Загальні відомості про інженерні вишукування та їх геодезичне забезпечення

Інженерні вишукування - це вид науково-технічної діяльності з вивчення природних і техногенних умов територій та об'єктів будівництва з метою розроб­лення прогнозів їх взаємодії з довкіллям, забезпечення процесів проектування будівель і споруд, інженерної підготовки територій та захисту споруд від прояву небезпечних процесів топографо-геодезичними матеріалами, в тому числі і в цифровій формі [4].

Основні положення і вимоги до проведення інженерних вишукувань для будівництва на території України встановлюються державними будівельними нормами “Інженерні вишукування для будівництва” (ДБН А.2.1-1-2008 [4]). Вимоги цих норм є обов’язковими для всіх без винятку суб’єктів, які здійснюють інженерні вишукування на Україні. Разом з тим, ці норми детально не регламентують методи і технології проведення інженерно-геодезичних вишукувань – вони є предметом спеціальних інструкцій і посібників, перелік яких займає більше трьох сотень найменувань. Відзначимо, що саме інженерно-геодезичні роботи, з огляду на їх важливість і в більшості випадків великі матеріальні втрати при їх неналежному виконанні, строго регламентуються діючими нормативними документами. Відзначимо ще раз, що завдання даного посібника полегшити вам самостійне вивчення цих керівних матеріалів. До кінця вивчення курсу вам необхідно їх законспектувати, як першоджерела.

Спочатку підкреслимо вимогу ДБН, що право на проведення вишукувань для будівництва в складних інженерно-геологічних умовах (III категорія), а також будівель і споруд підвищеного рівня відповідальності мають тільки спеціалізовані вишукувальні організації, які пройшли відповідну експертизу і мають статус офіційного постачальника таких послуг.

Згідно з ДБН А.2.1-1 -2008 [4] інженерні вишукування для будівництва включають такі види вишукувань:

- економічні та соціальні;

- інженерно-геодезичні;

- інженерно-геологічні;

- геотехнічні та інженерно-гідрогеологічні (у складі комплексних інженерно - геологічних вишукувань або окремо);

- інженерно-гідрометеорологічні;

- вишукування для раціонального використання та охорони навколишнього середовища;

- спеціалізовані (умовно вишукувальні).

Як буде показано далі, жоден з цих видів вишукувань не обходиться без використання топографо-геодезичних матеріалів і тому інженерно-геодезичні вишукування якщо не передують, то супроводжують всі ці види вишукувань. Зрозуміло, що оптимально організувати роботи з інженерно-геодезичних вишукувань, не розуміючи хоча б суті і основних положень тих робіт, які слід забезпечити топографічними матеріалами, основних вимог до детальності і точності цих матеріалів, неможливо. Цим питанням присвячена спеціальна дисципліна “Основи інженерних вишукувань”, яку ви в подальшому будете вивчати. Тут зупинимося тільки детально на інженерно-геодезичних вишукуваннях і загальних положеннях організації інженерних вишукувань.

Залежно від черговості підготовки проектної документації вишукувальні роботи проводять у декілька стадій:

- для передпроектних робіт та розроблення ескізного проекту (ЕП) в основному на основі літературних, фондових джерел;

- для техніко-економічного обґрунтування (ТЕО) або техніко-економічного розраху­нку (ТЕР), складання проекту (П) або робочого проекту (РП) виконується до 99 відсотків обсягів вишукувань;

- для підготовка робочої документації (РД) виконуються додаткові обсяги вишукувань відповідно до технічного завдання.

Підкреслимо, що склад і обсяги вишукувальних робіт визначає вишукувальна організація із врахуванням виду будівництва, регіональних, територіальних та локальних особли­востей території (складність умов), ступеня її вивченості, стадії проектування.

Охарактеризуємо в загальному види інженерних вишукувань на основі їх характеристик в ДБН [4].

Інженерно -геологічні вишукування охоплюють такі види робіт:

- вивчення інженерно-геологічних процесів і явищ на території об'єкта;

- бурові та гірничопрохідницькі роботи;

- геотехнічні вишукування (польові та лабораторні дослідницькі роботи);

- геофізичні роботи;

- гідрогеологічні вишукування;

- стаціонарні спостереження.

Точки, в яких виконують інженерно-геологічні вишукування: геологічні виробки (шурфи, свердловини, відслонення, лінії тектонічного пору­шення), точки розташування геофізичної апаратури прив'язують до пунктів геодезичної мережі з СКП 0,5-1 мм у масштабі плану і 0,1- 0,5 м за висотою. Більшу похибку (до 1 м) встановлюють для висотної прив'язки точок електро- та магніторозвідування.

Планово-висотне прив'язування точок доцільно проводити GPS-методом, а достатній густині точок геодезичної опори способом електронної тахеометрії з використанням TPS, рідше лінійно-кутових засічок.

Результати перенесення в натуру або прив'язування наносять на карти відповідних масштабів, складають каталог координат і висот точок, схеми прив'язування, подаються матеріали обчислень тощо.

Інженерно-геологічні процеси і явища вивчають за архівними матеріалами і даними польових досліджень структури ґрунтів у шурфах, котлованах, на від­слоненнях, а також методом буріння.

Бурові та гірничопрохідницькі роботи виконують для отримання інформа­ції про склад ґрунтів і умови їх залягання, глибину залягання ґрунтових вод та водоносних горизонтів, наявність напору, особливості рівневого режиму; відбиран­ня зразків ґрунтів і проб води для лабораторних досліджень; виконання польових досліджень властивостей ґрунтів; організації системи спостережень за компонен­тами геологічного середовища; встановлення меж прояву інженерно-геологічних процесів.

Під час геотехнічних вишукувань визначають склад, стан і властивості ґрунтів та їх зміни під впливом різних факторів (зволоження, обводнення, осу­шення, термічні впливи, статичні та динамічні навантаження); дають прогнозну оцінку стійкості схилів, укосів, природних і штучних геотехнічних масивів ґрунтів, розробляють рекомендації для влаштування основ, фундаментів і захисних споруд, виявлення причин неприпустимих осідань і деформацій масивів ґрунтів. У ході лабораторних досліджень визначають фізичні, міцнісні, деформаційні та інші властивості ґрунтів, а також хімічні властивості ґрунтових вод.

Геофізичні роботи виконують з метою визначення структурно-тектонічної будови місцевості, меж поширення та потужності ґрунтів різного літологічного складу і стану, властивостей ґрунтів, рівнів підземних вод, напрямку та швидкості їх руху, виявлення інженерно-геологічних процесів і геофізичних аномалій, а також для сейсмічного мікрорайонування.

Гідрогеологічні вишукування виконують у комплексі з інженерно-геологічними вишукуваннями або окремо з метою одержання відомостей про інженерно-гідрогеологічні умови території та даних для проектів будівництва чи проектів захисту будівель, споруд і територій від небезпечних процесів, вивчають басейн стоку в межах урбанізованої території, складові балансу ґрунтових вод (за необхідності - інших водоносних горизонтів у зоні активної взаємодії), фільтра­ційних характеристик ґрунтів, природних і техногенних процесів.

Для будівництва об'єктів екологічної небезпеки закладають мережу гідрогео­логічних свердловин і ведуть стаціонарні спостереження за змінами рівня ґрунто­вих вод, їх складом тощо.

Стаціонарні спостереження за станом елементів геологічного середовища, деформаціями конструкцій будівель і споруд проводять як у процесі моніторингу, так і під час виконання вишукувальних робіт. Мета цих спостережень - отримання інформації про розвиток інженерно-геологічних та гідрогеологічних процесів, їх циклічність, вплив на стан та експлуатаційну придатність будівель і споруд. Стаціо­нарні спостереження проводять переважно при будівництві об'єктів підвищеної екологічної небезпеки у складних інженерно-геологічних умовах, а також для визначення оцінювання впливів об'єкта на довкілля і навпаки.

У програмі інженерно-геологічних вишукувань передбачають спеціальні види робіт, зокрема такі як аерокосмічне знімання, стаціонарні наземні інженерно-геодезичні спостереження за динамікою розвитку зсувних, карстових, суфозійних процесів, геофізичні роботи, лабораторні випробовування та моделювання. На ділянках розвитку небезпечних геологічних процесів (карст, суфозія, зсуви, обвали, селі, перероблення берегів водосховищ, озер і річок, сейсмічність) ведуть циклічні спеціальні спостереження.

Під час вишукувань у районах розвитку карстових і суфозійних процесів (розчинення осадових порід - вапняків, гіпсу, ґрунту - природними водами з утво­ренням пустот) вивчають геоморфологічні, гідрологічні, геологічні й гідрогеоло­гічні умови розвитку карсту; характер його поширення та інтенсивність розвитку, стійкість території відносно карстових провалів і осідань; умови раціонального використання території та проти карстові заходи. У ході проектування інженерних споруд проводять стаціонарні спостереження за зміною напружено-деформованого стану масиву гірських порід, за режимом підземних вод та проявами карсту на земній поверхні з використанням даних стаціонарних гідрометеорологічних постів.

Геодезичні спостереження за карстами і суфозією здійснюють шляхом періо­дичного визначення планово-висотного положення і осідань деформа­ційних марок за допомогою електронного тахеометра або методом наземної фотограмметрії. Пункти планово-висотної геодезичної мережі мають бути розміщені поза зоною деформації поверхні. За результатами геодезичних спостережень складають план розташування і графіки (профілі) вертикальних зміщень осідальних реперів і марок та швидкостей цих зміщень.

У місцях розвитку схилових процесів (зсуви, обвали) на побережжях річок, морів та озер ведуть інженерно-геологічне зонування території за ступенем небез­пеки виникнення цих явищ, визначають їх розміри, швидкість переміщення ґрун­тових мас, положення поверхні ковзання, оцінюють стійкість схилів і прогнозують можливі наслідки від зсувів і обвалів, особливо для наявних будівель і споруд, затоплення долин при утворенні обвально-зсувних загат, виникненні високої хвилі при швидкому зміщенні земля­них мас в акваторію тощо. Значну увагу приділяють динаміці розмивання берегів річок, визначають величини зміщень ґрунту, будують епюри швидкостей і напряму поверхневих течій прибережного водного потоку, визначають фізико-механічні властивості ґрунту тощо.

Геодезичні спостереження ведуться переважно на основі магістральних полігономегричних ходів або GPS-мереж, пункти яких розташовують у прибережній смузі. Просторові координати контрольних точок визначають полярним способом за допомогою TPS, а також за матеріалами наземного або аерокосмічного знімання, особливо на відкритих територіях. Топографічне знімання території ведеться у масштабах 1:2 000 та 1:1 000 (1:500) відповідно на незабудованій та забудованій місцевостях. Похибки визначення координат і позначок контрольних точок встановлюються програмою досліджень переважно у діапазоні 0,10-0,20 м.

Інженерно-гідрометеорологічні вишукування здійснюють з метою комплекс­ного вивчення природних умов навколишньої території та отримання кліматичних і гідрологічних характеристик для вибору майданчика будівництва та для прийняття проектних рішень. При визначенні складу цих вишукувань необхідно враховувати регіональний характер поширення небезпечних явищ і процесів.

До цього виду досліджень відносять:

-інженерно-метеорологічні вишукування для визначення метеорологічного режиму та кліматичних характеристик території, мікрокліматичних особливостей майданчика об'єкта будівництва;

-інженерно-гідрологічні вишукування для визначення гідрологічного режиму території суходолу, прилеглого до майданчика будівництва, режиму водних об'єк­тів, у зоні впливу яких перебуває майданчик, для визначення гідрологічних харак­теристик і ступеня впливу небезпечних гідрологічних явищ і процесів;

- морські інженерно-гідрологічні вишукування для визначення водного ре­жиму акваторій морів, великих озер і водоймищ та ступеня їх впливу на майданчик будівництва.

При інженерно-метеорологічних вишукуваннях визначають кліматичні характеристики території (екстремальні й середні значення температури і вологості повітря та їх зміни, кількість та інтенсивність атмосферних опадів, найбільшу висоту снігового покриву і глибину промерзання ґрунту, розподіл швидкостей та напрямків вітру на рівні земної поверхні й на різних висотах, максимальну товщину стінки ожеледі, тривалість теплого і холодного періодів, дати появи, встановлення, руйнування та сходження снігового покриву, атмосферні явища тощо).

Інженерно-гідрологічні вишукування включають:

- встановлення гідрологічного режиму території, прилеглої до майданчика будівництва (наявність постійних і тимчасових водотоків, озер, боліт; режим поверхневого або під поверхневого схилового стоку; наявність поверхневої ерозії та руслових процесів, селевих потоків, снігових лавин, льодових явищ тощо);

- визначення гідрологічних характеристик водних об'єктів у районі будів­ництва (середні й екстремальні рівні, швидкості течії та витрати води, розрахункові зони затоплення, характеристики руслових процесів);

- дослідження розвитку селевих потоків і снігових лавин (напрями, межі поширення, об'єми, щільність відкладень; частота селів і лавин, межі їх впливу та навантаження на майданчик тощо);

- оцінювання ймовірності впливу на територію об'єкта небезпечних гідро­логічних явищ і процесів (інтенсивного схилового стоку й ерозії, високих паводків і повеней на річках, розмивів берегів і льодових явищ, селів, лавин тощо); прогнозу­вання небезпечних явищ і оцінювання очікуваних ризиків для об'єкта.

При морських інженерно-гідрологічних вишукуваннях з'ясовують:

- гідрологічний режим прибережних зон морів, заток і лиманів у зоні їх впли­ву на майданчик будівництва (найвищі рівні води, припливно-відпливні коливання рівнів води, течії, спади та напливи, хвилювання, льодовий режим, абразія берегів); гідрологічні характеристики водних об'єктів (середні та екстремальні рівні води, швидкості течій, зони затоплення, висота хвилі й хвильові навантаження на берег, характеристики абразивних процесів);

- ймовірність впливу на територію об'єкта небезпечних гідрологічних явищ і процесів на морському узбережжі (катастрофічних напливів, високого хвилювання та цунамі, обвалів і зсувів берегів та ін.).

Під час досліджень гідрологічного режиму території та водних об'єктів (річок, озер, водосховищ та морів) максимально використовують матеріали спостережень гідрологічних постів і станцій, а за їх відсутності - матеріали спостережень на водозборах.

Для забезпечення виконання інженерно-гідрографічних робіт виконують побудову опорної та знімальної планово-висотної геодезичної мережі; топографічне знімання при­бережної частини та водних об'єктів; нівелювання водної поверхні, промір глибин акваторії. Побудову планово-висотних мереж і топографічні знімання проводять за Інструкцією [5] відповідно до масштабу знімання та висоти перерізу рельєфу, вибір яких залежить від стадії проектування і виду проектованої споруди.

Знімання русел проводять переважно у масштабах 1:10 000, 1:5 000 або 1:2 000 із залученням берегової смуги шириною відповідно 200, 150 та 100 м. Глибини вимірюють по основних галсах (лініях), нормальних до берегових ліній, а для контролю - по косих галсах, які перетинають основні під кутом 30-60°. Від­стань між галсами становить переважно 10 і 20 мм у масштабі плану відповідно при складному і спокійному рельєфі дна, а відстань між промірними точками - вдвічі менша, тобто 5 і 10 мм на плані. Похибка вимірювання глибини допускається до 0,1 м на глибинах до 10 м і 1:1000 глибини на більших.

Вишукування для раціонального використання та охорони довкілля виконують у складі комплексних інженерних досліджень (або окремо) для будівництва з метою:

- оцінювання сучасного стану основних компонентів довкілля (літосфери, гідросфери, атмосфери, біосфери);

- виявлення гепатогенних зон та врахування впливу об'єктів і господарської діяльності на довкілля у проекті нового будів­ництва, реконструкції, технічного переоснащення або ліквідації об'єктів;

- вироблення рекомендацій з регулювання впливів, інженерної підготовки освоюваної або освоєної території, конструкцій будинків і споруд для створення сприятливих екологічних умов, виконання організаційних та інженерно-технічних заходів з охорони довкілля.

Залежно від цільового призначення матеріали вишукувань для раціонального використання і охорони довкілля мають містити вихідні дані та рекомендації щодо освоєння, меліорації, реабілітації, рекультивації території, захисту від несприят­ливих процесів, розміщення шкідливих виробництв, відходів тощо.

Спеціалізовані вишукування згідно з ДБН А-2-1-1-2008 [5] включають:

- моніторинг навколишнього середовища в межах населених пунктів (об'єктів);

- контроль стану об'єкта (інжиніринг);

- інвентаризацію земель і кадастрові роботи;

- геодезичне забезпечення в процесі будівництва;

- пошук і розвідку підземних вод;

- проектування та буріння розвідувально-експлуатаційних свердловин для питного і технічного водопостачання;

- розвідування ґрунтових будівельних матеріалів;

- обстеження ділянок для розроблення проектів локальної реконструкції ландшафтів;

- бурові та гірничопрохідницькі роботи у процесі будівництва й реконструкції;

- дослідження забруднення ґрунтів і підземних вод;

- роботи з відновлення територій, забруднених нафтопродуктами та іншими хімічними речовинами;

- створення штучних геотехнічних масивів (основ);

- випробування натурних паль.

Технічне завдання на спеціалізовані вишукування скла­дають у довільній формі, а програма має включати дані про мету, обсяги, методи виконання робіт і вимоги до їх результатів із врахуванням технічних вимог та відповідних нормативних документів.