ГЕОФИЗИЧЕСКИЕ ИЗЫСКАНИЯ ПРИ ПРОЕКТИРОВАНИИ И СТРОИТЕЛЬСТВЕ СООРУЖЕНИЙ НА ВОДЕ. МЕТОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ

Автор: Александр ЖИГАЛИН, Канд. геол.-мин. наук, ведущий научный сотрудник Института физики Земли им. О.Ю. Шмидта РАН, Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова

Тема «Сооружения на воде» даже в узких рамках обзора геофизических изысканий при проектировании и строительстве предполагает обширный анализ возможностей геофизических методов на всех этапах создания и эксплуатации такого рода, по большей части, уникальных воплощений инженерной мысли.

 

Сооружения на воде в различных интернет-поисковиках представляются в виде необычных по форме и назначению конструкций, домов, парковых сооружений, прудов-бассейнов с экзотической ихтиофауной и флорой и др. Все это интересно, но развивать тему геофизических и инженерно-геофизических изысканий в приложении к такого рода объектам представляется мало целесообразным, поскольку создание их не выходит, в принципе, за рамки строительства гостеприимного коттеджа или дачи на берегу озера (и даже моря) с беседкой и бассейном в саду.

 

Иной размах приобретает тема воды и соединенных с ней функционально инженерных сооружений, геологических структур, больших объемов горных пород или искусственного материала (бетона, натурального камня или земли), когда речь идет о гидротехнических сооружениях (ГТС). Энциклопедии определяют их как сооружения, предназначенные для использования водных ресурсов или для борьбы с разрушительным действием водной стихии. В зависимости от места расположения и отраслевой ориентированности ГТС могут быть морскими, речными, озерными, прудовыми, наземными, подземными и подводными, производящими энергию, мелиоративными, воднотранспортными, лесосплавными, используемыми для извлечения подземных геологических ресурсов на материковой части и акваториях Мирового океана, окраинных и внутренних морей для водоснабжения и канализации, благоустройства городов и так далее.

 

Важнейшим и наиболее распространенным типом гидротехнических сооружений являются плотины различного назначения – от гигантских плотин мощнейших гидроэлектростанций до дамб (валов), предотвращающих затопление территорий при паводках и в половодье на реках, при приливах и штормах на морях и озерах, а также ограждающих золо- и шлакоотвалы и хранилища жидких отходов промышленных и сельскохозяйственных организаций, набережные в городах, пирсы, причальные сооружения портов, сооружения систем технического водоснабжения, системы гидротранспорта отходов и стоков, сооружения морских нефте- и газопромыслов  и др. Помимо плотин существует большое множество гидротехнических сооружений, в том числе специального назначения, а также сооружения регионального и районного (местного) использования [СП 58.13330.2012].

 

Соответственно значению для народного хозяйства объекты гидротехнического строительства делятся на 5 классов. К 1-му (высшему) классу относятся основные постоянные ГТС гидроэлектрических станций (ГЭС) мощностью более 1 млн. квт; ко 2-му — сооружения ГЭС мощностью от 301 тыс. до 1 млн. квт, сооружения сверхмагистральных внутренних водных путей (например, на Волго-Донском канале и др.) и сооружения речных портов с навигационным грузооборотом более 3 млн. условных тонн. К 3-му и 4-му классам относятся сооружения ГЭС мощностью 300 тыс. квт и менее, сооружения на магистральных внутренних водных путях и путях местного значения, сооружения речных портов с грузооборотом 3 млн. условных тонн и менее. К 5-му классу относятся временные ГТС и т.д. В зависимости от класса устанавливается степень надежности ГТС – запас их прочности и устойчивости к воздействиям, определяются максимальные расходы воды, качество стройматериалов и т.п. Кроме того, согласно классу сооружения, определяется объем и состав изыскательских, проектных и исследовательских работ.

 

В перспективе строительства гидротехнического сооружения необходимо проведение комплексных инженерных изысканий. Инженерные изыскания, предваряющие строительство, должны обеспечивать комплексное изучение техногенных и природных условий акватории и береговой зоны Также составляется прогноз взаимодействия сооружения с окружающей средой, обосновывается его инженерная защита и планируются меры для обеспечения экологической безопасности. Такого рода работы проводятся обязательно для всех типов сооружений.

 

При этом учитывается тип сооружения, пространство акватории (уже существующей или проектируемой), в пределах которой будет заметно влияние сооружения и, главное, потенциальная опасность возникновения чрезвычайных (в том числе, катастрофических) ситуаций при выходе их из строя и деструкции. Учитывая специфику гидротехнических сооружений, следует прогнозировать следующие виды чрезвычайных ситуаций, связанных со строительством и эксплуатацией гидротехнических сооружений: внезапное разрушение плотин, дамб и ограждающих элементов защитных конструкций, а также объектов инфраструктуры, встроенных в основные сдерживающие воду элементы сооружений; постепенная потеря водоудерживающими элементами гидротехнических сооружений их свойства противодействовать напору воды; чрезвычайные ситуации, не связанные напрямую с водой, например, пожары, отказы оборудования и др. Указанные возможные чрезвычайные ситуации должны учитываться уже на стадии предпроектной подготовки и затем при проектировании, а также в процессе строительства и последующей эксплуатации гидротехнических сооружений.

 

На самой ранней стадии геофизических изысканий (следует помнить, что в строительном деле геофизические методы, несмотря на их иногда кажущиеся фантастическими возможности, являются сопутствующими, вспомогательными, дополняющими и уточняющими данные, полученные в ходе «классических» инженерно-геологических изысканий) они играют роль инструмента для изучения геологических условий (геологического разреза, гидрогеологической и геокриологической обстановки и др.) уровня сейсмичности и метеорологических характеристик в регионе и на площадке проектируемого строительства. Геофизики, используя методы электрометрии (электрическое зондирование, теперь в высокоточной его модификации, и электрическое профилирование, в том числе георадиолокацию, а также метод естественного электрического поля), сейсмометрии (горизонтальное и вертикальное профилирование с высоким разрешением, гидроакустическую съемку, межскважинное «прозвучивание», микросейсмическое районирование), термометрии, приносят в копилку инженерных изысканий данные о геологическом разрезе и свойствах горных пород, в том числе донных грунтов, о наличии зон утечек (инфильтрации) и, наоборот, водопритока (разгрузки) как для акватории, так и прибрежной части территории, а также необходимые сведения о реальной сейсмичности в пределах участка будущего гидротехнического сооружения и его окрестностей вплоть до регионального уровня.

 

Геофизические исследования позволяют также «увидеть» опасные инженерно-геологические процессы и явления, выявить зоны распространения специфических грунтов (например, мощных слоев ила или выходов скальных пород), участки разуплотнения и др. Одним из направлений геофизических исследований на первом этапе работы является изучение инженерно-геологической (и геофизической) обстановки территорий и акваторий, прилегающих к гидротехническим сооружениям – обследование водоемов в прибрежных зонах, картирование дна водоема, определение мощности иловых отложений, поиск локальных объектов на дне и др.

 

 

В процессе строительства ГТС попутно проводимые геофизические работы помогают осуществлять непрерывный контроль соблюдения всех проектных установок. Для решения этой задачи используются методы электрометрии и сейсмометрии, термометрии и резистивиметрии (измерение удельного сопротивления воды). Геофизический контроль, проводимый в период строительства ГТС, позволяет выявлять возникающие отклонения от проектных показателей и проводить своевременную технологическую коррекцию. Однако главной задачей геофизической службы в период строительства является «закладка» системы дистанционного мониторинга прочностных и деформационных характеристик основных объектов гидротехнического сооружения, состояния конструктивных элементов и др., который должен будет осуществляться в течение всего срока функционирования ГТС. Оптимальным комплексом дистанционных геофизических методов для осуществления подобного мониторинга может считаться сочетание деформографии, наклонометрии и тензометрии, сейсмоакустических и вибрационных измерений, метода естественного электрического поля в градиентной и/или потенциальной его модификациях, сейсмологический контроль с установкой сейсмометров как на объектах ГТС непосредственно, так и на специально оборудованных пунктах наблюдения в прибрежных и отдаленных частях на суше и в акватории, включая установку донных сейсмометров.

 

По завершении строительства ГТС и начала его эксплуатации в рабочем режиме основной задачей геофизических наблюдений и измерений становится контроль (мониторинг) работы всего сооружения и отдельных его объектов и элементов инфраструктуры. Главную роль при этом выполняет созданная в период строительства комплексная система мониторинга. Работа этой системы дополняется эпизодическим контролем функционирования ключевых и наиболее уязвимых узлов, агрегатов и технологических процессов. Мониторинг этого уровня может осуществляться в «режиме посещения» по мере необходимости и/или в соответствии с технологическим регламентом. Для этой цели обычно служит передвижная лаборатория, снабженная всем необходимым геофизическим, геохимическим и гидрологическим оборудованием.

 

По мере эксплуатации гидротехнических систем возникает необходимость тщательного обследования всех его «рабочих» элементов и в том числе контактных поверхностей на границах раздела сооружение-вода и сооружение-грунт. Такие работы могут проводиться с обнажением скрытых водой поверхностей и конструкций или в «производственной» обстановке. Обычно проводится обследование железобетонных конструкций гидротехнических сооружений, состояние контакта бетонных конструкций с откосами техногенного массива. Из геофизических (точнее, физических) методов контроля используются ультразвуковые измерения с помощью дефектоскопов, работающих на частотах 1,25-10 МГц и позволяющих находить поврежденные участки (плотностные неоднородности или зоны трещиноватости) на глубине до 5 м, а также с помощью георадиолокационных приборов с рабочим частотным диапазоном 250-1000 МГц с глубиной проникновения до 15 м. Применение метода естественного электрического поля позволяет обнаруживать места протечки (фильтрации) земляных или каменных плотин, участки «обходной» фильтрации, зоны инфильтрации в герметизирующих покрытиях в руслах оросительных каналов и других водопроводящих устройств. И чем надежнее организована система стационарного мониторинга, чем тщательнее соблюдаются все регламентные поверочные работы на ГТС, тем исправнее и дольше будет функционировать гидротехническое сооружение, в полной мере отвечая своему назначению.



Цитата Автора

Сооружения на воде в различных интернет-поисковиках представляются в виде необычных по форме и назначению конструкций, домов, парковых сооружений, прудов-бассейнов с экзотической ихтиофауной и флорой и др. Все это интересно, но развивать тему геофизических и инженерно-геофизических изысканий в приложении к такого рода объектам представляется мало целесообразным, поскольку создание их не выходит, в принципе, за рамки строительства гостеприимного коттеджа или дачи на берегу озера (и даже моря) с беседкой и бассейном в саду.

12345
Загрузка...
Комментарии

Оставить комментарий

Пожалуйста, авторизуйтесь чтобы добавить комментарий.
  Подписаться  
Уведомление о
Журнал «Инженерные изыскания»

Оформить подписку на журнал «Инженерные изыскания»

Журнал «Инженерная геология»

Оформить подписку на журнал «Инженерная геология»

Журнал «Геориск»

Оформить подписку на журнал «Геориск»

Журнал «Геотехника»

Оформить подписку на журнал «Геотехника»