Геоэкология. Инженерная геология, гидрогеология, геокриология, 2020, № 1, стр. 42-46

ВВЕДЕНИЕ

Представленная в [5] концепция “зеленой” стандартизации технологий среды жизнедеятельности и “зеленой” инновационной продукции для формирования наиболее вероятного перехода на новый природоподобный технологический уклад имеет вероятность в будущем заменить собой существующий энергозатратный уклад техники и технологий, ведущий к глобальному экологическому коллапсу.

К настоящему времени разработан и описан обширный набор инструментов и передовые разработки в области стандартизации строительных технологий и изысканий мест для строительства [1], а также богатый опыт исследователей прочностных свойств грунтов и горных пород оснований, которые требуют адаптации к практической организации процессов изыскания экологических инноваций в строительстве [3].

Простое сведение всех вопросов к комплексности методов [2] и средств измерений для производства изысканий может нанести ущерб экологической безопасности из-за возможных экологических бифуркаций в процессе строительства, которые создаются положительными или отрицательными синергическими эффектами в процессе исследования грунтов и скальных пород оснований строительных объектов [4].

Мониторинг экологизации методов изысканий и моделирования природно-технических систем для строительства, представляющий собой систему стационарных наблюдений за состоянием грунтов в основании сооружения перед началом и в процессе его строительства, эксплуатации, а также после ликвидации, должен обеспечить экологическую безопасность принимаемых решений.

ГЕОТЕХНИЧЕСКИЕ СТАНДАРТЫ КАТЕГОРИЙ

Геотехнические категории, отличающиеся степенью сложности объектов проектирования, рассматриваются в документе EN 1997-1: 2004 Еврокод 7¹¹.

Геотехническая категория 1 включает небольшие и относительно простые сооружения, проектирование которых может быть осуществлено по аналогам и качественным геотехническим оценкам и которые представляют пренебрежимо малый риск для жизни людей и имущества.

Геотехническая категория 2 объединяет обычные виды сооружений и оснований при отсутствии сложных грунтовых условий. Проектирование сооружений, отнесенных к этой категории, требует количественных геотехнических данных, при этом могут применяться общепринятые полевые и лабораторные исследования и стандартные методы расчетов и анализа.

К геотехнической категории 3 относятся очень крупные или уникальные сооружения, или сооружения с высокой степенью риска, или возводимые в сложных грунтовых условиях, а также сооружения в районах с высокой сейсмичностью.

Для объектов геотехнической категории 1 следует выполнить визуальное обследование строительной площадки, а также провести исследования в неглубоких шурфах и выполнить опыты на пенетрацию.

Геотехнические исследования для категорий 2 и 3 обычно включают несколько стадий, которые могут перекрываться: предварительные, исследования на стадии проекта и контрольные.

Только для объектов с геотехнической категорией 3 должны быть выполнены дополнительные экологические исследования, носящие специальный характер, вытекающий из особенностей экологически небезопасных объектов или природных условий.

Контрольные исследования проводятся в процессе строительства и имеют целью уточнение описания и свойств слабых и скальных грунтов, полученных на стадии проекта.

Для геотехнической категории 1 проверка осуществляется путем инспекции площадки и определения литотипов грунтов, залегающих в зоне строительства.

Для геотехнических категории 2 и 3 могут потребоваться дополнительные экологические исследования. В частности, могут быть отобраны представительные образцы пород для проведения контрольных испытаний. Для геотехнической категории 3 дополнительные исследования обычно направлены на уточнение характеристик грунта или инженерно-геологических условий, имеющих важное экологическое значение для проекта [8].

Проблема экологизации методик геомеханического моделирования заключается в том, что разработка нормативных документов по методике исследований строительных площадок и створов и установление каких-либо “зеленых” стандартов для этих методов и способов исследований очень трудно осуществить из-за отсутствия хоть сколько-нибудь определенных критериев, относящихся к применению требований экологической безопасности.

МЕТОДЫ ГЕОЭКОЛОГИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ

В упомянутом выше документе приводятся рекомендации по следующим видам исследований:

− составление топографических карт, фотограмметрия, фотоинтерпретация и дистанционное обследование,

− инженерно-геологические исследования,

− использование буровых скважин,

− использование расчисток, шахт и штолен,

− испытания механических свойств скальных пород и массивов.

Каждый из соответствующих разделов включает краткое описание методов, которые к нему относятся, при этом в каждом разделе имеется таблица, указывающая степень необходимости применения этих методов.

По информации Шведского геотехнического института в этой стране с 1989 г. в области механики грунтов и скальных пород используется система частных коэффициентов запаса, весьма схожая с той, которая изложена в Еврокоде 7 (см. сноску 1).

СТАНДАРТЫ ГЕОЭКОЛОГИЧЕСКИХ МЕТОДОВ ИССЛЕДОВАНИЯ

Стандартом DIN 1055 (часть 2)²² предписывается применять коэффициенты безопасности при переходе от опытных значений характеристик грунтов к значениям, используемым в расчетах надежности сооружений. Отмечается, что эти коэффициенты (которые могут быть как больше, так и меньше 1.0) должны учитывать погрешности, связанные с неоднородностью грунта, а также с отбором проб грунта и проведением исследований. В частности, должна учитываться степень рассеивания результатов опытов. К сожалению, в документе не приводятся рекомендуемые величины коэффициентов безопасности, а также нет даже упоминаний о требованиях экологической безопасности предполагаемого строительства.

В США и в ряде других стран широкое распространение получили стандарты Американского общества по испытаниям и материалам (ASTM). Обществом разработано большое количество стандартов по полевым и лабораторным методам исследований свойств слабых и скальных пород. Из стандартов ASTM большое практическое значение для проектирования гидротехнических сооружений имеют стандарты D4394, D4395 и D4554³³, посвященные методам полевых исследований модуля деформации и прочности на сдвиг по трещинам в скальных массивах.

В стандарте D4554 подчеркивается, что из-за масштабного эффекта не существует надежных методов получения прочности на сдвиг по трещинам в массиве на основе результатов лабораторных опытов. В этом плане предпочтение должно отдаваться натурным испытаниям.

Рабочая группа от Швейцарии внесла ряд предложений по усовершенствованию документа DIN 1055. Сущность этих предложений изложена в работе [6] и сводится к следующему.

Между категорией 2, для которой грунты под сооружениями могут быть изучены и испытаны обычными методами и для которых достаточен Еврокод 7, и категорией 3 для наиболее сложных сооружений, нуждающихся в дополнительных специальных исследованиях, различия слабо ощутимы, поэтому рекомендуется лучше определить смысл и задачи этих категорий, включая задачи экологической безопасности предполагаемого строительства.

Швейцарский опыт участия в работах по европейской стандартизации подтверждает [6], что методы определения параметров, базирующиеся на понятиях предельных состояний, частных коэффициентов запаса (безопасности) и расчетных значений нагрузок и свойств материалов, применимы к основаниям сооружений.

В документах рассматриваются вопросы исследования скальных оснований плотин. Отмечается, что скальные основания могут быть классифицированы по многим показателям, зависящим от целей классификации. Рекомендуется придерживаться двух классификаций, основанных на: 1) инженерных и 2) геологических характеристиках массива. Здесь следовало бы добавить и 3) экологическую безопасность изыскательских работ для предполагаемого строительства [8].

Геологическая часть проекта должна включать лишь информацию об общей геологии, структурной геологии, инженерных характеристиках скальных пород и сейсмотектонике. Сведения должны быть достаточно полными и включать общую стратиграфию, типы скальных пород и структурные особенности, такие как трещиноватость, напластование, разломы, зоны сдвига. Должно быть проанализировано влияние этих структурных особенностей на фильтрацию и общую сохранность массива. Другие аспекты экологической безопасности не предусмотрены.

Определение характеристик прочности рекомендуется проводить на пробах, представляющих потенциальную поверхность смещения, т.е. контакт “бетон–скала”, либо ослабленную поверхность в массиве.

В работе, подготовленной большим коллективом специалистов Бюро мелиорации [7], обобщен опыт геотехнических исследований этой организации при проектировании и строительстве водохозяйственных и энергетических сооружений.

Отмечается, что исследования обычно проводятся в 3 стадии.

Исследования на стадии рекогносцировки имеют целью определить приблизительную стоимость и физическую возможность строительства сооружения рассматриваемого типа. Данные, получаемые на рекогносцировочной стадии, носят в основном описательный характер. Анализируются данные, уже имеющиеся в распоряжении. Свойства грунтов основываются в первую очередь на визуальной классификации. Полевые работы проводятся обычно геологом или специалистом по грунтам (геомехаником).

Цель исследований на стадии проекта – получение исходных данных, на основании которых может быть проведено проектирование различных сооружений, входящих в состав объекта и отвечающих требованиям экологической безопасности. Для Бюро мелиорации обычная практика – обеспечить строительство этих сооружений по контракту, поэтому необходимо подготовить спецификацию соответствующих работ без акцента на экологические требования безопасности.

Исследования основания и материалов в процессе строительства носят, в основном, подтверждающий (подкрепляющий) характер, а не разоблачающий экологические опасности. Они проводятся, чтобы прояснить те вопросы, которые не могли быть решены на стадии проекта, и чтобы проанализировать альтернативные предложения, рекомендованные после утверждения проекта.

Рассмотренные вопросы можно разделить на следующие группы: 1) нормирование нагрузок и характеристик свойств грунтов; 2) нормирование геотехнических (или, более широко, инженерно-геологических) исследований и 3) нормирование методов исследований свойств грунтов.

Первая группа вопросов наиболее полно освещается в проекте Европейского стандарта по геотехнике (Еврокода 7) и в дискуссионной работе [6], отражающей позицию швейцарских специалистов. В проекте Еврокода 7 при расчетах по предельным состояниям рекомендуются к применению частные коэффициенты запаса по нагрузкам и по характеристикам свойств, весьма близкие к тем, которые задаются государственными стандартами Австрии, Германии и Швейцарии.

В отношении деформационных характеристик массива в Еврокоде предлагается применять коэффициент запаса равным 1.0 (т.е. нормативные и расчетные значения совпадают), что находится в соответствии с положениями российских норм.

Стандартизация методов исследований свойств грунтов (3-я группа вопросов) получила наибольшее распространение в США, в первую очередь благодаря активной деятельности Американского общества по испытаниям и материалам.

ВЫВОДЫ

Разработка стандартов в области исследований строительных площадок и створов (принципы исследований, состав, объем и т.п.) – задача, трудно осуществимая по причине большого разнообразия природных условий и отсутствия критериев по применению тех или иных методов исследований. Национальные стандарты, регламентирующие вопросы экологической безопасности на стадии изысканий применительно к разным типам сооружений, в настоящее время не существуют и не разрабатываются.

Рассмотренные проблемы стандартизации геоэкологических методов исследования грунтов оснований строительных объектов в отечественной и зарубежной нормативной базе не касаются проблем “зеленых” стандартов, а геоэкология в современной нормативной базе рассматривается как вариант классификации зданий и сооружений по конструктивным и прочностным параметрам, и не касаются позиций экологической безопасности строительства.

Установлено, что основные методы изысканий для строительства объектов и разработка нормативных документов по методике исследований строительных площадок и створов не рассматриваются в отечественных и зарубежных нормативах в аспектах экологической безопасности строительства и принципов “зеленой” стандартизации.

Отмечаются трудности осуществления “зеленой” стандартизации строительства из-за отсутствия критериев, относящихся к применению нормативных требований экологической безопасности на этапе изысканий для строительства.