материалам съемки составляют план в горизонталях и поперечные профили.
Помимо получения чисто гидрологических характеристик водотока или водоема (ежедневных уровней, кривых повторяемости и продолжительности уровней стояния), водомерные посты необходимы при проведении изыскательских работ.
При инженерных изысканиях чаще всего водомерные посты служат для приведения
измеренных в разное время глубин к одному определенному моменту, а следовательно, и к
одному уровню. Напомним, что глубины измеряют от поверхности воды, а ее уровень во
времени не остается постоянным. Поэтому, например, при производстве съемок больших
акваторий и составлении продольных профилей рек устройство водомерного поста безусловно необходимо.
Использование современных приборов в гидрометрических исследованиях подразумевает использование таких приборов, которые бы дали существенный выигрыш во временных
38
и финансовых затратах на производство того или иного вида измерений без ущерба в их
точности.
В последние годы во многих станах мира, а также и в России используются гидростатические датчики уровня воды. Прибор представляет собой датчик давления, соединенный
проводом с аналогово-цифровым преобразователем (АЦП), при необходимости совмещенном с записывающим устройством. Прибор может устанавливаться в колодце, соединенным
с рекой каналом или трубопроводом, как и для самописцев «Валдай» или ГР-38.
Одним из примеров таких приборов является выпускаемы отечественной промышленностью измеритель гидрологический ГМУ-2. Такой прибор состоит из совмещенных датчиков гидростатического давления и температуры воды в погружаемом измерительном модуле,
соединенным проводом с регистрирующим устройством.
Существует также автономная модификация, смонтированные в одном корпусе измерительный модуль и регистрирующее устройство.
Прибор может регистрировать значения уровня воды, температуры даты и времени с
периодичностью от 5 минут до 3-х часов. Запись и хранение данных в энергонезависимую
память в течение 6 месяцев при периодичности измерений 1 раз в 5 минут.
Таким образом, данный прибор в комбинации с автоматическим оптическим регистрирующим устройством (наземная фотокамера или спутниковые снимки) может заменить работу наблюдателя в течение целого года.
Промеры глубин. Назовите самый простой способ измерения глубины?
Промерные работы позволяют определить глубины рек и водоемов, изобразить на плане в горизонталях или изобатах рельеф дна, определить характер и площадь водного сечения
и другие его элементы, выявить происходящие изменения русла (размыв, намыв).
В зависимости от глубины и скорости течения воды при промерах используют различные средства и приборы: при небольших глубинах - рейки; при глубинах 5-8 м - наметки;
при глубинах 7-10 м - лот (рисунок 7).
Рисунок 7 – Простейшие средства для измерения глубины (наметка и лотлинь)
При больших объемах промерных работ целесообразно использовать эхолот. Принцип
работы эхолота основан на определении времени прохождения ультразвука от излучателя на
судне до дна и обратно. Эхолот обеспечивает непрерывный промер по линии движения судна. Запись глубин производится автоматически на специальную электротермическую бумагу. В итоге профиль дна в определенном масштабе изображается в виде сплошной линииэхограммы.
Выпускают эхолоты и с цифровой индикацией измеренных глубин. Точность измерений глубин колеблется в пределах 5-15 см в зависимости от характера дна и глубины.
Плановое положение промерных вертикалей находят при ширине реки менее 70 м по
размеченному и подвешенному над водой, перекинутому с берега на берег тросу, методами
прямой и обратной угловых засечек (с использованием секстанта), ГНСС приемниками.
39
В практике гидрологических изысканий глубины иногда промеряют в зимнее время года - при ледоставе. Такие работы оказываются более трудоемкими и сопряженными с рядом
неудобств (очистка промерных створов от снега, бурение скважин, обмерзание измерительных средств), но они отличаются более высокой точностью определения планового положения промерных вертикалей, способствуют их более равномерному расположению в русле
реки или на акватории водоема. Одновременно полевые работы в зимний период позволяют
более равномерно распределять геодезические и гидрологические работы в течение года,
уменьшают фактор сезонности работ.
При организации постов, особенно в условиях низких устойчивых уровней, используют простейшие устройства. Пост состоит из двух свай, забиваемых в грунт берега и в русле
(недалеко от берега) на глубину 1 -1,3 м. Свая на берегу выполняет функции репера. Ее назначение - контролировать (нивелированием) постоянство высоты сваи в воде, по которой
берут отсчеты с помощью небольшой переносной рейки. Временный репер желательно привязать к ближайшему реперу государственной нивелирной сети.
Глубины на озерах, водохранилищах, прибрежных акваториях морей определяют для
изучения рельефа дна, динамики переформирования берегов, судоходства, строительства
защитных сооружений, оценивания запасов пресной воды, минеральных запасов морей и
возможностей энергетического использования этих зон и т. д.
Измерения глубин на названных акваториях отличаются от работ на реках прежде всего размерами снимаемых площадей, используемыми средствами для промеров и определением планового положения промерных вертикалей. Еще одна особенность озерных водоемов
и водохранилищ - замедленный водообмен, аккумуляция наносов.
Из-за больших объемов промерных работ на озерах и морях приходится использовать
автоматизированные средства, в частности эхолот. Определение планового положения промерных галсов, как правило, осуществляется ГНСС приемниками или геодезическими засечками.
Поскольку уровень воды в озерах, водохранилищах и морях изменяется во времени
вследствие влияния водного баланса водоема (приток-отток), периодически выпадающих
осадков, испарения, фильтрации в дно и берега, стонов и нагонов воды, то при ведении промерных работ, так же как и на реках, необходимо устраивать водомерные посты и вести на
них регулярные наблюдения.
На основе проведенных съемочных работ могут быть подсчитаны площади и объемы
водоемов, озер, водохранилищ. Площади и объемы естественных и искусственных водоемов
позволяют установить запас пресной воды, учитывать потери на испарение, фильтрацию,
поддерживать определенные взаимоотношения (экологическое равновесие) организмов (человека) с окружающей средой.
С обработкой промеров глубин студенты знакомятся при выполнении 2 практической
работы.
40
ГОУ ВПО СГГА
Изыскания и проектирование инженерных сооружений
Лекция 10
Определение скоростей и направлений течения, расходов воды и твердого стока.
Использование аэрометодов при гидрологических изысканиях. Особенности гидрометеорологических изысканий при оценке возможных изменений природной среды.
Определение скоростей и направлений течения, расходов воды и твердого стока.
Скорости течения на реках измеряют для изучения их абсолютных значений и характера изменений, определения расхода воды, нужд судоходства, водоснабжения, для изучения наносов, деформации русла и поймы, лесосплава и др.
Для изучения режима скоростей измерения должны выполняться многократно, в разное время года и при различных уровнях воды в реке. Поэтому измерения проводят на одном
выбранном и закрепленном створе.
Для измерения скоростей течения существует много различных средств и методов.
Рассмотрим два наиболее употребительных: метод поверхностных поплавков и метод гидрометрической вертушки.
Определение скорости поверхностными поплавками часто используется при изысканиях и не только в связи с доступностью используемых средств и простотой методики, но и в
связи с тем, что в ряде случаев этот метод единственно возможен (при ледоходе, лесосплаве).
Поверхностные поплавки изготовляют из подручных материалов: досок, срезов толстых стволов деревьев, частично заполненных водой бутылок. В период ледохода в качестве
поплавков используют плывущие по реке льдины.
Измерения скоростей должны выполняться в безветренную погоду (штиль), т. е. в утренние или вечерние часы.
Для измерения скоростей на берегах реки выше и ниже главного створа Г на равных
расстояниях от него разбивают еще два параллельных створа: верхний В и нижний Н. Створы фиксируют кольями и около них ставят вехи (рисунок 7).
Рисунок 7 – Схема определения скорости поверхностными поплавками
Назначаемое расстояние L между вехами верхнего и нижнего створов зависит от скорости течения реки. В нормативных документах рекомендуется принимать его таким, чтобы
поплавок на самом быстром участке реки проходил его за 30-40 с.
Фиксация момента прохождения поплавка через створ обычно делается визуально по
створу выставленных вех. В таком случае абсолютная ошибка в фиксации времени составит
0,3—0,5 с.
Для фиксации места прохождения поплавка через главный створ на широких реках на
одном из берегов разбивают базис, с одного из концов которого измеряется угол засечки b на
41
движущийся поплавок. На реках шириной менее 50-60 м для этой же цели может быть использован натянутый через реку размеченный трос. Поплавки пускают с лодки на 5-10 м
выше верхнего створа, т. е. с так называемого пускового створа, который обычно на местности не обозначается. В момент, когда поплавок пересекает верхний створ, фиксируют время
(пускают секундомер). При прохождении поплавком главного створа вновь отмечают время,
а местоположение поплавка определяют засечкой с помощью теодолита или мензулы. При
прохождении нижнего створа берут заключительный отсчет; отмечают время до десятых долей секунды (секундомер останавливают). Поскольку скорость речного потока не остается
постоянной во времени, для уточнения результатов после пуска первого поплавка примерно
с того же места пускают еще два, засекают их положение и время прохождения через створы. Повторные пуски уменьшают влияние ошибки фиксации времени при прохождении поплавка через створы. Результаты измерения скорости после пуска трех поплавков считают
удовлетворительными, если расхождения между результатами трех измерений времени не
превышают 10 % от времени хода поплавка между верхним и нижним створами.
Закончив измерения на первой точке, можно перейти на вторую, где пускают новую
группу поплавков. Так последовательно определяют скорости по всей ширине реки.
Ошибка в определении скорости при помощи поверхностных поплавков зависит от величины самой скорости, от характера русла, состояния погоды и по опытным данным составляет около 8—15 %.
Описанный выше метод позволяет определить поверхностные скорости течения. Однако для последующих вычислений или исследований часто требуется знать средние скорости.
Перейти к средним скоростям, которые обычно меньше поверхностных, можно при помощи
переходного коэффициента К, который либо специально определяют для данного места на
реке, либо принимают приближенно равным к = 0,80 - 0,85.
Наиболее распространенным прибором для измерения скоростей речных потоков является гидрометрическая вертушка. Среди многих типов вертушек наиболее распространена
вертушка Н. Е. Жестовского. Типы вертушек различаются габаритами и способами регистрации числа оборотов.
Состоит из лопастного винта, стабилизатора направления и отсчетного устройства.
Принцип измерения скорости вертушкой основан на том, что между скоростью v водного потока и частотой вращения лопастного винта может быть установлена зависимость
вида V=f(n)
где п — число оборотов винта в единицу времени. Эту зависимость устанавливают в
лабораторных условиях и называют градуированием (тарированием) вертушки.
Методика измерения скоростей вертушкой строится так, чтобы при минимальных затратах времени получить оптимальную информацию о распределении скоростей по глубине
потока. Экспериментально доказано, что для летних определений достаточно измерить скорость на пяти глубинах, а зимой - на шести.
Поверхностные скорости течения в реках можно определить, используя аэрометоды.
Теперь можно определить расход воды, который является одной из важнейших характеристик рек в гидрологии. Расход - это количество воды, протекающее через поперечное
сечение реки за одну секунду, он измеряется в м3/с. Чтобы определить расход воды в реке,
надо среднюю скорость течения реки умножить на площадь водного сечения:
Q=V*w,
где Q (м3/с) — расход воды в реке, V (м/с) — средняя скорость потока и w (м2) — площадь
водного сечения русла. Вычисленное значение расхода воды также надо занести в журнал
измерения скорости течения.
Изучение твердого стока включает: определение расхода взвешенных, донных и растворенных наносов, вычисление суммарного стока наносов и определение их механического
состава.
Для определения относительной мутности применяют специальные приборыбатометры. Батометры бывают мгновенного и длительного наполнения. В настоящее время
преимущественно используются батометры длительного наполнения, поскольку они дают
42
возможность получить осредненные значения мутности; в противоположность им батометры
мгновенного наполнения не в состоянии учесть пульсации в относительной мутности, в связи с чем они дают искаженные результаты и потому имеют ограниченное применение.
Среди батометров длительного наполнения наибольшее использование получили батометры-бутылки. Батометр состоит из бутылки, в горловину которой вставлены две трубки:
водозаборная и трубка, отводящая воздух; к бутылке для утяжеления крепятся грузы, а если
батометр опускается на тросе, то к нему укрепляется еще и хвост. Диаметр трубок, вставляемых в бутылку, сменный: он зависит от скорости течения.
Исследования, проведенные с батометрами-бутылками, показали, что они не отличаются высокой точностью, так как какая-то часть наносов обходит входное отверстие водозаборной трубки. Более совершенным прибором для определения мутности является вакуумный батометр, но устройство его значительно сложней.
Методика работы с батометром может быть различной. Чаще это так называемый детальный или суммарный способ.
При детальном способе анализы проб воды берут с тех же глубин, на которых измеряют скорости, и полученные данные анализируют для каждой точки отдельно. Заметим, однако, что какой-то типовой эпюры распределения мутности по глубине и в живом сечении, как
это имеет место с эпюрой скоростей, не существует. Можно построить лишь эпюру, присущую только данному живому сечению и данной вертикали. Среднее значение мутности приближенно считают на глубине 0,5h—0,6h.
При суммарном способе анализы проб воды также берут с разных глубин, чаще на 0,2h
и 0,8h, но сливают воду в одну посуду и в итоге определяют осредненное значение мутности.
Если мутность оказывается менее 20 г/м3, то также поступают с пробами, отобранными в отдельных точках живого сечения, в итоге находят суммарную мутность для всего изучаемого
створа.
Использование аэрометодов при гидрологических изысканиях. Используют такж
при изысканиях для определения скоростей течения и других характеристик потока аэрометоды, которые можно по-разному использовать при гидрологических исследованиях. Имеется, например, успешный опыт производственного применения аэросъемки для определения
поверхностной скорости течения. Эти измерения были организованы следующим образом.
С пускового створа пускали поплавки - круглые щиты диаметром около 2 м, которые
многократно, с интервалом 4-5 мин, фотографировали с самолета одиночными снимками.
Время между моментами фотографирования определяли по показаниям часов, вмонтированных в АФА; пройденный поплавками путь измеряли по специально созданному фотоплану участка реки, на который положение поплавков переносили со снимков. Этим методом можно определять поверхностные скорости с погрешностью 5—10% и одновременно
получить направление течений на значительном по протяжению участке реки.
Недостаток этого способа заключается в необходимости наземной - геодезической
привязки аэроснимков для составления фотоплана.
Особенности гидрометеорологических изысканий при оценке возможных изменений природной среды.
Инженерно-гидрометеорологические изыскания должны обеспечивать комплексное
изучение гидрометеорологических условий территории (района, площадки, участка, трассы)
строительства и прогноз возможных изменений этих условий в результате взаимодействия с
проектируемым объектом с целью получения необходимых и достаточных материалов и
данных для принятия обоснованных проектных решений.
При инженерно-гидрометеорологических изысканиях при необходимости выполняются специальные исследования, обеспечивающие изучение:
микроклиматических условий;
условий рассеивания вредных веществ и загрязнения атмосферного воздуха;
особенностей гидравлического режима участков рек, бьефов гидроузлов и т.д.;
режима русловых и пойменных деформаций рек, переработки берегов озер и водохранилищ, динамики прибрежной зоны морей;
43
водного баланса реки, озера, водохранилища, подтапливаемой (осушаемой) территории
и пр.;
условий формирования стока на эталонных бассейнах и участках рек;
гидрофизических и ледотермических условий водоемов и водотоков;
особенностей гидробиологического и гидрохимического режимов рек, озер, водохранилищ и пр.;
водно-эрозионных процессов.
44
3 группа,
осадочные сцементированные
1 группа,
органогенные
2 группа,
химические осадки
3 группа,
сцементированные
водонестойким цементом
3
4
5
6
7
Кремнистые, конгломераты, песчаники,
кремнистые известняки. Опоки.
Известняки, Ракушечник,
Доломитизированный известняк
Каменная соль, Гипс, Ангидрид
Известковые песчаники, известковые
конгломераты, гипсоносные конгломераты.
Аргиллиты, Алевролиты, Мергелистые, опоковидные глины
Известковый щебень, известковый галечник
3 группа,
текучей консистенции
1 группа,
грубообломочные
2 группа,
пески
1 группа,
грубообломочные,
8
9
10
11
12
13
45
2 группа,
2 группа,
пластичной консистенции
2 категория.
Водонестойкие
(размягчающиеся в воде)
Пески: кварцевые, полевошпатовые, оливиновые
различной крупности
1 группа,
твердой и полутвердой
консистенции
II класс. Глинистые породы
Галечники, щебень, дресва и гравий магматических и метаморфических пород
Различные глины, суглинки и супеси
в разных консистенциях
2 группа,
метаморфические
2
Кварцит, Мрамор, Кремнистые и
слюдистые сланцы.
I класс. Скальные породы
1 категория.
2 категория.
Водостойкие
Водонестойкие
(невыщелачиваю(выщелачивающиеся)
щиеся)
1 категория.
Водостойкие
(слабо размягчающиеся в воде)
1 группа,
магматические
1
Гранит, Базальт, Диабаз, порфирит
Таблица 1 Инженерно-геологическая классификация пород (по проф. Н.Н. Маслову)
III класс. Сыпучие породы
1 категория.
Водостойкие
2 категория
Водонестой
кие.
14
ГОУ ВПО СГГА
Изыскание и проектирование инженерных сооружений
Лекция 11
Назначение и состав инженерно-геодезических изысканий. Технические требования к выбору положения сооружения на местности. Сбор и анализ материалов топографо-геодезической изученности.
Назначение и состав инженерно-геодезических изысканий. Инженерногеодезические изыскания выполняют в соответствии с требованиями нормативных документов Федеральной службы геодезии и картографии России (Роскартография), регламентирующих геодезическую и картографическую деятельность в соответствии с федеральным
законом «О геодезии и картографии».
Они должны обеспечить получение топографо-геодезических материалов для проектирования, строительства или реконструкции предприятий, зданий или сооружений, а также
для выполнения геологических, гидрометеорологических и других видов инженерных изысканий. Так как объектами изучения при проведении инженерно-геодезических изысканий
служат ситуация и рельеф местности, основной результат этих изысканий - получение крупномасштабных карт, других документов (фотопланы, фотосхемы, профили), характеризующих район предполагаемого строительства.
В зависимости от назначения и вида сооружений, площади изучаемого участка и стадии проектирования в состав инженерно-геодезических изысканий входят:
- изучение физико-географических и экономических условий участка;
- сбор и анализ имеющихся топографо-геодезических материалов на район строительства;
- построение или развитие опорных геодезических сетей 3 и 4 классов, геодезической
сети сгущения 1 и 2 разрядов и нивелирной сети II — IV классов;
- создание планово-высотной съемочной геодезической сети;
- топографическая съемка в масштабах 1:10 000—1:500, включая съемку сооружений и подземных коммуникаций;
- трассирование линейных сооружений;
- геодезическое обеспечение инженерно-геологических изысканий, в том числе и при
изучении физико-геологических процессов (оползни, карст, переработка берегов и др.);
- инженерно-гидрографические работы;
- обновление инженерно-топографических планов, отображающих элементы ситуации
и рельефа, а также всю инженерную нагрузку района с указанием необходимых для проектирования характеристик всех зданий и сооружений, включая подземные;
- исполнительная съемка участков для обоснования проектов реконструкции и технического перевооружения предприятий.
В ряде случаев по заданию заказчика на участки застройки может выполняться съемка
масштаба 1:200.
Состав, объем и методика инженерно-геодезических изысканий на объект работ определяется изыскательской организацией и выдается в виде документа, называемого программой работ.
Технические требования к выбору положения сооружения на местности. Каждое
вновь построенное сооружение должно отвечать комплексу экономических и технических
требований, которые должны учитываться при изысканиях сооружения. Такой учет ведется
по линии всех видов изысканий: экономических, геологических, гидрогеологических и геодезических; он заключается в соблюдении определенных нормативов и требований, приводимых в соответствующих инструкциях и указаниях.
В ходе инженерно-геодезических изысканий линейных сооружений в первую очередь
решается вопрос о плановом и высотном положении трассы. В плане трасса должна быть по
46
возможности прямолинейной, так как всякое отклонение от прямолинейности приводит к ее
удлинению и увеличению строительных и эксплуатационных затрат.
В продольном профиле трассы должен обеспечиваться определенный допустимый уклон. В условиях реальной местности одновременное соблюдение требований плана и профиля обычно встречает затруднения, поэтому приходится сознательно идти на искривления
трассы для обхода ситуационных препятствий, участков с большими уклонами рельефа и
неблагоприятными геологическими и гидрогеологическими условиями. Таким образом, план
трассы оказывается состоящим из отдельных прямых участков, которые сопрягаются кривыми.
Важнейший элемент профиля трассы - ее продольный уклон. Выдержать при трассировании заданный продольный уклон, особенно в сложной пересеченной местности, трудно,
приходится не только значительно отступать от прямолинейного следования трассы, но и
сознательно увеличивать длину трассы. Необходимость развития трассы чаще всего возникает в горной и предгорной местности.
Размеры площадочных сооружений подвержены весьма большим колебаниям. Особенно значительны площади, занимаемые городами и большими населенными пунктами. Несколько меньшие размеры имеют промышленные объекты, аэропорты, гидроузлы. Малые
площадки встречаются часто, в том числе на линейных сооружениях, например площадки
подстанций ЛЭП, площадки головных сооружений, насосных и компрессорных станций на
магистральных нефте-и газопроводах, места пересечений сооружений с водными препятствиями, площадки разъездов и станций на железных дорогах, участки добычи строительных
материалов и многие другие площадки, различные по размерам и назначению.
Каждая площадка, предназначаемая для строительства сооружения, должна отвечать
определенным техническим требованиям. Эти требования хотя и присущи определенным
видам инженерных сооружений, все же можно назвать ряд общих положений, справедливых
для большинства сооружений площадочного типа, которыми следует руководствоваться при
выборе участка под строительство сооружения.
Размеры площадки должны соответствовать размерам проектируемого сооружения, с
учетом перспективы его расширения в будущем. Рельеф площадки должен быть таким, чтобы в последующем беспрепятственно, без больших планировочных и дренажных работ, мог
быть осуществлен отвод поверхностных вод. В этом смысле большие уклоны рельефа так же
нежелательны, как и малые.
Территория площадки может быть и открытой, и залесенной. В последнем случае часть
или вся площадь при строительстве освобождается от леса.
Площадка не должна затапливаться водами близрасположенных водотоков в период
прохождения половодья или паводка.
При выборе площадок, (створов) гидроузлов и мостовых переходов главное внимание
обращается на ширину долины реки и свойства грунтов основания. Обычно предпочтение
отдается участкам, где ширина поймы меньше, так как это сокращает размеры сооружения, а
следовательно, и объемы строительных работ. Геологическое строение участка должно гарантировать полную устойчивость сооружения без применения сложных, дорогостоящих
оснований.
При проектировании гидротехнических сооружений кроме высокой прочности грунт
должен обладать малым коэффициентом фильтрации, не иметь нарушений в залегании пластов при определенной их ориентации по отношению к створу плотины.
На участке будущего строительства не должны иметь место физико-геологические
процессы (суффозия, просадочные явления, оползни). Подземные воды не должны быть агрессивными, в противном случае необходимо предусмотреть меры по защите бетона и металла от разрушающего воздействия воды.
Промышленные предприятия и населенные пункты нуждаются в больших количествах
воды, поэтому при выборе места для таких сооружений важно предусмотреть наличие водных источников. Эти объекты в периоды строительства и эксплуатации нуждаются в хороших подъездных дорогах — железных и автомобильных, в снабжении газом, электроэнергией, топливом, водой, в бассейнах для сброса технических и других вод.
47
Вблизи обособленно расположенных промышленных объектов, аэропортов, гидроузлов должен быть участок свободной территории для строительства жилого поселка.
Наличие вблизи площадки карьеров строительных материалов в значительной степени
удешевляет и ускоряет строительство.
Во всех случаях отводимые под строительство площадки должны занимать минимальные площади и по возможности располагаться на участках, мало пригодных для сельскохозяйственных культур.
Сбор и анализ материалов топографо-геодезической изученности. Сбор и изучение
топографо-геодезических материалов на участок будущего строительства или трассу линейного сооружения обычно выполняют на предпроектной стадии (ТЭР, ТЭО) для исключения
дублирования работ на ранее освоенной в геодезическом отношении территории. Так что
при наличии достаточно полных и качественных геодезических материалов прошлых лет
полевые геодезические работы на этой стадии могут не проводиться. В этом случае для учета произошедших на местности изменений в ситуации и рельефе ограничиваются лишь проведением полевых обследований.
Сбор материалов прошлых лет проводят в центральном картгеофонде и территориальных органах Госгеонадзора, проектно-изыскательских и изыскательских организациях.
Сбору и изучению подлежат имеющиеся карты, топопланы, фотопланы, землеустроительные и лесоустроительные планы, материалы прошлых лет, а также сведения по опорным
и съемочным сетям.
Информация о картах и планах должна содержать такие сведения как масштаб, наименование организации, производившей съемку, год выполнения работ, картограмму съемочных работ.
Информация по плановым и высотным сетям включает в себя наименование организации, производившей измерения, год выполнения наблюдений, схемы сетей (триангуляция,
полигонометрия, нивелирование), типы заложенных центров и реперов, конструкцию и материал установленных знаков (пирамид, сигналов), кроки закрепленных пунктов, каталоги
координат и высот.
Информация по материалам изысканий трасс линейных сооружений должна содержать
продольные и поперечные профили, схемы и каталоги координат и высот пунктов съемочных сетей, материалы съемки подземных коммуникаций.
В ходе полевых обследований необходимо убедиться в сохранности центров и реперов
опорной сети, состоянии надземных знаков; проверить степень соответствия ситуации и
рельефа, изображенных на карте, этим же элементам на местности и в случае существенных
отклонений провести необходимые уточнения (досъемку).
По результатам сбора и изучения материалов прошлых лет, по данным полевого обследования составляют пояснительную записку, в которой приводится характеристика степени обеспеченности участка или трассы системой опорных пунктов, картами, планами, материалами аэрофотосъемки, профилями. Результаты изучения собранных материалов должны
быть отражены в программе инженерно-геодезических изысканий, что служит основой к
принятию решения о необходимости или, наоборот, отказе от проведения полевых работ по
полной программе.
48
ГОУ ВПО СГГА
Изыскание и проектирование инженерных сооружений
Лекция 12
Особенности геодезических изысканий. Наблюдения за неблагоприятными процессами площадных сооружений.
Особенности геодезических изысканий линейных сооружений. Проектирование линейных сооружений обычно ведется в две стадии: технический проект, рабочее проектирование. Для каждой стадии проектирования ведутся различные по составу, требованиям и
точности инженерно-геодезические изыскания. Характер изысканий также меняется в зависимости от вида линейного сооружения.
Процесс геодезических изысканий на трассах магистральных дорог несколько более
сложный, чем на других видах линейных сооружений.
Изыскания на стадии технического проекта ведутся по линии всех видов изысканий,
включая экономические. Они должны дать возможность выбрать основной вариант трассы
на местности, сооружений на будущей дороге. Основное содержание геодезических изысканий этого периода сводится к камеральному трассированию и отбору вариантов для полевого обследования, полевому обследованию и выбору вариантов трассы дороги по избранному
направлению, к топографическим съемкам по отдельным участкам трассы (площадок станций, переходов через водные препятствия), к камеральной обработке материалов.
На этой стадии широко используются аэрофототопографические методы составления
маршрутных топографических планов на основе материалов специальной аэрофотосъемки,
выполняемой в масштабах 1 : 12 000 — 1:17 000.
Инженерно-геодезические изыскания для рабочего проектирования ведутся с целью
дальнейшего уточнения и контроля положения будущей дороги. На этой стадии основными
элементами работы являются: вынос камеральной трассы в натуру и ее укладка на местности; поиски местных улучшающих вариантов; съемки пересечений, площадок под здания,
поперечных профилей, месторождений строительных материалов; камеральная обработка.
На стадии рабочего проектирования материалы аэрофотосъемки используются в ограниченном объеме. Окончательно уложенная и закрепленная на местности дорожная трасса
сдается по акту строительной организации.
Состав и содержание изысканий на различных видах линейных сооружений схожи, однако имеются особенности, присущие некоторым видам сооружений. Рассмотрим главнейшие из них.
Магистральные каналы.
В состав магистральных каналов входит целая система гидротехнических сооружений.
Все сооружения этой системы (насосные станции, шлюзы, отстойники, дюкеры), расположенные порой на значительных расстояниях, в рабочем состоянии оказываются связанными
уровнем воды, наполняющей отдельные участки системы. Поэтому при изысканиях такого
рода сооружений предъявляются особые требования к высотной геодезической основе канала.
Каналы обычно проектируют в две стадии, но иногда требуется техникоэкономическое обоснование.
Плановое геодезическое обоснование на трассах каналов создают из расчета обеспечения им не только съемочных работ, но и для последующего переноса проекта па местность.
Последнее обстоятельство вызывает необходимость развития вдоль трассы более точного
(чем на дорогах) планового обоснования. Обоснование создается в виде сетей (ходов) светодальномерной полигонометрии, аналитических сетей, геодезических засечек на уровне точности полигонометрии II разряда.
Высотное и плановое обоснования вдоль оси канала создаются из расчета удовлетворения (по точности и густоте) как съемочных, так и разбивочных работ. Роль высотного обоснования на каналах особенно ответственна.
49
Учитывая малые величины проектируемых уклонов каналов, требуется высокая точность нивелирных работ. Магистральный нивелирный ход, от реперов которого затем рабочими ходами выносят в натуру проектные отметки элементов канала, прокладывают с точностью нивелирования IV, III и даже II классов.
Магистральные трубопроводы.
Магистральные трубопроводы предназначены для транспортировки газа, нефти, нефтепродуктов. В состав магистральных трубопроводов входят: линейные сооружения, т. е.
трубопроводы диаметром от 200 до 1000 мм и более; головные сооружения с системой подводящих трубопроводов, насосные и компрессорные станции.
Изыскания трубопроводов ведутся в две стадии. В состав изысканий входят: экономические, инженерно-геологические, гидрологические, геодезические работы.
Особенности изысканий магистральных трубопроводов в сравнении с дорожными
трассами прежде всего выражаются несколько иной оценкой местности. Если для дорог, например, очень важна характеристика среднего уклона местности, то для трубопроводов этот
показатель далеко не всегда оказывается решающим. Здесь более важен характер грунтов;
желательно, чтобы они были мягкими — легко поддавались машинной разработке, антикоррозийными; в этом смысле прохождение трассы трубопровода по заболоченным и засоленным участкам местности, по участкам с высоким уровнем грунтовых вод — нежелательно,
так как это может привести к ускоренному разрушению труб коррозией или потребует дополнительных мер защиты от коррозии, что удорожает строительство. По той же причине
нежелательно параллельное следование трубопровода линиям электропередач. Опасны для
трубопроводов участки местности, где возможно проявление физико-геологических процессов, особенно оползней, карста.
Разбивку пикетажа ведут без учета поправок за наклон, поскольку трубопровод по всей
трассе закладывают в грунт на примерно одинаковую глубину (1,5-2 м) и продольный профиль его при диаметре труб до 1000 мм в основном повторяет профиль земной поверхности.
По этим же соображениям продольный профиль трассы трубопровода составляют по непосредственно измеренным наклонным расстояниям; план трассы накладывают на основе координат вершин углов поворота, которые вычисляют по горизонтальным проложениям линий. Линию приводят к горизонту или на основе измеряемых углов наклона или по данным
нивелирования пикетажа.
На поворотах трассы радиусы плановых кривых назначают и пределах 250—1000 м,
что в последующем, при строительстве линии, позволяет вести укладку труб преимущественно упругим изгибом; переходные кривые не проектируют. Съемку переходов через постоянные и временные водотоки, съемку пересечений с другими линейными сооружениями
и съемку площадок на трассе трубопровода ведут на съемочном обосновании с привязкой к
магистральному ходу, в масштабе 1 : 500—1 : 2000, с сечением рельефа горизонталями 0,5-1
м.
Линии электропередач.
На территориях промышленных объектов, населенных мест и других объектов передача электроэнергии обычно ведется прокладкой подземных - кабельных линий. При передаче
электрической энергии па большие расстояния используют воздушные линии. В зависимости от напряжения их подразделяют на линии до 35 кВ и линии от 35 до 500 кВ.
Изыскания трасс воздушных пиний до 35 кВ обычно выполняются в одну стадию для
обоснования технорабочего проекта. Изыскания ЛЭП более 35 кВ ведутся в две стадии: для
технического проекта и для рабочих чертежей. Экономические изыскания на ЛЭП обычно
отсутствуют.
Технические изыскания производятся в несколько сокращенном объеме, иногда с менее высокой точностью, но по линии всех основных видов: инженерно-геодезических, инженерно-геологических, гидрологических и метеорологических. В задачу метеорологических
изысканий входит получение климатических данных на районы прохождения ЛЭП и в
частности изучение колебаний температуры воздуха, ветров, осадков, снежного покрова,
промерзания грунтов, грозовых явлений, условий обледенения проводов.
50
Изыскания ЛЭП для стадии технического проекта включают: выбор наиболее экономичного направления трассы, согласования и съемки площадок и пересечений.
В состав полевых трассировочных работ входят:
1) сбор и изучение картографических и аэрофотосъемочных материалов и нанесение на карту первого приближенного варианта трассы с учетом существующих и строительства будущих объектов;
2) камеральное трассирование;
3) полевое обследование и согласование трассы, выбор и съемка ремонтномеханизированных станций, линейных пунктов, переходов через железные и автомобильные
дороги, реки, водоемы;
4) инструментальное трассирование на некоторых участках;
5) камеральная обработка.
Для камерального трассирования желательно иметь карты масштаба 1 ; 50 000—1 : 100
000. Аэрофотосъемочные материалы, безусловно, необходимы для трасс, прокладываемых в
горных, залесенных, заболоченных районах.
Характеризуя в целом комплекс геодезических работ на изысканиях ЛЭП, можно отметить, что он не отличается большой сложностью; наиболее сложная часть изысканий - обеспечение на всем пути следования трассы габарита приближений.
Линии связи.
К линиям связи относят: междугородные, внутрирайонные и городские телефонные линии, сети радиофикации, радиорелейные линии. Линии связи могут быть кабельными и воздушными.
Изыскания ведут преимущественно в одну стадию, по всем видам инженерных изысканий, включая экономические и метеорологические.
Состав геодезических изысканий включает: камеральное трассирование с выявлением
конкурирующих вариантов, полевое визуальное обследование вариантов трассы и площадок
под линейные сооружения, съемки переходов и пересечений, укладка трассы на местности с
поиском местных улучшений и полуинструментальная съемка полосы вдоль трассы и площадок под сооружения. В ходе полевого трассирования основное внимание уделяется строгому соблюдению норм на габариты приближения. На это главное требование приходится
обращать особое внимание по той причине, что линии связи, как правило, прокладывают
вдоль существующих железных и автомобильных дорог, в зоне которых сосредоточивается
большое число других линейных сооружений и встречается много пересечений.
Особенности геодезических изысканий площадных сооружений.
Площадные сооружения по назначению и занимаемой территории отличаются разнообразием, сказывающимся на составе и объеме инженерно-технических изысканий.
Состав изысканий на небольших по размерам площадках сравнительно прост и затрагивает только основные виды изысканий, например: топографические, геологические, гидрологические. На больших, ответственных площадных объектах изыскания ведут по многим
направлениям. Например, при строительстве городов и больших промышленных комплексов ведут изыскания:
1) инженерно-геологические и гидрогеологические;
2) топографо-геодезические;
3) гидрологические, климатологические, почвенно-геоботаниче-ские и санитарногигиенические;
4) для земельно-хозяйственного устройства, озеленения и вертикальной планировки
территории;
5) по инженерным сетям, транспорту, поискам строительных материалов;
6) для составления проекта организации строительства.
Проектирование площадных сооружений, как правило, ведут в две стадии, а на крупных и сложных сооружениях и предприятиях с проработкой технико-экономического обоснования (ТЭО).
Топографо-геодезические работы на стадии технического проекта включают:
51
1) сбор и изучение топографо-геодезических и аэрофотосъемоч-ных материалов, составление картограмм покрытия съемками изучаемой территории;
2) создание планового и высотного обоснования крупномасштабных топографических
съемок;
3) съемки и составление планов в масштабах 1 : 5000—1 : 2000;
4) съемки существующих подземных инженерных сетей;
5) топографо-геодезические работы по обслуживанию других видов изысканий
(разбивке и привязка геологических выработок, привязка гидрологических точек, съемка
карьеров строительных материалов и др.).
На стадии рабочего проектирования производят дополнительное сгущение планововысотного геодезического обоснования и съемки в масштабах 1 : 1000—1 : 500.
Наблюдения за неблагоприятными процессами площадных сооружений.
К неблагоприятным процессам относят оползни, карсты и размывы берегов.
Проведение наблюдений на оползневых склонах обеспечивает решение следующих
двух основных задач: изучение механизма и динамики оползневого процесса и обеспечение
безопасности эксплуатации народнохозяйственных объектов. Исходя из характера поставленных задач, наблюдения на склоне рассматривают с точки зрения статики и с точки зрения
динамики, в соответствии с этим их делят на геостатические и геодинамические. По результатам геостатических наблюдений получают первичную информацию о склоне в виде топографических, геоморфологических и других планов и карт, которые с течением времени обновляются и корректируются с учетом происшедших изменений на склоне. Геодинамические наблюдения позволяют получить геометрические параметры смещений на оползневом
склоне. Основное требование, предъявляемое к ним, - максимальная точность, а это требует
в каждом конкретном случае индивидуального подхода, как к выбору методики геодезических наблюдений, которые являются основными источниками информации о ходе оползневого процесса, так и к технологии их выполнения. Значительное место в повышении мобильности и точности геодезических наблюдений занимает создание специальной аппаратуры, вспомогательных устройств и приспособлений. В настоящее время разрабатывается в
основном практическая часть проведения наблюдений, теоретические исследования поставлены не достаточно широко.
На современном уровне теоретического оползневедения любой реальный оползень
можно считать познанным, понятым, изученным лишь в том случае, если он представлен в
виде объемной кинематической модели определенного строения. Любые рекомендации по
противооползневым мероприятиям, разработанные без создания и анализа подобных кинематических моделей на фоне моделей геологической среды, будут умозрительными, не
вполне надежными и рациональными. Именно этими болезнями бывают чаще поражены
многие проекты противооползневых мероприятий. От полноты и надежности информации,
полученной в результате геодезических наблюдений, во многом зависят точность и детальность выводов о механизме и динамике оползневых процессов.
Пространственно-временные характеристики оползневых процессов особенно полно
должны учитываться при проектировании, строительстве и эксплуатации сложных инженерных сооружений:
1. Крупных железнодорожных магистралей и автомобильных дорог.
2. Тепловых и атомных станций.
3. Крупных нефте- и газопроводов.
4. Сооружения башенного типа, предназначенные для обеспечения устойчивой теле- и
радиосвязи.
5. Современных силосов и элеваторов агропромышленного комплекса.
6. Сельскохозяйственных земель на оползневых склонах горных районов.
7. Зданий и сооружений повышенной этажности.
Особенно острой проблемой в настоящее время является прогноз оползневых процессов. Она не может быть решена без детального и длительного мониторинга оползней.
52
ГОУ ВПО СГГА
Изыскание и проектирование инженерных сооружений
Лекция 13
Русловые съёмки и плановое координирование промеров глубин и скоростей. Определение уклона водной поверхности и нивелирование для составления продольного
профиля реки. Применение аэрометодов при геодезических изысканиях.
Русловые съёмки и плановое координирование промеров глубин и скоростей. На
участки водомерных постов и гидрометрических створов полагается иметь топографические
планы. Планы составляют (в зависимости от размеров территории) в масштабах 1 : 1000, 1 :
2000 или 1 : 5000. На тех постах, где ведутся наблюдения только за уровнем воды, такие
съемки обычно выполняют полуинструментально. На гидрометрических створах съемку ведут инструментально с точек созданного планового и высотного обоснования.
Размеры площади, подлежащей съемке, определяют таким образом: вдоль по течению две-три ширины реки (русла), в сторону берегов - до границы, превышающей наивысший
уровень разлива воды на 1 м. Поскольку снимаемая площадь в большинстве случаев оказывается менее 250 га, рабочей основой такой съемки являются тахеометрические ходы. Если
площадь съемки более 250 га, то при создании обоснования необходимо использовать полигонометрию II разряда или аналитические сети и нивелирование IV класса.
Основной метод съемки ситуации и рельефа берегов - тахеометрическая съемка или
съемка спутниковыми методами. При значительных площадях русловой съемки (на крупных
реках) целесообразно использовать материалы аэрофотосъемки.
Правила ведения крупномасштабных съемок изложены в соответствующих курсах геодезии и инструкциях. Поэтому рассмотрим лишь вопрос о русловых съемках, выполняемых
не только для гидрологических целей, но и при изысканиях гидротехнических сооружений и
переходов через реки.
До начала съемок на участке создают съемочное обоснование в виде тахеометрических
ходов (магистраль). Создаваемое обоснование должно обслуживать и съемки берегов, и
съемки русловой части.
На реках небольшой ширины магистраль должна располагаться вблизи одного из берегов. Если ширина реки превышает 150 м, то и на другом берегу должен быть проложен тахеометрический ход, и оба эти хода должны быть взаимно увязаны, т. е. образовывать единую систему (полигон).
После завершения всех измерений производят плановую и высотную увязку ходов и
вычисляют координаты и высоты всех точек.
При съемке используется метод поперечников, косых галсов или метод продольников.
Поперечники на местности располагаются на расстоянии 20, 25, 50 м, в зависимости от
ширины реки, масштаба съемки и характера дна. Положение промерных вертикалей на поперечнике определяют с вершин тахеометрического хода прямой угловой засечкой или по
тросу.
На реках с быстрым течением, когда удерживать лодку с мерщиком глубин на поперечнике затруднительно, применяют метод, косых галсов или продольников.
В методе косых галсов лодка или промерный катер также движется по створу, обозначенному вехами, но он располагается под углом к направлению течения реки. Плановое положение промерных вертикалей определяют прямой угловой засечкой.
Если производятся съемки больших акваторий, то для промеров глубин целесообразно
использовать небольшой катер, на котором установлен эхолот, а плановые определения положения катера вести спутниковыми методами.
Обработка данных промера сводится к нанесению на заранее составленный план участка реки характерных точек профиля дна с показом их отметок или глубин и к последующему изображению дна в горизонталях или изобатах - линиях равных глубин.
53
Если материалы съемки предназначены для проектирования сооружения, которое частично находится в воде, а частично расположено на берегах, то рельеф дна изображают в горизонталях; для целей судоходства на планах показывают изобаты.
Исходные точки профиля наносят на план по данным геодезических измерений; характерные точки дна переносят на план при помощи специальных стадиометрических сеток,
представляющих собой систему концентрических окружностей с центрами в местах расположения отражающих станций.
В зависимости от способа определения планового положения промерных точек различают следующие виды промеров:
с инструментальными засечками (с засечками приборами);
с применением спутниковых технологий;
с применением тахеометров.
Определение уклона водной поверхности и нивелирование для составления продольного профиля реки. Понятие уклона использовалось ранее, когда рассматривалось
трассирование дороги. Естественно, что уклоны водной поверхности рек существенно меньше, чем на дорогах. Обычно в верхнем течении реки уклоны больше, в среднем течении
меньше, а в низовьях - наименьшие. Но на каждом из названных участков можно выделить
еще и местные изменения уклонов - это участки плесов, перекатов, порогов, водопадов.
Знание уклонов рек важно при решении многих гидрологических задач, но оно особенно необходимо при проектировании на реках сооружений.
Уклон реки должен определяться для оси потока (стрежня) или для линии наибольших
глубин (оси фарватера), однако на практике это требование соблюдается не всегда.
Для определения уклона на участке реки небольшого протяжения (1-2 км) достаточно
по одному из берегов вблизи урезов воды проложить теодолитный ход. Около углов поворота хода забить в уровень с водой колья, а затем нивелированием определить превышения
(падения) между соседними урезными кольями. По известному расстоянию между углами
поворота и падению можно вычислить уклон на каждом участке и уклон всего участка.
Более сложной с геодезической точки зрения и более комплексной является задача по
составлению продольного профиля всей реки, где, кроме уклонов, должны быть показаны и
многие другие элементы.
Продольный профиль реки необходим для решения разнообразных инженерных задач,
в частности водоснабжения, улучшения условий судоходства, расчета кривой подпора,
строительства гидротехнических тоннелей, разработки схемы использования реки. Схема
использования реки позволяет решить задачу о максимальном использовании потенциальной энергии реки и, в частности, составить проект размещения (каскад) гидроэлектростанций на реке, определить напор и мощность станций и решить многие другие технические и
экономические проблемы.
Сложность составления продольного профиля всей реки состоит в том, что его основной элемент - поверхность воды - изменяет свое положение во времени. Профиль же должен
быть составлен на один определенный момент. Чаще всего таким моментом избирают период межени, когда наблюдаются наиболее устойчивые во времени уровни (такие уровни называют бытовыми).
Основные работы по составлению продольного профиля реки: 1) разделение реки на
участки; 2) устройство водомерных постов; 3) создание высотной основы; 4) фиксация уровней; 5) приложение рабочих нивелирных ходов; 6) определение планового положения точек
однодневной связи уровней (ТОС); 7) обработка материалов и составление профиля.
Протяженность отдельных участков, на которые разделяется река, колеблется в пределах 30-70 км. На границах участков должны находиться водомерные посты. Это или вновь
устраиваемые временные посты или имеющиеся постоянные посты Гидрометеослужбы.
Наблюдения на постах начинают не менее чем за неделю до начала работ. В зависимости от степени устойчивости уровня в реке фиксацию уровня на постах ведут 2-3 раза в день,
а при быстрых изменениях уровня чаще - через 1-2 ч.
54
Высотным обоснованием при составлении продольного профиля служит прокладываемый по коренному берегу магистральный нивелирный ход. Если ширина реки более 500 м,
магистральные ходы прокладывают по обоим берегам. При достаточной по плотности и точности государственной сети и совпадающих по направлению ходах магистральный ход можно не прокладывать. Постоянные реперы по трассе магистрального хода должны располагаться через 5 - 6 км, а временные - через 2 - 3 км.
Фиксация уровней воды в реке проводится с помощью двух-трех надежно забитых на
расстоянии 5-10 м в уровень с водой кольев - точек однодневной связи уровней (ТОС). К установке ТОС предъявляется следующее требование: они должны быть установлены на данном участке в течение одного дня и за это время уровень не должен измениться более чем на
1 см. Именно это требование и используемое транспортное средство (моторный катер, автомашина, вертолет) определяют длину участков, на которые разбивают реку.
Обработка наблюдений включает: 1) обработку результатов измерения глубин; 2) вычисление отметок рабочего и срезочного уровней, уклонов; 3) составление продольного
профиля реки.
Особенно важный элемент обработки — приведение рабочих уровней к срезочному.
На основании приведенных вычислений и других данных составляется продольный
профиль реки. Число показываемых на нем элементов может меняться. Это зависит от решаемых по профилю проектных задач. Перечислим основные характеристики профиля: расстояния, падения, уклоны, отметки водной поверхности на определенную дату, отметки дна
реки по динамической оси или оси фарватера, отметки максимального уровня, километраж.
Помимо этого, на профилях приводят сведения об инженерных объектах: мостах, промышленных предприятиях, населенных пунктах, попадающих в зону воздействия будущего водохранилища; показывают реперы высотной основы, водомерные посты, знаки речной обстановки и др. Все эти сведения получают с топографических карт и карты реки (лоции).
Горизонтальный масштаб профиля выбирают с учетом удобств решения практических
задач, необходимой полноты сведений, удобочитаемости профиля.
Горизонтальный масштаб профиля может быть от 1:500 000 до 1:10 000. Некоторое
влияние на выбор горизонтального масштаба оказывает желание детальней отобразить характер дна реки, что требует использования более крупного масштаба.
Вертикальный масштаб для равнинных рек чаще всего принимается равным 1:100, а
для горных - мельче.
Применение аэрометодов при геодезических изысканиях.
Аэрометоды используют:
1. В изысканиях для составления технико-экономического обоснования
- камеральное трассирование и полевое обследование.
2. В изысканиях для составления технического проекта
- камеральное трассирование и полевое обследование.
3. Трассирование по стереомодели позволяет получить подробный профиль трассы и
план без предварительного составления топографических планов.
4. Крупномасштабные топографические съемки
- основной метод съемок в масштабах 1:5000, 1:2000 в настоящее время – метод,
основанный на использовании материалов аэрофотосъемки. Тахеометрическая
съемка преимущественно применяют для съемки небольших участков и в масштабе
1:1000 и 1:500, когда применение аэрофотосъемки экономически не оправдано.
55
ГОУ ВПО СГГА
Изыскание и проектирование инженерных сооружений
Лекция 14
Проектирование инженерных сооружений. Состав основных проектных документов. Принципы разработки проектов производства геодезических работ. Технология и
организация проектных работ. Методы проектирования. САПР.
Проектирование инженерных сооружений. Состав основных проектных документов. Строительство, расширение, реконструкция или техническое перевооружение предприятий, зданий, сооружений и других объектов могут осуществляться лишь при наличии утвержденного проекта, разработанного на основе материалов инженерных изысканий.
Проект - это комплексное инженерное, архитектурно-конструктивное, объемнопланировочное и технологическое решение, учитывающее конкретные условия эксплуатации и обеспечивающее нормальное функционирование объектов строительства в соответствии с их назначением.
Изыскания и проектирование - это по существу первый этап строительства, на котором
предопределяются качественные характеристики будущего сооружения: его функциональное назначение, эксплуатационные качества, долговечность, художественная выразительность и др.
Проектирование для строительства - сложный творческий процесс. В нем участвуют
различные специалисты (геодезисты, геологи, гидрологи, метеорологи, строители, архитекторы, конструкторы, технологи, экономисты и др.).
Проектированию принадлежит ведущая роль в деле обеспечения эффективного использования капитальных вложений, выделяемых на развитие всех отраслей производственного и
непроизводственного назначения.
По мере совершенствования производства и преобразования социально-экономической
структуры общества возрастают требования, предъявляемые к проектированию и строительству, к их способности эффективно обеспечивать реализацию комплексных программ развития производительных сил. Именно на стадии изысканий и проектирования предопределяется судьба будущего производства (сооружения, здания), его размещение, технологические и объемно-планировочные решения, ход строительства. При разработке проектносметной документации определяются такие важные показатели строительства, как его стоимость, трудоемкость и сроки возведения объектов, решается важнейшая проблема современности - охрана окружающей среды.
Главной задачей проектирования является внедрение таких решений, которые к моменту ввода сооружения в действие обеспечивали бы опережающий уровень техникоэкономических показателей, достигнутых в данной отрасли народного хозяйства и в зарубежной практике.
Порядок разработки проектно-сметной документации в одну стадию - рабочий проект или в две стадии - проект и рабочая документация - устанавливается в техникоэкономическом обосновании (ТЭО), в котором также определяется и очередность строительства.
Независимо от стадии проектирования весь комплекс проектной документации обычно
подразделяют на три части: технологическую, строительную и технико-экономическую.
В состав проекта (рабочего проекта) на новое строительство, расширение и реконструкцию действующих предприятий и сооружений или их очередей входят следующие разделы:
- общая пояснительная записка, включающая характеристики объекта и его состав;
принципиальные решения по организации производства, труда и управления, необходимые
объемы материально-технического обеспечения, основные решения и показатели по генеральному плану, инженерным сетям и коммуникациям; данные по природоохранным мероприятиям;
56
- генеральный план и транспорт, содержащий характеристики района и площадки
строительства, в том числе и топографические; частные решения и показатели по генеральному плану, размещению транспорта, инженерных сетей и коммуникаций. В этом разделе в
качестве основных составляют следующие чертежи: ситуационный план размещения предприятия, здания или сооружения (для линейных сооружений - план и профиль трассы); генеральный план с полной нагрузкой и показом существующих проектируемых и реконструируемых объектов и коммуникаций и план земляных масс (при значительных площадях, подлежащих вертикальной планировке). Ситуационный план обычно составляют в более мелком масштабе, чем генеральный;
- технологические решения включают в себя характеристики и обоснования по технологии производства и содержат следующие основные чертежи: схемы технологических процессов, грузопотоков, трасс и коммуникаций, чертежи компоновки или планировки отдельных сооружений;
- строительные решения обосновывают архитектурно-строительную компоновку объекта. Данный раздел содержит планы, разрезы и фасады зданий и сооружений, планы и профили трасс внешних и внутренних инженерных сетей и транспортных коммуникаций;
- организация строительства выполняется в форме отдельного документа - проекта организации строительства (ПОС), основное целевое назначение которого - обоснование методов производства строительно-монтажных и специальных работ.
В состав проекта (рабочего проекта) также включаются разделы по охране окружающей природной среды, жилищно-гражданскому строительству, сметная документация и паспорт проекта (рабочего проекта).
Рабочая документация как завершающий этап двухстадийного проектирования включает:
- рабочие чертежи, разрабатываемые в соответствии с действующими стандартами;
- сметную документацию;
- ведомости объемов строительных и монтажных работ;
- ведомости и сводки потребности в материалах, спецификации на оборудование;
- проектную документацию на строительство, основным в которой является проект
производства работ (ППР), определяющий последовательность и технологию выполнения
строительных процессов.
ПОС и ППР - исходные документы, используемые при проектировании и организации
инженерно-геодезических работ. Основой для разработки проектов организации работ служат технико-экономические обоснования, материалы инженерных изысканий, сроки строительства, все решения по конструктивным и технологическим схемам, сведения об условиях
материально-технического обеспечения. ПОС разрабатывают на полный объем строительства: его состав и содержание могут изменяться с учетом сложности строительства объекта.
Так, например, в ПОС для сложных объектов могут быть включены указания о проведении
испытаний и режимных наблюдений (сейсмометрических, гидрогеологических, геохимических, геодезических — например, наблюдений за деформациями земной поверхности) для
обеспечения качества и надежности возводимых конструкций, указания об особенностях построения геодезической разбивочной основы и методах геодезического контроля в процессе
строительства.
Проект производства работ может быть разработан как на строительство здания или
сооружения в целом, так и на возведение их отдельных частей или на выполнение отдельных
технически сложных работ. Исходные данные для ППР содержатся в ПОС и рабочей документации. При составлении ППР необходимо учитывать условия и сроки поставки конструкций, материалов и оборудования, возможность использования строительных машин и
транспорта, обеспеченность кадрами.
В ППР указывают мероприятия, обеспечивающие требуемую точность установки, пространственную неизменяемость конструкций в процессе монтажа. В связи с этим требованием в ППР включают решения по производству геодезических работ, приводят схемы размещения знаков, указания о необходимой точности и средствах геодезического контроля выполнения строительно-монтажных работ, а также разрабатывают программы необходимых
57
испытаний и режимных наблюдений, в том числе наблюдений за деформациями строящихся
сооружений.
Так как геодезические работы служат составной частью процесса строительства, их
проектирование ведется параллельно с разработкой общей документации и характеризуется
комплексностью и стадийностью.
Для крупных объектов со сложными объемно-планировочными решениями, уникальным технологическим оборудованием, которое необходимо установить с высокой точностью
или возводимых в особо сложных геологических и природных условиях в составе ПОС может быть предусмотрена разработка специального раздела «Организация геодезического
обеспечения строительства», включающего вопросы организации геодезических работ при
создании опорной сети, выносе на местность осей и точек, контроле строительно-монтажных
работ и материально-технического обеспечения.
Проектирование геодезического обеспечения возведения сложных объектов осуществляется разработкой в составе ППР геодезической части или подготовкой самостоятельного
документа — проекта производства геодезических работ (ППГР).
Принципы разработки проектов производства геодезических работ. Проект производства геодезических работ, как правило, разрабатывает генеральная подрядная организация или специализированная проектная организация.
ППГР - основной документ, определяющий содержание, объем, методы, точность, сроки и стоимость геодезических работ при возведении здания. Основанием для разработки
ППГР служит техническое задание, утвержденное заказчиком. Оно содержит:
наименование и местоположение объекта, его характеристики и назначение;
виды геодезических работ, подлежащих включению в ППГР, и особые требования к их
точности;
перечень представляемых в составе ППГР материалов (графики, расчеты и др.);
исходные данные (координаты и высоты, привязочные элементы).
Содержание ППГР согласовывается с ПОС и ППР. В качестве исходных материалов
используют материалы инженерно-геодезических изысканий, проектные и строительные генеральные планы, рабочие чертежи в виде планов, разрезов, профилей коммуникаций, технические решения по организации строительства, в том числе календарные и сетевые графики работ.
ППГР разрабатывают на несколько периодов строительства объекта: подготовительный, возведения объекта, наблюдения за деформациями. ППГР обычно состоит из пояснительной записки и комплекта графических документов. В пояснительной записке приводят:
исходные данные и основные положения проекта;
обоснования точности геодезических работ на всех этапах;
методику и точность построения геодезической основы строительной площадки;
методику геодезических работ при возведении подземной и надземной частей сооружения, монтаже конструкций и технологического оборудования;
технологию производства исполнительных съемок и составления исполнительной документации;
методику геодезических наблюдений за деформациями сооружения и положением оборудования в период эксплуатации.
Несмотря на то, что точность построения внешней и внутренней разбивочных сетей установлена СНиПом, из-за многообразия строительных решений, конструктивных особенностей возводимых объектов предрасчет и обоснование точности создания этих сетей являются
наиболее важными задачами при разработке ППГР, так как именно создание сетей необходимой точности обеспечивает соблюдение пространственных геометрических параметров
зданий и сооружений.
Разработанную методику геодезических работ иллюстрируют чертежами и рисунками,
в частности:
схемами плановых и высотных сетей, чертежами геодезических знаков и центров;
схемами зон видимости с учетом их возможных изменений;
схемами производства разбивочных и контрольно-измерительных работ.
58
В этой части ППГР приводят сводные графики потребности в кадрах, заявочные ведомости на приборы, материалы и оборудование, сетевые графики производства работ.
В смете на производство геодезических работ дают обоснование расценок, норм времени, трудовых затрат и сводную таблицу стоимости работ.
Состав ППГР может изменяться в зависимости от вида сооружения и этапа строительства. Структурно ППГР соответствует последовательности строительных работ и процессов
на строительной площадке: вынос и закрепление осей, разбивка котлована, геодезическое
обеспечение вол-ведения «нулевого цикла», передача осей на монтажные горизонты, разбивочные работы на монтажных горизонтах и т. д.
ППГР согласовывают с геодезической службой строительно-монтажной организации и
утверждают руководители организации-исполнителя и заказчик проекта.
Технология и организация проектных работ. Проектные организации при разработке проектов предприятий, зданий и сооружений должны использовать достижения науки,
техники и передового опыта, что позволяет вводить в действие технически современные
объекты с высокой эффективностью капитальных вложений за счет внедрения высокопроизводительного оборудования, широкого использования ресурсосберегающей технологии,
комплексной механизации и автоматизации, совершенствования объемно-планировочных и
конструктивных решений, применения типовых конструкций и проектов.
Стадийность разработки проектно-сметной документации следует устанавливать исходя из необходимости детализации и уточнения основных технических решений. При разработке проектов на сложные объекты их составление ведется в нескольких вариантах на конкурсной основе. В проектах предприятий необходимо предусматривать опережающее строительство жилых домов и других объектов социально-бытового назначения.
Среди организаций, разрабатывающих отдельные части проекта, для координации деятельности может быть выделена ведущая - генеральный проектировщик.
Как проектные, так и изыскательские работы выполняют на основании договоров, заключенных заказчиками с проектными организациями - генеральными проектировщиками.
Задачей проектных организаций является не только разработка различных проектных документов перспективного и текущего характера, но и обеспечение авторского надзора в период
строительства.
Исходным документом для выполнения проектных работ служит задание на проектирование, создаваемое заказчиком проекта при участии генерального проектировщика на основании утвержденного технико-экономического обоснования. Состав задания на проектирование устанавливают с учетом специфики отрасли народного хозяйства с обязательным
выделением основных технико-экономических показателей будущего объекта, указанием
стадийности проектирования, сроков начала и окончания строительных работ, особых условий строительства.
Заказчик проекта раздел проектно-сметной документации «Организация строительства» согласовывает с генеральной подрядной строительно-монтажной организацией и при
необходимости дорабатывает его.
Немного истории. Плановая экономика, существовавшая в СССР, с точки зрения
управления проектами кажется ущербной, но на самом деле принесла опыт, который, наверное, еще подлежит осмыслению и анализу в будущем. Колоссальные проекты общенационального масштаба и проекты более мелкие разными средствами были реализованы достаточно успешно. Часто более успешно, чем предпринимавшиеся в других странах.
В проектном комплексе отрасли «Строительство» России в русле общих тенденций
был выбран путь создания крупных проектных организаций, проводящих государственную
политику и способных реализовать намеченные планы. Здесь есть свои плюсы и минусы. Но
в итоге были созданы условия для концентрации информации, материальной базы, профессиональных кадров, их подготовки, повышения квалификации и переобучения.
Была государственная поддержка направления, получившего название «АСУ-проект»,
ориентированного на автоматизацию управления сложнейшей сферой деятельности - проектирование объектов строительства. Эта отрасль осуществляет связь науки с производством.
Именно через проекты реализуются все инновации. К сожалению, в результате перестройки,
59
общего упадка в инвестиционно-строительной сфере проектные организации России оказались настолько в сложном положении, что из-за отсутствия заказов сократили численность в
среднем по стране в 4 раза. Дополнительно налицо тенденция их разукрупнения. Если в 1990
г. в СССР существовало около 1800 проектных институтов с численностью работающих более 800 тыс.человек, то на сегодняшний день в России имеется более 10 тысяч организаций,
имеющих лицензию на проектирование объектов строительства, с общей численностью порядка 240 тыс. работающих. В этих условиях автоматизация управления проектами стала
маловостребованной. Казалось бы, очевидная идея перехода к управлению проектами по методологии, принятой в большинстве стран и носящей имя «Управление проектами», в силу
ряда причин у нас так и осталась нереализованной (хотя попытки были). Несмотря на рекомендации специалистов, практически все проектные организации России сохранили свою
структуру - функциональную, либо матричную. В итоге сохранилась с малыми изменениями
и практика многопроектного управления.
Многопроектное управление и соответствующие ему структуры имеют свои достоинства и недостатки. Однако, в целом, это достаточно эффективная организация, позволяющая
сосредоточить специалистов, оперативную информацию, архивы, материальную базу. Поэтому она так и живуча.
Исключение составляют мелкие частные предприятия. Они не имеют собственной материальной, информационной, кадровой базы. На каждый полученный заказ набирают, чаще
нелегально, исполнителей по индивидуальным соглашениям из крупных проектных организаций. При этом с их стороны не производятся затраты на подготовку этих работников,
обеспечение их всей необходимой для проектирования инфраструктурой, применяются методы теневой экономики и недобросовестной конкуренции. В целом число таких организаций постепенно сокращается.
В ряде солидных проектных институтов были предприняты попытки перехода к организации проектного производства по методологии близкой к принципам управления проектами (УП). Это было в конце 1980-х — начале 1990-х годов. Внедрялась идея создания временных творческих коллективов (ВТК). Смысл её близок к идеологии УП. Назначается
главный инженер проекта — ГИП (или главный архитектор проекта — ГАП в зависимости
от специфики объекта), который набирает бригаду исполнителей по всем частям проекта из
любого подразделения института и даже за его пределами. Этот подход в условиях России
не дал успеха (также отдельная тема для обсуждения причин).
Организационные структуры проектных организаций России до удивления различны.
Несмотря на плановую экономику и кажущуюся очевидность технологии проектирования
(архитектурно-строительная часть, технология, конструктивные решения, теплоснабжение и
т.д.), каждый институт уникален. Зависит многое от традиций, а главное имеющихся лидеров. Проектировщики по своему предназначению - каждый в определённом смысле лидер
(люди из круга его общения - высокого ранга), но они с пониманием группируются вокруг
более сильного лидера - руководителя (интересно, что в России сейчас многие отказываются
от должности руководителя, предпочитая исполнительские функции). Технология в итоге
зависит от распределения обязанностей между конкретными работниками.
С некоторыми ограничениями можно констатировать, что проектные организации России пришли к трём видам структур.
Функциональная - проектировщики объединяются в подразделения по специальностям:
архитекторы, конструкторы, теплотехники и т.д. до сметчиков. При этом ГИПы (ГАПы) сосредоточены в отдельном подразделении - бюро ГИПов. Эта структура наиболее удобна для
создания ВТК и внедрения технологий УЛ.
Комплексная - проектировщики объединяются в комплексные отделы (мастерские), которые выпускают проект практически полностью (используя непроизводственные подразделения - технический отдел, отдел оформления и т.д.). При этом ГИПы (ГАПы) обычно - в
составе мастерской и чаще всего возглавляют архитектурно-строительные бригады (постоянного состава).
Смешанная структура - проектировщики в основном сосредоточены по мастерским, но
выделяются некоторые подразделения по функциональному принципу (чаще всего сметчики
60
или технологи), либо по ориентации на специфические виды объектов (газовые котельные и
т.п.).
К 1 и 3 типам в основном тяготеют специализированные и промышленные проектные
институты, ко 2 - жилищно-гражданского направления (всё-таки определённая специализация до сих пор сохранена, хотя в условиях дефицита заказов стали проектировать всё). Каждая из структур опять же имеет свои плюсы и минусы с точки зрения управления, поэтому
автор не наблюдает явного превалирования ни одной из них в проектном комплексе России.
Сейчас в условиях роста заказов на проектирование наблюдается оживление интереса к
программным системам автоматизации управления проектными организациями. При этом
практически всегда преобладает принцип управления именно в целом организацией и её
подразделениями, а управление проектами является его подмножеством - такова сила традиций.
В этом плане представляют интерес результаты работы множества специалистов
СССР, выполненных в 1970 - 1990 гг. Эти разработки оказались, как правило, неопубликованными, существовали в виде отчётов по НИР и ОКР. Их авторы в большинстве эмигрировали в другие страны (это очень талантливые люди) и занимаются другой работой, а в России перешли в иные сферы деятельности. Утеря результатов их труда станет общим ущербом.
При всём многообразии программных систем заметное признание и распространение
получили лишь несколько, другие оказались слишком жёстко ориентированы на структуру,
технологию, документооборот одной конкретной организации, либо наоборот, были системами общего применения и не учитывали специфику проектного производства (программы
сетевого планирования, классические методы оптимизации и т.п.).
Проектирование объектов строительства - существенно творческий процесс и трудно
поддаётся регламентации. Дополнительно велико влияние внешних возмущающих факторов.
Поэтому чёткое выполнение намеченных планов требует от руководителей проектов и проектных организаций уделять повышенное внимание контролю исполнения плана проекта и
прилагать немало усилий для выполнения процедур регулирования, т.е. корректирующих
действий по обеспечению исполнения проекта в заданные сроки.
В России функции контроля выполняются по трём направлениям: руководителем проекта (ГИПом), руководством проектной фирмы и подразделений. Функции регулирования
выполняют руководители фирмы и её подразделений. Организация этих процессов заметно
отличается в различных фирмах. Но практически всегда (кроме мелких организаций) имеется диспетчер, у которого сосредотачивается вся оперативная информация о ходе работ. При
появлении сбоев и нештатных ситуаций диспетчер анализирует состояние дел, при необходимости собирает дополнительную информацию, готовит предварительные предложения
руководству для принятия решения. На основе решения определяются процедуры регулирования хода проекта, их исполнители. Все они берутся на контроль диспетчером и руководителем проекта.
Методы проектирования. САПР. Известны несколько методов проектирования: графический, модельно-макетный, модельно-графический, макетно-графический, с использованием ПК.
Графический метод проектирования. Метод основан на условном изображении пространства и объектов на плоскости по законам начертательной геометрии. Весь аналитический процесс изучения задач проектирования, творческий процесс поисков идей будущего
сооружения, детальная техническая проработка для передачи на строительство сопровождается графическим изложением мыслей, образов, сравнений, технических решений и
деталей с помощью эскизов и чертежей. Графический метод проектирования очень распространен. Он стал международным языком в проектной деятельности. Его по праву следует
считать основным. Даже если применять другие методы проектирования, нельзя обойтись
без графических изображений.
Модельно-макетный метод проектирования. В основе метода лежит компоновка объемов, объемных моделей и элементов сооружений в пространстве, т. е. объемнопространственное моделирование предприятия, зданий, среды. Наиболее успешно метод
61
применяют при проектировании генеральных планов предприятий, городской и поселковой
застройки. При этом макетирование сооружений производится на объемной модели местности, отображающей ее топографические особенности. Имея набор унифицированных модельных элементов, можно за короткий срок рассмотреть большое число возможных компоновок зданий и сооружений и отобрать наиболее приемлемую. Метод применяется также
при проектировании технологической части промышленных предприятий, насыщенных оборудованием и коммуникациями.
Макетно-графический метод проектирования. Этот комплексный метод наиболее
полно отвечает существу творческого процесса проектирования предприятий и застроек населенных пунктов. Метод состоит в рациональном сочетании художественно-графического
мастерства и творческого композиционного мышления с масштабным пространственным
моделированием объемов и элементов зданий и сооружений, а также их комплексов на макетах местности. Метод быстро развивается и совершенствуется. В отечественной и зарубежной практике модельно-макетный и макетно-графические методы успешно развиваются в
виде фото- и кииопроектирования. Применение фото- и киноприборов открывает перед проектировщиками и архитекторами широкие возможности изучения создаваемых моделей зданий и целых предприятий из различных точек обозрения путем имитации движения человека
в пространстве будущего объекта. При этом уменьшается вероятность композиционных
ошибок, которые возникают при переходе от проекта к натуре.
Метод проектирования с использованием ПК. Все вышеперечисленные методы успешно используются при использовании ПК.
Система автоматизированного проектирования - автоматизированная система, реализующая информационную технологию выполнения функций проектирования, представляет
собой организационно-техническую систему, предназначенную для автоматизации процесса
проектирования, состоящую из персонала и комплекса технических, программных и других
средств автоматизации его деятельности. Так же для обозначения подобных систем широко
используется аббревиатура САПР. В рамках жизненного цикла промышленных изделий,
САПР решает задачи автоматизации работ на стадиях проектирования и подготовки производства.
Основная цель создания САПР - повышение эффективности труда инженеров, включая:
- сокращения трудоёмкости проектирования и планирования;
- сокращения сроков проектирования;
- сокращения себестоимости проектирования и изготовления, уменьшение затрат
на эксплуатацию;
- повышения качества и технико-экономического уровня результатов проектирования;
- сокращения затрат на натурное моделирование и испытания.
Достижение этих целей обеспечивается путем:
- автоматизации оформления документации;
- информационной поддержки и автоматизации процесса принятия решений;
- использования технологий параллельного проектирования;
- унификации проектных решений и процессов проектирования;
- повторного использования проектных решений, данных и наработок;
- стратегического проектирования;
- замены натурных испытаний и макетирования математическим моделированием;
- повышения качества управления проектированием;
- применения методов вариантного проектирования и оптимизации.
62
ГОУ ВПО СГГА
Изыскание и проектирование инженерных сооружений
Лекция 15
Особенности инженерно-геодезических и топографических изысканий для проектирования различных видов сооружений.
Изыскания сооружений транспорта и линий связи. Изыскания при проектировании гидротехнических сооружений. Изыскания промышленных сооружений, жилых и
административных зданий. Изыскания при проектировании прецизионных сооружений. Изыскания объектов лесоустройства.
Изыскания сооружений транспорта и линий связи. Изыскания большинства магистральных линейных сооружений специфичны и всегда рассматриваются в технической литературе.
Проектирование магистральных трасс значительного протяжения обычно выполняют в
две стадии (проект и рабочая документация). Проектирование трасс относительно небольшой протяженности можно выполнять в одну стадию (рабочий проект).
Одним из основных видов работ является трассирование, под которым понимают целый комплекс инженерно-геодезических работ по изысканию трассы. Причем различают
трассирование по высотным параметрам и по азимутальным.
Особенности изысканий железных дорог. Железные дороги относят к наиболее сложным линейным объектам. Инженерно-геодезические изыскания железных дорог являются
наиболее трудоемкими и разнообразными по составу. Изыскания, проводимые для других
видов линейных сооружений, включают лишь элементы инженерных изысканий для железных дорог.
В процессе изысканий железных дорог выполняют камеральное и полевое трассирование, съемку площадок для станций и разъездов. Площадки под станции и разъезды, а также
крупные парки путей размещают на прямых горизонтальных участках, и лишь в трудных условиях - на участках с уклоном, не превышающим 2,5%, и на кривых с радиусом кривизны
не менее 1000 м для магистральных дорог и 600 м - для линий местного значения.
Отличительной особенностью трасс железнодорожных путей является наличие переходных кривых, предназначенных для обеспечения плавного перехода с прямого участка пути на круговую кривую и обратно. Разбивку переходных кривых выполняют преимущественно в период предпостроечных изысканий.
Особое внимание уделяют съемке территорий мостовых переходов и геодезическому
обеспечению гидрометрических работ и инженерно-геологических изысканий в этом районе.
На стадии проекта выполняют топографические съемки в масштабе 1 :5000 для средних рек
шириной до 500 м в меженный период, для больших рек - в масштабе 1 :10 000. Протяженность съемки вдоль реки вверх по течению от оси предполагаемого моста должна быть равна
полуторной величине максимальной ширины разлива реки, вниз по течению - ширине разлива, а по берегам - до отметки, превышающей на 1-2 м уровень высоких вод. Для съемки
районов переходов больших рек с успехом может быть применена аэрофотосъемка. Для разработки рабочей документации топографическую съемку районов переходов выполняют в
масштабах 1:500-1:2000.
Особенности изысканий автомобильных дорог. Увеличение скорости движения автотранспортных средств ведет к увеличению требований к конструктивным элементам автодорог. Это в свою очередь обусловливает требования к повышению качества изысканий.
Проектируемые автомобильные дороги призваны обеспечить видимость на возможно
большие расстояния, удобства и безопасность движения автотранспорта, устойчивость дорожных сооружений в процессе эксплуатации, наименьшую стоимость и сроки строительства. Это обусловливает необходимость выбора наиболее прямолинейных трасс, наилучшим
образом вписывающихся в рельеф местности, обеспечения незначительных уклонов автодорог, учета изменчивости инженерно-геологического строения.
63
В равнинных районах при изыскании и проектировании трасс особое внимание должно
быть уделено обеспечению отвода поверхностных вод от земляного полотна и защиту от замачивания грунтовыми водами. При проложении трассы по спокойному рельефу задача сводится к обходу препятствий и объектов местности. Необходимо иметь в виду, что на извилистой трассе снижается расстояние видимости и скорость движения, осложняются условия
обгона и разъезда, повышается возможность аварий.
В процессе изысканий трасс в пересеченной и холмистой местности необходимо соблюдать допустимые уклоны, вписывать трассу в рельеф, огибая крупные формы и пересекая локальные неровности, учитывать особенности зрительного восприятия трассы водителем.
Трасса должна обеспечивать постепенное развертывание видимости участков дороги в
пределах 400-700 м. Выпуклые переломы сильно уменьшают видимость. Опасно совпадение
выпуклого перелома с кривой в плане. Поэтому необходимо, чтобы горизонтальная кривая
начиналась раньше выпуклой кривой, что обеспечивается введением длинных переходных
кривых – клотоиды.
При трассировании вдоль речной долины целесообразно проектировать трассу на первой незатопляемой террасе. В горной местности автодороги целесообразно трассировать
вдоль речных долин. Связь долин осуществляют по одной из седловин хребта с наименьшей
отметкой и удобными подходами с устойчивыми склонами и меньшей крутизной. Предусматривают устройство выемок, тоннелей.
При трассировании изыскатель обязан предусматривать все возможные варианты устройства полотна. На склонах в вынужденных, поворотах самым распространенным является
устройство серпантин и размещение дороги в несколько ярусов. На косогорных трассах серпантины часто проектируют также для обхода оврагов, ущелий и других препятствий. Серпантины разрешено устраивать на автодорогах III-V категорий.
При проектировании и трассировании автодорог на пучинистых мерзлотных грунтах
необходимо учитывать сезонные поправки в отметки точек трассы. Поправки получают в
процессе изысканий, например, из повторного нивелирования, выполненного во второй половине лета на ключевых участках местности.
Особенности изысканий магистральных трубопроводов. Изыскание и проектирование
магистральных трубопроводов выполняют согласно СНиП П-45-75.
Проектирование крупных магистральных трубопроводов (в большинстве случаев нефтегазопроводов) ведут обычно в две стадии: проект и рабочая документация. Этим стадиям проектирования предшествует разработка генеральной схемы. Проектирование трубопроводов малой протяженности (нефтегазопроводов, нефтепродуктопроводов, водопроводов
местного значения) выполняют в одну стадию - рабочий проект.
Проектирование и изыскание различных трубопроводов (материалопроводов, фекальной, промышленной, ливневой канализации, теплофикации и т. д.) на территориях городов,
поселков, промышленных площадок проводятся в комплексе с проектированием и изысканием других объектов строительства на данной территории.
Составлению генеральной схемы предшествуют проблемные экономические и инженерно-технические
изыскания.
Инженерно-технические
изыскания
(инженерногеодезические, инженерно-геологические и инженерно-гидрометеорологические) ведутся на
основе сбора, изучения и обработки материалов прошлых лет и выборочной наземной визуальной рекогносцировки. При составлении генеральной схемы выбирают генеральное направление трассы на картах масштабов 1:500 000— 1:1 000 000.
На стадии проекта проводят комплекс работ по камеральному трассированию, полевому и аэровизуальному обследованию, топографическим и аэрофотосъемкам, инженерногеологическим и гидрологическим изысканиям. При этом необходимо учитывать, что для
трубопроводов (в большинстве случаев - напорных) соблюдение определенных уклонов не
обязательно. Гораздо более важно учитывать такие факторы, как механические свойства
грунтов, их антикоррозийность, заболоченность или засоленность участков местности, положение уровней грунтовых вод, карстовые явления, оползни и др.
64
Не рекомендуют проектировать трубопроводы параллельно линиям электропередач.
Направление трасс желательно выбирать вблизи дорог, обеспечивающих строительство
трубопровода и его эксплуатацию.
Обязательному обходу подлежат населенные пункты, аэродромы, промышленные
предприятия, разработки полезных ископаемых, труднопроходимые болота, железнодорожные станции и другие объекты.
Для уменьшения объемов строительных работ пересечение трубопроводных трасс автомобильными и железными дорогами должно выполняться по возможности под прямыми
углами, а пересечение рек и оврагов, где требуется устройство дюкеров и эстакад, нужно
проектировать в суженных местах с пологими (не обрывистыми) берегами при минимальной
ширине заливаемой поймы.
На поворотах трассы радиусы плановых кривых назначают в пределах 250—1000 м.
Переходные кривые не проектируют.
Особенности изысканий трасс воздушных линий электропередач и связи. В зависимости от напряжения воздушные ЛЭП подразделяют на линии до 35 и от 35 до 500 кВ.
При проектировании и изыскании трассы необходимо стремиться к ее максимальной
прямолинейности. Желательно, чтобы трасса проходила по открытой непересеченной местности вдоль дорог и границ сельскохозяйственных угодий, по незатопляемым паводками берегам рек, в горной местности - по седловинам, минуя заболоченные участки, районы
разработок полезных ископаемых, ценных лесонасаждений, аэродромов и т. д.
Надо стремиться к расположению опор на высоких точках профиля, чтобы обеспечить
наибольший средний пролет и снизить стоимость линии. При необходимости пересечение
болот проектируют на свайных опорах. Пересечение железных и автомобильных дорог намечают в местах выемок, а при их отсутствии - на нулевых отметках. ЛЭП с высшим напряжением должны пересекать ЛЭП с низшим напряжением сверху. Существуют ограничения
на расстояния между параллельно идущими ЛЭП.
Минимально допустимое расстояние от нижних проводов до поверхности земли или
какого-либо сооружения называют вертикальным габаритом приближения. Минимально допустимое расстояние от крайних проводов до боковых препятствий называют горизонтальным габаритом приближения. Вертикальный габарит приближения составляет обычно 7-10
м, и его величина зависит от напряжения линии и характера препятствия, над которым проходит ЛЭП. Горизонтальный габарит приближения может достигать 30-100 м. Габариты
приближений учитывают при проектировании и трассировании ЛЭП.
Полевое трассирование ЛЭП выполняют в обычном порядке, разбивая пикетаж и проводя съемку вдоль трассы по 50 м с каждой стороны магистрального хода. Особенность разбивки пикетажа при трассировании ЛЭП в том, что полностью отпадает необходимость в
разбивке кривых и учете домера.
Так как допуск на определение вертикального габарита достаточно свободен (около 25
см), возможна замена геометрического нивелирования по трассе тригонометрическим.
Под площадки для сооружений на трассе ЛЭП (подстанций) делают съемку в масштабе
1:1000—1:5000.
Изыскания воздушных линий связи (междугородных, внутрирайонных и городских телефонных линий, сетей радиофикации, радиорелейных линий) аналогичны изыскания ЛЭП.
Линии связи обычно прокладывают вдоль существующих железных и автомобильных дорог,
где возникает много пересечений. Поэтому при проектировании и изысканиях необходимо
особое внимание уделять габаритам приближений. Вертикальный габарит приближений на
линиях связи составляет 2,5-8,5 м. Максимально допустимые сближения между линиями
связи и другими воздушными линиями, контактной сетью электрифицированных железных
дорог, растительностью регламентируются соответствующими инструкциями и должны составлять 1-25 м.
Изыскания при проектировании гидротехнических сооружений. Изыскания гидроузлов. Гидроузлы занимают значительные площади—до 10 км2, а с водохранилищами - до
200-300 км2. Это обусловливает большой объем инженерно-геодезических и особенно топографических изысканий. На начальном этапе составления проекта для выбора варианта раз65
мещения гидроузла изыскания выполняют на конкурирующих площадках в минимальном
объеме. Предпочтение отдают участкам с наименьшей шириной поймы реки. Это сокращает
объемы строительных работ, размеры сооружений и площади, затопляемые водохранилищами.
Геологическое строение участка должно гарантировать устойчивость сооружения. Основание сооружений гидроузла должно иметь прочные, нефильтрующие грунты и породы,
не имеющие нарушений в залегании их пластов при определенной их ориентации к створу
плотины. Особо тщательному изучению подвергают физико-геологические явления, экстремальные проявления которых могут привести к разрушению плотин, одновременному сбросу водохранилища и серьезным материалам и социальным потерям в народном хозяйстве. В
особых случаях в районах предполагаемого строительства организуют станции по наблюдению за землетрясениями, движениями пород основания и т. д.
В процессе изысканий и проектирования гидроузлов комплексно решается вопрос размещения не только его основных сооружений, но и жилого поселка, дорог, ЛЭП и т. д.
Инженерно-геодезические и топографические изыскания на этапе выбора площадки
под строительство гидроузла начинают со сбора имеющихся топографо-геодезических материалов. В качестве обзорных могут служить мелкомасштабные карты 1:300 000-1:1 000 000.
Основными материалами для выбора площадки служат топографические карты масштабов 1:25 000-1:100 000. На район намечаемых гидроузлов на равнинных реках необходимо иметь карты масштабов 1:10 000—1:25 000, на горных— 1:5000. В необходимых случаях
в этот период могут дополнительно быть выполнены рекогносцировочные полевые обследования местности. В случае отсутствия удовлетворительных по качеству топографических
материалов указанных масштабов выполняют соответствующие топографические съемки
местности и наиболее рациональными и экономичными для конкретного случая методами.
После утверждения варианта размещения гидроузла на выбранной площадке выполняют подробные инженерные изыскания. Создают планово-высотные геодезические сети, выполняют крупномасштабные топографические съемки местности.
Территория строительной площадки ГЭС на равнинной реке должна быть обеспечена
съемкой в масштабе 1 :2000, на горной реке - 1:1000 с сечением рельефа 0,5-1,0 м. Выполняют трассирование с разбивкой пикетажа по осям таких основных гидротехнических сооружений, как створ плотины, шлюзы, напорные трубопроводы, подводящие и отводящие каналы. По этим трассам прокладывают теодолитные ходы. Отметки пикетов определяют техническим нивелированием. Профили этих трасс составляют в горизонтальном масштабе
1:1000- 1:2000, в вертикальном - 1:100-1:200.
На стадии разработки рабочей документации на наиболее сложных и ответственных
участках территории гидроузла, предназначенных под водосливную плотину, здание ГЭС,
камеры шлюзов, насосные станции выполняют мензульную или тахеометрическую съемку в
масштабах 1:500, 1:1000. На горных реках вся территория гидроузла может быть покрыта
съемкой масштаба 1 :1000.
Одновременно на территории гидроузла выполняют изыскания подъездных железных
и автомобильных дорог, линий электропередач, связи, водоснабжения, канализации, теплофикации и других сооружений, необходимых для обеспечения строительства, нормальной
эксплуатации сооружений гидроузла и проживания населения.
В период всех стадий изысканий производятся геодезическое обеспечение инженерногеологических и инженерно-гидрологических работ, съемки участков месторождений строительных материалов (песка, глины, камня), которые могут быть расположены за пределами
территории гидроузла.
Изыскания магистральных каналов. Изысканиям магистральных каналов присущи все
особенности линейных изысканий. Кроме того, при их проведении особые требования
предъявляются к высотной геодезической основе, особенно при изысканиях самотечных каналов.
Изыскания объектов мелиорации. В процессе проектирования оросительной и осушительной сети для составления общей схемы или технико-экономического обоснования требуются карты в масштабе 1:100 000-1:200 000.
66
При схематичном проектировании отдельных крупных сооружений (каналов, плотин,
водохранилищ, участков лиманного орошения и т. д.) требуются топографические карты
масштабов 1:10 000-1:25 000.
При разработке детальных проектов строительства оросительных и осушительных систем на стадии проекта и рабочей документации (при двухстадийном проектировании) или
рабочего проекта (при одностадийном проектировании) выполняют крупномасштабные топографические съемки с сечением рельефа 0,5-1,0 м, а на отдельных участках - 0,25 м. Масштаб съемки задают проектировщики в зависимости от стадии проектирования, вида системы мелиорации и характера местности. Съемку площадок под плотины, гидротехнические
сооружения (акведуки, дюкеры, насосные станции), напорные трубопроводы на бетонных
фундаментах и другие сооружения выполняют в масштабах 1:500-1:2000. Съемку территории проектируемого водохранилища выполняют в масштабах 1:2000-1:25 000.
На объектах оросительной и осушительной мелиорации выполняют большой объем
трассировочных работ. В оросительных системах открытого типа вода из магистрального
канала в межхозяйственные (к отдельным хозяйствам или севооборотным массивам) и внутрихозяйственные (к полям и поливным участкам) распределители подается преимущественно самотеком, поэтому магистральные каналы трассируют по водораздельным точкам
территории, чтобы обеспечить обслуживание возможно большей площади орошения. Высота уровня воды в канале старшего порядка должна быть на 5-10 м больше, чем в канале
младшего порядка. Каналы проектируют по возможности прямолинейными, с минимальным
уклоном. Для сохранения целостности орошаемой территории трассы каналов должны проходить по границам хозяйств, севооборотных массивов и полей. При трассировании напорных трубопроводов закрытых оросительных систем с поливным дождеванием геодезические
работы значительно упрощаются.
Изыскания промышленных сооружений, жилых и административных зданий.
Инженерно-геодезические изыскания площадных сооружений (заводов, фабрик, отдельных
цехов и промышленных сооружений, жилых и административных зданий на территории городов и поселков) в основном сводятся к крупномасштабным съемкам площадок, трассированию подъездных путей и коммуникаций, разбивке и привязке геологических выработок.
Инженерные изыскания для промышленного строительства необходимо выполнять в
соответствии с общими требованиями, установленными СНиП по инженерным изысканиям
для строительства, требованиями «Инструкции по инженерным изысканиям для промышленного строительства», а также «Инструкции по топографо-геодезическим изысканиям для
промышленного, сельскохозяйственного, городского и поселкового строительства», СНиП
по проектированию наружных сетей и сооружений водоснабжения.
На выбранной площадке строительства и трассах внеплощадочных коммуникаций выполняют крупномасштабные съемки и другие топографо-геодезические работы, необходимые для разработки генерального плана и проектирования зданий и сооружений, включая
коммуникации.
Для изучения площадки в геологическом и гидрологическом отношениях проектируют
сеть геологических скважин, относительно равномерно расположенных (например, через 100
м) на территории предполагаемого строительства. В задачу геодезистов входит вынос запроектированной сети скважин и шурфов в натуру, а затем привязка их, в основном, по высоте.
Новые жилые и административные здания проектируют и размещают на свободных городских территориях или на участках сносимых ветхих строений, которые не подлежат капитальному ремонту и не представляют исторической ценности.
Для составления генеральных планов городов или крупных жилых районов выполняют
съемки масштаба 1:5000. Для разработки генеральных планов малых городов, поселков городского типа, сельских населенных пунктов, эскизов застройки выполняют съемки масштаба 1 : 2000.
Съемки масштаба 1:1000 выполняют для составления проектов (рабочих проектов) и
рабочей документации территорий с одноэтажной застройкой. Съемки масштаба 1:500 выполняют для разработки рабочей проектной документации территорий с многоэтажной капитальной застройкой.
67
Для проектирования отдельных жилых и административных зданий выполняют обычно съемки масштаба 1:500. Границы съемки под конкретное проектируемое здание определяются, во-первых, границей землеотвода, в пределах которой располагается само здание,
объекты благоустройства, подъезды, детские площадки и т. д., во-вторых, границей площадки, отведенной под строительство. Эта граница обычно больше, чем граница землеотвода.
Кроме того, съемке в масштабе 1:500 подлежат полосы (на застроенной территории обычно
шириной 40-50 м) вдоль проектируемых трасс подключения к существующим сетям. Точки
подключения таких трасс на застроенной территории могут располагаться достаточно далеко
от проектируемого здания.
Границы землеотвода, территории, отведенные для строительства, и полосы проектируемых трасс обозначаются проектировщиками на схемах или выкопировках планов масштабов 1:2000-1:5000. Эти схемы или выкопировки передаются изыскательской организации
в качестве приложения к заданию на проведение изысканий и съемок в масштабе 1:500.
На застроенной территории съемка производится периодически. Если на данную территорию имеются достаточно свежие материалы съемок, то в процессе изысканий выполняют только обследования площадки и трасс проектируемых коммуникаций с выявлением и
досъемкой последних изменений.
При проектировании конкретных промышленных, жилых и административных зданий
инженерно-геологические изыскания заключаются, преимущественно, в бурении скважин по
основным осям проектируемых фундаментов или по контуру зданий и сооружений, отборе и
испытаниях образцов грунта.
Частота расположения скважин и глубина их бурения зависят от сложности инженерно-геологических условий площадки, размеров зданий, их статических характеристик, динамических параметров оборудования - задаются проектировщиками. Расстояние между скважинами может быть 20-100 м. Разбивка этих скважин согласно проекту и привязка их к геодезической планово-высотной сети выполняется традиционными геодезическими методами.
Некоторыми особенностями отличаются изыскания аэропортов. На стадии проекта выполняют топографическую съемку площадки аэропорта и прилегающей территории в масштабе 1:5000 с высотой сечения рельефа 0,5 м. На этой же стадии выполняют трассирование
на местности намеченного направления главной летной полосы, разбивку параллельной этому направлению опорной геодезической сети в виде сетки квадратов со сторонами 400X400
м или прямоугольников размерами 400X200 м, плановую съемку районов воздушных подходов с подробной характеристикой препятствий, определением их высоты и отметок основания.
На стадии разработки рабочей документации производят съемку территории аэродрома
в масштабе 1:2000 с высотой сечения рельефа 0,25 м путем нивелирования по квадратам,
съемку территории застройки в масштабе 1:500-1:1000 с высотой сечения рельефа 0,5 м,
изыскания трасс коммуникаций, ливнесточных коллекторов и др.
Обоснованием для съемки участка летного поля аэродрома в масштабе 1:2000 служит
сетка основных квадратов 400X400 м, опирающаяся на пункты геодезической основы. Внутри основных квадратов разбивают пикетажную сетку со сторонами 40X40 м (для съемки в
масштабе 1:1000 - 20x20 м). Пикетажную сетку закрепляют колышками со сторожками. Точки 200-метровых квадратов закрепляют столбами. Кроме вершин сетки, в натуре отмечают
характерные точки перегиба рельефа (плюсовые точки). Одновременно с разбивкой пикетажной сетки ведут съемку ситуации способами полярным, перпендикуляров, засечек.
Затем выполняют нивелирование точек пикетажной сетки и плюсовых точек обычно с
одной станции в 200-метровом квадрате.
Планы воздушных подходов составляют на основе имеющихся топографических карт и
фотопланов. Определение высот существующих зданий, сооружений и других высоких препятствий в зоне выполнения взлетно-посадочных операций выполняют способами тригонометрического нивелирования, прямой пространственной засечки, вертикальной засечки и
т.д.
Изыскания при проектировании прецизионных сооружений. При выборе площадки
для строительства прецизионного сооружения необходимо учитывать много различных эко68
номических, социальных и природных факторов, часто вступающих в противоречия друг с
другом.
Крупные ускорители заряженных частиц и работающие на их базе научные центры
следует располагать вблизи таких городов, в которых сконцентрированы научные кадры. К
тому же эти сооружения должны быть приближены к источникам электроэнергии, так как
один крупный ускоритель может потреблять столько электроэнергии, сколько ее потребляет
небольшой город.
Атомные электростанции, являющиеся объектами повышенной социальной опасности,
нецелесообразно располагать вблизи крупных населенных пунктов, в то же время экономически невыгодно слишком удалять их от потребителей электроэнергии. К тому же они, как и
любые энергетические объекты, должны располагаться вблизи водоемов или рек.
Крупные радиотелескопы не имеет смысла располагать вблизи объектов, вызывающих
помехи в их работе, например, крупных аэродромов.
Когда район строительства конкретного объекта определен, исходя из приведенных
выше и других соображений экономического и социального характера, необходимо по результатам изысканий выявить площадку для строительства. Состав инженерногеодезических, инженерно-геологических и других видов изысканий для прецизионных объектов в принципе совпадает с составом изысканий для промышленных и жилых сооружений.
Необходимо производить крупномасштабные топографические съемки местности, выполнять изыскания подъездных дорог и трасс коммуникаций описанными выше методами. Так
как нормальная работа прецизионных сооружений зависит от высокой стабильности их элементов, устойчивости основания, особое внимание уделяют изучению гидрогеологических
условий площадки, оценкам сжимаемости грунтов. Лучшими основаниями для строительства прецизионных сооружений считают базальты, известняки, песчаники, галечники.
Опыт показал, что осадки фундаментов на таких основаниях незначительны и быстро
затухают. Но имеют место природные факторы, вызывающие деформации основания. Такими природными факторами могут быть сезонные изменения температуры и влажности пород, колебания уровня грунтовых вод и т. д. Могут иметь место техногенные причины деформации основания, вызывающие смещения пород: изменения природного давления при
возведении вблизи объекта различных массивных сооружений и вскрытии строительных
котлованов, искусстненное нарушение гидротермического режима пород основания и т. д.
Деформации пород основания сооружения, вызванные этими факторами и называемые
микросмещениями, относительно невелики по величине, не разрушают целостности основания, но могут явиться причинами нарушения нормальной работы технологического оборудования. Эти деформации могут быть разными по величине на различных горизонтах основания.
Таким образом, для прецизионных сооружений в процессе изыскательских работ мало
выбрать площадку для строительства, удовлетворительную в экономическом, топографическом, геологическом и метеорологическом отношениях. Важно еще выбрать горизонт заложения фундаментов сооружения. В связи с этим в период изысканий некоторых прецизионных сооружений (крупных ускорителей заряженных частиц, радиотелескопов) возникает
еще один вид работ - наблюдения за микросмещениями пород основания под воздействием,
преимущественно, природных, периодически изменяющихся, факторов. Такие наблюдения
ведут до строительства и, частично, в начальный его период. Результаты используют при
проектировании сооружения, они служат основанием для разработки оптимальных конструкций фундаментов сооружения (особенно фундаментов под технологическое оборудование) н выбора глубины их залегания в наиболее стабильных горизонтах пород, а также для
проектирования на основе выявленных закономерностей микросмещений возможных профилактических строительных мероприятий, уменьшающих влияние природных факторов на
стабильность положения фундаментов сооружения в процессе эксплуатации.
Для наблюдения за микросмещением пород основания строят специальную сеть. Она
должна располагаться на площадке строительства но технологическим осям сооружения или
в непосредственной близости от них. Конфигурация сети должна соответствовать конфигурации сооружения.
69
Для измерения микросмещения пород на разных горизонтах геодезические знаки сети
закрепляют на разных глубинах. Горизонты закрепления знаков определяют, исходя из геологических данных.
В отличие от обычных геодезических знаков знаки сети для наблюдений за смещениями пород должны обладать высокой чувствительностью и наиболее правильно передавать на
поверхность перемещения тех слоев, в которых заложены их якори. При этом они должны
быть свободны от влияния движения всех других слоев пород, через которые проходит знак.
Изыскания объектов лесоустройства. Лесные массивы страны имеют большое народнохозяйственное значение. Они выполняют важнейшие для жизни человека водорегулирующие, водоохранные, почвозащитные, санитарно-гигиенические и другие функции.
Общий лесной фонд страны составляет около 1,2 млрд. га - несмотря на большие запасы, как показала практика, их надо постоянно сохранять и восстанавливать. Для плановой
организации лесного хозяйства необходимо изучение лесного фонда, проведение строгого и
всестороннего учета лесных ресурсов, улучшение качественного состава лесов.
Основными направлениями лесоинженерных изысканий являются:
лесная таксация;
изыскания предприятий промышленного освоения лесов;
изыскания лесовозных дорог и путей водного лесотранспорта;
изыскания для проектирования лесомелиоративных работ и др.
Лесная таксация. Лесная таксация тесно связана с лесоустройством. Проекты организации и ведения лесного хозяйства, решающие задачи установления возраста рубки,
размеров пользования лесом, объемов лесохозяйственных и лесовосстановительных мероприятий, основываются прежде всего на таксационных данных.
В задачу таксационных работ входит обеспечение информацией о состоянии и динамике лесосырьевых ресурсов, необходимой для планирования и управления лесным хозяйством
и лесной промышленностью, получение лесоинвентаризационных материалов для создания
научно обоснованных проектов развития лесного хозяйства и т. д.
Лесная таксация предусматривает учет площадей и запасов леса, их пространственного
размещения, изучение лесоповреждений, продуктивности, строения и товарной структуры
лесных массивов, закономерности их роста и др.
Выполнение этого комплекса работ неразрывно связано с проведением лесных съемок,
т. е. выполнением соответствующих геодезических, топографических, аэрофотосъемочных и
картографических работ.
На лесоустроительных планшетах в большинстве случаев рельеф не изображают. Из
элементов ситуации наиболее подробно и точно показывают лесную растительность с соответствующими характеристиками. В связи с этим лесная съемка является одной из разновидностей контурной съемки.
Глазомерную съемку выполняют без использования сложных геодезических приборов
для составления схематических чертежей местности. Ома отличается низкой точностью с
одной стороны и высокой производительностью - с другой. Для работы используют простейшие средства (планшет, компас или буссоль, визирную линейку, транспортир, линейку г
миллиметровыми делениями).
Одновременно с определением планового положения снимаемых объектов определяют
их количественные и качественные характеристики, а также выясняют в органах местной
власти собственные названия некоторых из них. Обязательно определяют средние высоты
деревьев и расстояния между ними, толщину на уровне груди, породы деревьев и др. Специальные характеристики леса определяют специалисты — лесоинженеры при выполнении работ по таксации.
Перечисленные виды наземных съемок применяют для съемок крупных масштабов и
относительно небольших лесных угодий и объектов. Наибольшее распространение в лесных
съемках получила аэрофотосъемка, а в последнее время — космическая съемка. Здесь мы
приведем лишь общие сведения, касающиеся применения этих методов в лесоустройстве.
70
Использование материалов аэрофотосъемки позволяет сократить, например, объем
трудоемких полевых лесотаксационных работ в 1,5-2,0 раза, снизить на 15-20% денежные
затраты на их проведение.
Дальнейшее совершенствование аэрометодов в лесоустройстве связано с применением
многозональной фотографической, телеметрической, спектрометрической, инфратепловой,
радиолокационной и других видов съемок, а также с расширением масштабного ряда аэрофотосъемки.
71
ГОУ ВПО СГГА
Изыскание и проектирование инженерных сооружений
Лекция 16
Автоматизация проектно-изыскательских работ.
Процесс изысканий - динамический процесс информационного обеспечения систем автоматизированного проектирования сооружений. Крупномасштабные топосъёмки - основной метод сбора топографической информации на площадке будущего строительства. Основные направления автоматизации проектно-изыскательских работ.
Процесс изысканий - динамический процесс информационного обеспечения систем автоматизированного проектирования сооружений.
Все изыскания в настоящее время очень тесно связаны с системами автоматизированного проектирования сооружений. Уже невозможно представить какой либо процесс без
компьютера, что в свою очередь привело к повсеместному внедрению в геодезию цифровых
электронных карт. Практически вся камеральная работа выполняется с применением ПК.
Информационное обеспечение (ИО) - совокупность сведений, необходимых для выполнения проектирования. Изыскания позволяют получать эти сведения для дальнейшего
успешного проектирования и обработки этих сведений в программных САПР.
Крупномасштабные топосъёмки - основной метод сбора топографической информации на площадке будущего строительства.
Самостоятельно
Основные направления автоматизации проектно-изыскательских работ.
В настоящее время в деятельность изыскательских и проектных организаций быстро
проникает компьютеризация. Это глобальная тенденция, охватывающая все развитые страны
мира, коренным образом меняет характер работы проектировщика и изыскателя, предъявляет к ним совершенно новые требования. Наряду с умением решать архитектурностроительные задачи современный проектировщик должен обладать хорошими навыками
работы с компьютером, ориентироваться в многообразном программном обеспечении, своевременно и эффективно внедрять новейшие достижения в этой области. Компьютеризация
поднимает проектную работу на качественно новый уровень, при котором резко повышаются темпы и качество проектирования, более обоснованно решаются многие сложные инженерные задачи, которые раньше рассматривались лишь упрощенно. В таких условиях проектировщик, не владеющий навыками работы на компьютере, уже не сможет удовлетворять
современным требованиям к быстроте и качеству работы.
Проектировщику или изыскателю чаще всего приходится сталкиваться со следующими
видами программной продукции:
 стандартными офисными программами
 базами данных
 программами, выполняющими расчетно-графические работы, непосредственно связанные с проектированием.
Офисными программами обычно называют стандартные приложения к операционной
системе компьютера, применяемые в делопроизводстве любых организаций, любой отраслевой направленности (в операционной системе Windows они входят в пакет Office). Это - текстовые редакторы (в первую очередь Word), электронные таблицы (типа Excel) и другие программы, не привязанные к конкретной отрасли деятельности. Они используются для решения частных вопросов, в том числе оформления текстовой части проектов, выполнения вычислений и т.д. Офисные программы - это, как бы начальный этап автоматизации труда проектировщика и изыскателя, еще не затрагивающий основного содержания их работы. Однако
72
в данном случае они заслуживают упоминания как средства существенного ускорения проектно-изыскательских работ за счет автоматизации многих вспомогательных операций.
Базы данных - это размещенная на компьютерных носителях совокупность данных, организованных по определенным правилам, позволяющим манипулировать этими данными и
быстро находить в них нужную информацию. Такой вид программ имеет большое значение
для проектировщика, ибо в виде базы данных можно представлять любой справочный материал, нормативные документы, архивные материалы и проч. Главное их преимущество возможность быстрого нахождения нужной информации по ключевым словам или другим
признакам, удобным для пользователя. По-видимому, в будущем базы данных заменят каталоги, сортаменты и другие печатные справочные материалы именно в силу возможности быстрого нахождения в них нужной информации.
Третий вид программ, выполняющих расчетно-графические работы, является главным
в сфере автоматизации проектирования. Общей тенденцией современного развития программного обеспечения является использование крупных программных комплексов, решающими широкий круг инженерных задач. Распространение получили многофункциональные программы двух типов:
 программы общетехнического характера, не связанные с конкретной инженерной отраслью, т.е. пригодные для выполнения, расчетных или графических операций в любой сфере деятельности (в строительстве, машиностроении, энергетике, сельском хозяйстве и т.д.)
 программы, специализированные на решениях задач конкретной инженерной отрасли, например, геотехники, гидрогеологии, топографии, проектирования строительных конструкций, технологии и организации строительных работ и т.д.
Программы общетехнического характера выполняют практически любые чертежи или
расчеты, но они подразумевают, как правило, непосредственное участие пользователя в каждой операции по их выполнению, т.е. составление им алгоритмов расчетов, команды по выполнению отдельных элементов чертежа (линий, фигур, надписей). Программы же специализированного характера приспособлены к задачам только конкретной отрасли - топографии, гидрогеологии, геотехники, строительных конструкций и т.д. Однако они позволяют
выполнять работу большими блоками или даже сразу решать весь комплекс задач, охватывая
зачастую и расчетную, и графическую часть этой работы. Пользователь лишь должен правильно вводить исходные данные. Иными словами они позволяют делать, например, не отдельные элементы чертежа, а сразу получать топографическую карту, генеральный план, литологический разрез, трассу и профили дороги, расчет и конструирование строительной конструкции (фундаментной плиты, каркаса сооружения, подпорной стенки и т.д.), архитектурную планировку сооружения. Чем совершенней специализированная программа, тем обычно
большие блоки проекта (или отчета по изысканиям) она способна создавать.
Очевидно, что наибольшее повышение производительности труда проектировщика
достигается при использовании программ второго вида, т.е. специализированных на решении соответствующих задач. Однако разработка таких программ - это сложная и длительная
работа, соизмеримая по трудоемкости с созданием универсальных (общетехнических) программ. Обычно подобные программные продукты довольно дороги (особенно зарубежные),
что создает трудности в их приобретении для мелких проектных организаций. При этом
проданные программы обычно устанавливаются на конкретный компьютер таким образом,
что их несанкционированное копирование и установление на другом компьютере невозможно.
Таким образом, важнейшим направлением в развитии автоматизации проектирования
является создание эффективных специализированных программ, которые могут быть как самостоятельными, так и в виде приложений к общетехническим программам.
Деятельность по созданию программных продуктов и технических средств для автоматизации проектных работ имеет общее название - САПР (системы автоматизированного проектирования). САПР - это человеко-машинные системы, позволяющие проектировщику
принимать решения по проектным вопросам на основе диалога с компьютером и получать с
помощью компьютера графические и текстовые материалы, полностью соответствующие
современным требованиям к проектной документации. САПР обычно подразумевает ис73
пользование системы крупных программ, с помощью которых выполняются сложные расчеты, разрабатываются чертежи, выбираются оптимальные варианты технических решений.
При этом специализированные программы используются как самостоятельно, так и в комплексе с общетехническими. Компоненты многофункциональных систем САПР традиционно группируются в три основных блока CAD, САМ, САЕ. Модули блока CAD (Computer
Aided Designed) предназначены в основном для выполнения графических работ, модули
САМ (Computer Aided Manufacturing) - для решения задач технологической подготовки производства, модули САЕ (Computer Aided Engineering) - для инженерных расчетов, анализа и
проверки проектных решений. Некоторые специалисты считают, что в комплекс САПР должен входить также блок управления документооборотом PDM (Product Data Management), но
в данном случае это принципиального значения не имеет. Существует большое количество
пакетов САПР разного уровня. Значительное распространение получили системы, в которых
основное внимание сосредоточено на создании "открытых" (т.е. допускающих расширение)
базовых графических модулей CAD, а модули для выполнения расчетных или технологических задач (соответствующие блокам САМ и САЕ) остаются для разработки пользователям
или организациям, специализированным на соответствующем программировании. Такие дополнительные модули могут использоваться и самостоятельно, без CAD-систем, что очень
часто практикуется в строительном проектировании. Они сами могут представлять крупные
программные комплексы, для которых разрабатываются свои приложения, позволяющие
решать более узкие задачи.
В современной мировой практике наиболее известными CAD-системами являются
AutoCAD, MicroStation, IntelHCAD, CADdy, среди которых явно превалирует AutoCAD. В
РФ наблюдается все более широкое применение отечественных CAD-систем (например,
КОМПАС). В САПР эти CAD-системы являются базовыми для создания проектной документации сооружений. Однако, они могут использоваться и самостоятельно, в упрощенной
форме, когда проектировщик с помощью компьютера создает отдельные элементы чертежа
("примитивы") - линии, дуги, окружности, надписи и т.д. (именно с этого обычно начинается
обучение компьютерной графике). Естественно, что такой подход реализует лишь возможности универсальных программ, не привязанных к задачам конкретной отрасли. Крупный же
эффект достигается иначе - при использовании больших программных модулей, относящихся к классу САМ-систем и САЕ-систем. В последнее время в нашей стране достигнут значительный прогресс в области компьютерных расчетов и конструирования сложных строительных конструкций. Широко используются программы расчета фундаментных плит, ленточных "перекрестных" фундаментов на неоднородном основании или на за-карстованном
участке, надземных конструкций (каркасных, бескаркасных), программы оценки устойчивости склонов и т.д. (программы proFEt&STARK ES, SCAD и т.д.). Хотя такие программы используются в основном как самостоятельные, наибольший эффект, как уже отмечалось, они
должны давать в комплексе с универсальными программами. Иными словами, расчетная
программа или пакет должны по возможности реализовываться как САЕ-приложения к
CAD-системам и соответственно обеспечивать максимальную совместимость для таких операций. Это же относится и к программам технологического направления, которые должны
реализовываться как САМ-приложения.
В сфере инженерных изысканий широкое применение получил комплекс систем ГИС геоинформационные системы, имеющий такое же значение для изыскателя, как САПР для
проектировщика. При этом многие программы, относимые к ГИС, решают и чисто строительные задачи, связанные с выполнением земляных работ - проекты вертикальной планировки, проектирование дорог и т.д. В рамках этого комплекса разработано много эффективных систем. В отечественной практике широкое применение получают подобные программы
специалистов России и стран СНГ. Таковым, например, является белорусский программный
комплекс CREDO (CREDO_DAT, CREDO_GEO), позволяющий обрабатывать данные инженерных изысканий, строить литологические разрезы, генпланы, сводные планы коммуникаций, решать упомянутые выше строительные задачи, т.е. составлять проекты вертикальной и
горизонтальной планировки, проекты автомобильных дорог и т.д. Сходные задачи инженерно-геодезических изысканий решают украинские модули ТОПОКАД, ПЛАНКАД, RGS4.
74
Получаемые результаты могут вводиться ("экспортироваться") в другие CAD-системы, в том
числе в AutoCAD.
В настоящее время рынок программной продукции очень велик, и покупатель имеет
возможность широкого выбора подходящего программного обеспечения, как в виде отдельных самостоятельных программ, так и приложений к универсальным программам. При покупке программ необходимо обращать внимание на наличие у них сертификатов, подтверждающих соответствие требованиям нормативной документации, на приемлемость используемых методов расчетов (последние должны быть кратко описаны в прилагаемых инструкциях), и, особенно, на удобство использования этих программ. В большинстве случаев наиболее трудоемкой и сложной частью работы с программой является ввод исходных данных,
поэтому программа должна обеспечивать наибольшую простоту и удобство выполнения такой операции. Если с программой удобно работать, говорят, что программа имеет удобный
интерфейс пользования. При частом применении программы это качество имеет исключительно большое значение. Широкое применение компьютерной техники - признак высокого
технического уровня проектирования, однако, необходимо иметь в виду некоторые сопутствующие обстоятельства, недооценка которых может иметь нежелательные последствия.
Во-первых, наличие современных компьютеров и нужных программ - это еще не гарантия быстрого и высококачественного проектирования. Умение эффективно пользоваться
компьютером требует от проектировщика навыков, которые приобретаются в течение длительного времени. При использовании универсальных программ специалист, не обладающий
достаточно высокой компьютерной культурой, многие месяцы может делать чертежи на
компьютере значительно медленней, чем это он делал бы с помощью карандаша и кульмана.
По этой причине руководство проектной организацией должно быть готово к таким ситуациям и постоянно заботиться об эффективном обучении таких специалистов, а также о последующем обеспечении их квалифицированными консультациями по вопросам работы на
компьютере.
Во-вторых, переход на компьютерные расчеты (алгоритмы которых, как правило, недоступны для пользователя) влечет за собой определенную опасность, связанную с тем, что
инженер начинает меньше интересоваться содержанием и физическим смыслом этих расчетов, рассматривая их как "черный ящик". Затрудняется и корректировка программ в связи с
какими-либо их улучшениями, так как для этого зачастую необходимо привлечение самого
автора программы. Внесение же каких-либо поправок в результаты компьютерных расчетов
требует очень хорошего понимания содержания расчета. В связи с этим политика проектной
организации в сфере компьютеризации должна всячески препятствовать упрощенному подходу к применению программ, когда их содержание, физическая сущность остаются без
внимания. Это особенно касается сложных программ, понимание содержания которых может вызывать большие затруднения.
75