Проведение инженерно-геологических изысканий для реставрации отдельных памятников (элементарные ИПТС)

Инженерно-геологические исследования элементарных ИПТС выполняются для воссоздания, приспособления, реставрации памятников, а также в случае проведения временной консервации и противоаварийных работ.

Инженерно-геологические условия на исторических территориях осложняются наличием следующих факторов:

· локальными изменениями строения грунтовой толщи, свойств грунтов, полей напряжений в грунтовом массиве, гидрогеологических, в том числе гидрогеохимических условий на отдельных участках, различиями в видах и величине нагрузок под фундаментами;

· широким распространением насыпных грунтов, обладающих специфическими свойствами, грунтов культурного слоя, представляющего археологическую ценность, и экологически нарушенных территорий;

· сложным строением подземного пространства в районах существующих и существовавших ранее подземных сооружений, погребенных фундаментов, тоннелей, подземных коммуникаций, колодцев, подземных выработок;

· высокой динамичностью инженерно-геологических и гидрогеологических условий.

Проведение отдельных видов работ при инженерно-геологических изысканиях на застроенных территориях технически затруднено по следующим причинам:

· недопустимость нарушения и ослабления основания зданий и сооружений при проходке выработок;

· затрудненность проезда по площадке изысканий и ограничения в применении стандартного оборудования при производстве работ в стесненных условиях;

· наличие помех (шумовых, вибрационных, электромагнитных), осложняющих или исключающих возможность проведения геофизических работ;

· необходимость выполнения работ внутри зданий, в подвалах, в условиях ограниченной площади и объема, слабой освещенности;

· ограничения, связанные с развитием транспортной и коммуникационной инфраструктуры;

· более высокие требования к точности определения показателей деформационных свойств грунтов в связи с повышенной чувствительностью сооружений к деформациям оснований.

Причины деформации памятников истории и архитектуры разделяются на:

присущие самому памятнику (конструктивные дефекты, ошибки, допущенные при строительстве, технологические ошибки, ошибочный выбор места расположения и т.п.);

связанные с воздействием внешних природных и антропогенных факторов: природные долговременные физические, химические, биологические процессы; хозяйственная деятельность человека - вибрационные нагрузки, нарушение стабильности геологической среды, вызванное строительством открытых и подземных горных выработок (метрополитен и др.), массированная откачка подземных вод.

Результатом исследований должна явиться разработка рекомендаций по стабилизации памятников архитектуры и сохранению памятников археологии.

При инженерно-геологических изысканиях для целей реставрации необходимо дополнительно (к п. 4.2 СП 11-105-97, часть I) обследовать грунты основания фундаментов здания. При этом объем изысканий может быть существенно сокращен за счет использования материалов изысканий прошлых лет (при условии, что они полноценны, не устарели, а здание не имеет деформаций). Обследование грунтов оснований должно выполняться в комплексе с обследованием фундаментов зданий.

Проведение инженерно-геологических изысканий для ИПТС, учитывая сложность природно-техногенных и экологических условий, рекомендуется выполнять с учетом требований СП 11-105-97, части I, II, III и V в комплексе с инженерно-экологическими изысканиями в соответствии с СП 11-102-97.

Предусмотренные программой состав и объемы инженерно-геологических работ могут подлежать корректировке с учетом категории состояния здания, уточненной по результатам анализа собранных материалов и данным рекогносцировочного обследования.

Состав инженерно-геологических изысканий элементарных ИПТС и общие технические требования к выполнению отдельных видов работ и комплексных исследований следует устанавливать в соответствии с разделом СП 11-105-97 (часть V), с учетом:

· особенностей намечаемой реставрации;

· инженерно-геологических условий участка строительства и их изменений за время использования исследуемой территории;

· объема и качества имеющихся фондовых изыскательских материалов.

Сбору и обработке материалов изысканий прошлых лет,помимо сведений, регламентируемых п. 5.2 СП 11-105-97 (часть I), подлежат:

· топографические планы прошлых лет с нанесенными подземными коммуникациями;

· материалы по вертикальной планировке и инженерной подготовке территории, технической мелиорации грунтов основания и их закреплению, усилению фундаментов;

· сведения о типах, размерах фундаментов существующих зданий и сооружений, наличии подвалов, подземных сооружений;

· сведения по истории застройки участков и смежных территорий с целью выявления старых фундаментов, участков с грунтами, уплотненными ранее существовавшей застройкой;

· сведения о ретроспективных деформациях памятников истории и культуры и проведенных ранее ремонтно-восстановительных работах;

· данные обследований (в разные годы) технического состояния зданий и сооружений в пределах границ изучаемой площадки, включая данные о деформациях зданий и сооружений;

· сведения об осуществлявшейся инженерной защите территории, зданий и сооружений от опасных геологических процессов, в том числе от подтопления, и её эффективности;

· данные о режиме и технологии производственных процессов для установления факторов, отрицательно воздействующих на грунты основания (утечки из водонесущих коммуникаций, затопление подвалов, формирование высолов);

· сведения о загрязнении геологической среды промышленными стоками и твердыми отходами, о наличии дренажной сети и ее состоянии;

· сведения о наличии наблюдательной сети за уровнем и составом подземных вод, деформациями и осадками зданий и сооружений в пределах изучаемой территории или вблизи её границ;

На территориях исторической застройки следует выполнять ретроспективный анализ развития застройки (изучение материалов историко-археологических и историко-архитектурных исследований) для выявления существующих и существовавших подземных сооружений, подвалов, фундаментов снесенных зданий, колодцев, оборонительных рвов, подземных выработок, тоннелей, инженерных коммуникаций, старых кладбищ. Следует также выполнять ретроспективный анализ развития поверхностной инфраструктуры и инженерно-геологических условий территории для выявления засыпанных оврагов, ручьев, прудов, стариц рек.

На основании анализа собранных материалов производится оценка сложившейся природно-техногенной обстановки, динамики и характера техногенных изменений инженерно-геологических условий, а также уровня информативности материалов изысканий прошлых лет и возможности их использования в дальнейших работах.

Состав и объем инженерно-геологических изысканий следует устанавливать в результате анализа этих материалов (с учетом опыта, полученного на объектах-аналогах), а при их недостаточности - по данным рекогносцировочного обследования исследуемой территории.

В задачу рекогносцировочного обследования дополнительно к требованиям п. 5.4 СП 11-105-97 (часть 1) входит:

выявление дефектов планировки территории, развития заболоченности, подтопления, просадок поверхности земли и других проявлений изменения геологической среды;

визуальный внешний осмотр и фотографирование наружных и внутренних стен зданий и сооружений с целью определения конструктивных элементов, имеющих деформации, оценки характера деформаций и установления их причин;

съемка деформаций памятников истории и архитектуры на территории исторической застройки (деформационная съемка трещин в конструкциях, определение осадок и кренов, выявление обрушений и вывалов кладки);

установление наличия и состояния подвалов, подземных галерей, технических подполий в обследуемых зданиях, траншей, котлованов, отвалов грунта рядом с обследуемыми зданиями и сооружениями;

определение мест расположения вводов и выпусков водонесущих инженерных сетей, системы и состояния ливневой канализации, наличия дренажей, водопонизительных систем, противофильтрационных устройств, состояния гидроизоляции и отмосток;

установление при возможности наличия засыпанных оврагов, свалок, карьеров, ручьев с указанием ориентировочной мощности насыпных грунтов. В процессе рекогносцировочного обследования следует отмечать выходы и скопления производственных и сточных вод, места слива нефтепродуктов и других загрязняющих веществ.

При рекогносцировочном обследовании следует проводить опрос жителей и работников служб эксплуатации об имевших место аварийных ситуациях.

Виды и способы проходки горных выработок должны обеспечивать возможность детального обследования грунтов основания ниже подошвы фундамента и отбора образцов для определения показателей физико-механических свойств грунтов, подвергшихся воздействию техногенных нагрузок, и за пределами зоны их влияния.

Выбор вида горных выработок производится в соответствии с СП 11-105-97 (часть I), с учетом условий подъезда и размещения бурового и горнопроходческого оборудования в стесненных условиях существующей застройки (в том числе в подвальных помещениях), размещения строительных котлованов, мест возникновения аварийных ситуаций, а также условий залегания, состава и состояния грунтов, наличия подземных вод, опасных геологических и инженерно-геологических процессов.

При бурении скважин в стесненных условиях (особенно в подвальных помещениях) рекомендуется использовать малогабаритные установки, отвечающие требованиям шумо-, пыле- и газозащиты людей.

При проходке шурфов их следует располагать таким образом, чтобы короткая сторона шурфа вскрывала фундамент. Во всех пройденных шурфах необходимо выполнять описание грунтов под фундаментами, отражать состояния контакта фундаментов с грунтами, производить фотографирование и (или) зарисовку (развертку) стенок шурфа в масштабе 1:20 или 1:50.

Глубина шурфов, расположенных около фундаментов, как правило, не должна превышать глубины заложения подошвы больше чем на 0,5 - 1,0 м. При глубине шурфов до 1,5, 1,5 - 2,5 и более 2,5 м рекомендуемая площадь сечения должна составлять соответственно 1,25, 2,0 и 2,5 м².

При значительной ширине фундаментов и наличии выступов размер шурфа в плане может быть увеличен.

Проходка шурфов является наиболее эффективным методом изучения грунтов основания памятников истории и архитектуры, степени сохранности их фундаментов, деревянных свай и лежней и должна осуществляться с вскрытием подошвы фундаментов подкопом на глубину не менее 1,0 м. В этих случаях определяются размеры фундаментов (ширина верхнего обреза, подошвы, глубина заложения), материал, состояние, наличие горизонтальной гидроизоляции, глиняных замков, фундаментных вод.

Монолиты грунта необходимо отбирать из каждой разновидности грунта непосредственно из-под подошвы фундамента и с противоположной стенки шурфа.

Конструкцию, материал и состояние фундаментов во вскрытых шурфах должна устанавливать привлекаемая заказчиком организация, имеющая лицензию на осуществление обследования строительных конструкций.

Исследование и опробование грунтов ниже подошвы фундамента производится в скважинах, которые следует бурить со дна шурфа, либо вблизи него.

Кроме того, в шурфах проводятся исследования методами зондирования (вертикального и наклонного, в том числе горизонтального): электродинамическим зондированием, малогабаритными зондами, с применением разных модификаций геофизических методов.

Эффективным методом изучения строения фундаментов и контакта фундамент-грунт является алмазное сверление фундаментов с последующей телеметрией ствола скважины. В процессе алмазного сверления устанавливается, материал кладки фундамента, его состояние (определяется по керну) и отметка заложения фундамента.

По окончании работ скважины должны быть затампонированы, а шурфы засыпаны извлеченным из них грунтом с послойным уплотнением. В случаях, когда извлеченный грунт намок, промерз или перемешался со строительным или бытовым мусором, обратную засыпку следует выполнять маловлажным местным грунтом.

Нарушенные при изысканиях покрытия отмосток, противонапорной гидроизоляции пола, защитных слоев, предохраняющих грунты основания и фундаменты, необходимо восстановить после завершения работ.

Схему размещения, количество и глубину проходки горных выработок следует устанавливать в программе работ с учетом требуемой детальности изучения инженерно-геологических условий исследуемой территории на соответствующем этапе (стадии) разработки предпроектной и проектной документации.

Геофизические исследования рекомендуется выполнять для решения следующих задач:

поиска пустот, древних эрозионных врезов, захороненных конструкций (старых фундаментов), погребенных древних колодцев, свалок, захоронений, заброшенных коллекторов и др. коммуникаций;

расчленения разреза, в том числе разделения толщи грунтов на слои с различной степенью уплотнения и упрочнения под фундаментами и вне их пределов;

определения сечения и глубины погружения свай;

выявления и оконтуривания участков утечек воды из подземных коммуникаций на застроенной территории или в непосредственной близости от нее.

В связи с насыщенностью застроенных площадок подземными коммуникациями и электрокабелями, наличием вибрационных помех возможность и условия применения электро- и сейсморазведочных методов должны обосновываться в программе работ.

Следует использовать помехоустойчивую низкочастотную аппаратуру, специальные фильтры, не пропускающие наиболее вероятные частоты стабильных помех (в частности, частоты 50 герц), практиковать работу в ночное время суток.

Помимо традиционных геофизических методов, на застроенных территориях может быть использован метод радиоволнового зондирования с помощью георадара - переносного импульсного радиолокатора, позволяющего осуществлять разделение сред с различной диэлектрической проницаемостью по отраженному сигналу.

Аномальные зоны, выявленные по данным геофизических исследований, следует подтверждать и корректировать другими методами исследования (шурфованием, бурением, зондированием).

Состав геофизических исследований, объемы работ (сеть, количество точек), тип и размеры применяемых установок следует устанавливать в программе изысканий, исходя из детальности изучения инженерно-геологических условий на соответствующем этапе (стадии) проектирования и особенностей геоэлектрического разреза.

Полевые методы исследования грунтов,применяемые в соответствии с п. 5.8 СП 11-105-97 (часть 1), могут быть использованы в полном объеме и при инженерно-геологических изысканиях для ИПТС.

Зондирование грунтов рекомендуется применять для выделения различных по плотности и прочности зон под фундаментами зданий и сооружений и вне их пределов, геотехнического контроля за усилением оснований зданий и сооружений в ходе проведения этих работ, оценки пространственной изменчивости свойств грунтов. Допускается выполнение зондирования в горизонтальном и наклонном направлениях из шурфов для выявления неоднородностей грунтов основания под существующими фундаментами (пустот, разложившейся древесины старых деревянных свай и т.п.). Для зондирования в стесненных условиях рекомендуется использовать малогабаритные установки.

Для расчета возможных деформаций основания существующего здания от проектируемых дополнительных нагрузок должно выполняться определение показателей деформационных свойств грунтов в основании существующих зданий и сооружений, расположенных в зоне влияния нового строительства (реконструкции). При этом следует учитывать, что допустимые предельные значения деформаций существующего здания ниже указанных в приложении 4 СНиП 2.02.01.-83* для нового строительства (п. 5.1.7).

Несущая способность свай должна определяться по данным испытаний грунтов методом статического зондирования, а для объектов I уровня ответственности - по результатам испытаний натурных свай.

Гидрогеологические исследования при инженерно-геологических изысканиях следует выполнять с целью изучения режима подземных вод, их температуры, химического состава, оценки фильтрационных свойств грунтов, в том числе для расчета консолидации грунтов основания под действием статических нагрузок от фундаментов, определения направления движения, градиентов и скорости движения подземных вод, наличия фундаментных вод, получения исходных данных для проектирования дренажных сооружений, а также определения возможных водопритоков в котлованы и разработки системы строительного водопонижения. Опытно-фильтрационные работы (откачки и наливы) следует осуществлять в соответствии с ГОСТ 23278-78.

Полевые опытно-фильтрационные работы, как правило, не следует выполнять в непосредственной близости от существующих сооружений во избежание дополнительных осадок фундаментов за счет снятия гидростатического давления при опытной откачке и замачивании грунтов при опытных наливах.

При опытно-фильтрационных работах внутри существующих зданий и сооружений, в стесненных условиях и трудностях с подводом и отводом воды от скважины рекомендуется использовать метод вытеснения воды путем погружения тела фиксированного объема, метод отжатия уровня сжатым воздухом в герметически изолированной скважине, метод «тяжелой жидкости».

Оценку возможности подтопления площадки следует выполнять в соответствии с СП 11-105-97 (часть II).

Обследование грунтов оснований существующих зданий следует выполнять в соответствии с п. 5.12 СП 11-105-97 (часть I). Целью обследования являются: оценка возможных негативных последствий при реставрации существующего здания, а также от воздействия на него нового строительства (реконструкции, расширения) на прилегающих территориях и, при необходимости, получение данных для разработки мероприятий по обеспечению эксплуатационной надежности существующей застройки.

Обследование грунтов оснований памятников необходимо производить при их реставрации, приспособлении, проведении противоаварийных работ, а также в случаях, когда в прилегающей к ним зоне производятся следующие виды работ (или возможны какие-то негативные воздействия):

· проходка котлованов и траншей, прокладка подземных коммуникаций, пешеходных и транспортных тоннелей ниже глубины заложения существующих фундаментов, особенно с применением водопонижения и без крепления стенок котлованов и траншей;

· строительство новых зданий, вызывающих дополнительные напряжения, перераспределение напряжений и перемещения грунта в активной зоне фундаментов существующих зданий;

· работы по устройству стен в грунте, устройство шпунта или свай вблизи существующих зданий с передачей на их основание динамических нагрузок;

· динамические воздействия от авто- и железнодорожного транспорта, линий метрополитена, оборудования, устанавливаемого в сооружениях и промышленных установках, расположенных вблизи существующих зданий.

При наличии материалов изысканий прошлых лет их использование возможно с учетом п. 5.2 СП 11-105-97. В случаях, когда материалы отсутствуют или при анализе оцениваются как недостаточные, сомнительные, устаревшие, обследование следует выполнять в составе и в объемах, обоснованных в программе изысканий.

Стационарные наблюдения (мониторинг) н а выполняются с целью оперативного слежения за состоянием памятников истории и архитектуры в процессе производства реставрационных работ и в период проведения археологических раскопок, а также при проведении строительных работ в непосредственной близости от охранной зоны памятника.

Лабораторные исследования грунтов следует выполнять в соответствии с п. 5.11 СП 11-105-97 (часть I), при этом исследования грунтов, залегающих под фундаментами зданий и сооружений, следует производить с учетом техногенных воздействий, которым они подвергаются (длительные, часто переменные статические и динамические нагрузки, замачивание сточными водами с содержанием различных химических компонентов).

Модуль деформации и прочностные характеристики грунтов в лабораторных условиях следует определять с учетом фактического напряженного состояния в основании существующего здания и сооружения для грунтов природной влажности и в замоченном состоянии, с использованием для замачивания растворов и жидкостей, аналогичных по составу возможным утечкам из технологических линий существующего производства.

Испытания с вибрационными воздействиями выполняются на вибростабилометрах или другом аналогичном оборудовании в диапазоне частот от 1 до 100 Гц, соответствующих колебаниям, вызываемым промышленным оборудованием, транспортом, строительными работами.

Отбор образцов при опробовании грунтов следует выполнять из каждой разновидности грунтов в зоне влияния фундамента и вне ее пределов. При этом необходимо учитывать, что все грунты, оказавшиеся в зоне влияния техногенных воздействий, в той или иной мере меняют свое напряженное состояние и свойства, вследствие чего в пределах одного инженерно-геологического элемента, выделенного ранее при изысканиях для строительства, ко времени реконструкции могут возникнуть несколько новых элементов, различающихся состоянием, механическими свойствами, а иногда и составом. Каждый из вновь образованных инженерно-геологических элементов следует опробовать, как правило, в полном объеме, в соответствии с требованиями СП 11-105-97 (часть I) для соответствующей стадии проектирования.

Нормативные и расчетные характеристики деформационных и прочностных свойств грунтов должны назначаться, как правило, по данным их прямого определения. Определение этих характеристик косвенными методами - по данным зондирования (приложение И к СП 11-105-97, часть I), по таблицам (приложение 1 к СНиП 2.02.01-83) допускается в следующих случаях:

при изысканиях на площадках под здания (сооружения) III уровня ответственности, малочувствительных к неравномерным осадкам, независимо от сложности инженерно-геологических условий;

при изысканиях на площадках I - II категорий сложности инженерно-геологических условий под здания (сооружения) II - III уровней ответственности и намечаемом свайном типе фундаментов;

при назначении прочностных и деформационных характеристик грунтов, залегающих выше предполагаемых отметок погружения нижних концов свай, при изысканиях на площадках любой категории сложности инженерно-геологических условий, независимо от уровня ответственности зданий (сооружений).

При камеральной обработке материалов инженерно-геологических изысканий и составлении технического отчета (заключения) по результатам изысканий, необходимо:

дополнительно характеризовать инженерно-геологические условия не только площадки проектируемого объекта, но и территории окружающей застройки, попадающей в зону влияния намечаемого строительства (реконструкции);

освещать изменения геологической среды за период строительства и эксплуатации зданий (сооружений), включая изменения прочностных и деформационных характеристик грунтов;

приводить нормативные и расчетные показатели выделенных инженерно-геологических элементов отдельно для грунтов под фундаментами и вне пределов зоны их влияния.

Графическая часть технического отчета должна содержать геологические разрезы и возможно карту

На инженерно-геологических геологических разрезах и картах следует показывать размещение проектируемого и существующих строительных объектов, в том числе отметки заложения фундаментов, котлованов, шпунтового ограждения, стен в грунте, острия фундаментных свай, выявленных подземных погребенных сооружений и подземных коммуникаций. Для более наглядного представления геологического строения объекта изысканий рекомендуется составление трехмерных блок-диаграмм.

При изысканиях для диагностики причин деформаций памятников истории и архитектуры составляются план и разрез основания памятника в масштабе 1:50 - 1:200, на которых отражаются геологическое строение, контуры и элементы памятника, сеть подземных водонесущих коммуникаций, транспортные тоннели, участки проявления инженерно-геологических процессов, деформационные марки в конструкциях зданий и сооружений.