Отчетные инженерно-геологические материалы
Цели строительного проектирования предопределяют требования к инженерно-геологической информации. Если информация точно отвечает цели проектирования (планирования, строительства, эксплуатации) сооружения, то проектировщик может успешно решить свою (инженерную) задачу. На этапе I главнейшими документами, используемыми планирующими организациями, являются карты среднего и мелкого масштабов.
Это прежде всего карты инженерно-геологических условий, содержащие информацию о пространственных отношениях и характере главнейших компонентов инженерно-геологических условий. Унифицированные инженерно-геологические карты среднего масштаба получают в процессе государственных инженерно-геологических съемок. Эти карты используют различные министерства и ведомства для проработок схем расселения, развития и размещения отраслей промышленности. Наряду с унифицированными инженерно-геологическими картами, представляющими собой карты общего назначения, иногда составляют специализированные среднемасштабные инженерно-геологические карты. Они более предпочтительны для планирования и проектирования конкретного вида строительства, но область их использования более узкая.
На среднемасштабных инженерно-геологических картах показывают геологические тела категории СГК и МГТ-1, если последние занимают обширные площади. Если геологические тела, отвечающие рангу МГТ-1, небольшие и в масштабе карты их представить нельзя, то на картах нередко отмечают их типичные наборы (комплексы МГТ-1), устанавливаемые по признаку генетических отношений. Генетический признак в подобных случаях предусматривает более строгий подход, чем при рассмотрении отношений между геологическими телами в пределах СГК. Он учитывает отношения МГТ-1, обусловленные подпроцессом некоторого основного процесса, под влиянием которого сформировался СГК. Например, подпроцессами аллювиального процесса являются русловый процесс и процесс паводкового разлива реки, формирующие типичные для руслового и, соответственно, для пойменного аллювия наборы МГТ-1. Подобные наборы МГТ-1, представляющие собой геологические тела, не расчлененные на МГТ-1, показывают на картах (разрезах) и называют чаще всего литологическими или литолого-фациальными комплексами. Автору представляется, что их следовало бы называть комплексами МГТ-1. Комплексы МГТ-1 можно выделить в некоторых генетических типах пород. Они занимают промежуточное положение между СГК и МГТ-1 и не отвечают фиксированной таксономической категории, но выделение их на картах (разрезах), по-видимому, оправданно.
Данные о пространственной структуре СГК, определяемой отношениями комплексов МГТ-1, дополненные оценками вероятности встречи МГТ-1, входящими в них, могут существенно облегчить решение инженерной задачи этапов I и IIa. На среднемасштабных инженерно-геологических картах отражается тектоническая, гидрогеологическая и геоморфологическая структуры геологической системы, области геологической среды с неустойчивой структурой. Для МГТ-1, широко распространенных в пределах картируемой территории, следует приводить размахи колебаний классификационных показателей, которые характеризуют свойства соответствующих МГТ-1, но получены на ограниченных (ключевых) участках. Карта должна быть относительно простой и понятной проектировщику. Этому требованию отвечает унифицированная карта, содержащая сведения о главнейших компонентах инженерно-геологических условий. Унифицированная карта позволяет проектировщику наметить (лучше совместно с геологом) возможные варианты и отвергнуть непригодные по геологическим условиям. После завершения этапа IIа инженерно-геологических работ проектировщик оценивает варианты и отбирает среди них оптимальный. И снова главными документами, с которыми работает проектировщик, являются карты инженерно-геологических условий, составленные для вариантов. Это уже инженерно-геологические карты крупного масштаба, 1: 50 000 — 1: 25 000. Методика крупномасштабной съемки принципиально отличается от среднемасштабной: не применяется метод ключевых участков, предусматривается регулярное размещение геофизических и горно-буровых работ, а также пунктов опробования. Крупномасштабные карты, как правило, специальные, так как составляются изыскательскими организациями министерств и ведомств для решения собственных задач.
При проектировании линейных сооружений используются карты масштаба 1:100 000 и мельче. Для корректной сравнительной оценки инженерно-геологических условий перспективных вариантов нужно, чтобы не только информация была получена одними и теми же методами, но и карты вариантов были составлены по единой методике и имели одну и ту же легенду. Но и этого еще недостаточно. Нужно, чтобы оценки одних и тех же свойств геологической среды в пределах сравниваемых вариантов, в том числе численные, были равноточными и равнопредставительными. Например, оценки числа пластичности глинистых пород, распространенных на территории разных вариантов, должны быть подсчитаны по выборкам примерно одного объема, равного или больше оптимального. Если это требование не выполнено, то сравнение пород по числу пластичности не будет корректным. Это, разумеется, относится ко всем свойствам геологической среды. На картах инженерно-геологических условий вариантов или в таблицах — приложениях к картам каждое геологическое тело категории МГТ-1 следует охарактеризовать классификационными показателями, приводимыми в виде размахов. Если статистическая обработка данных подтверждает классификационную однородность МГТ-1, то это означает, что МГТ-1 совмещается с МГТ-2 и для него возможен подсчет оценок среднего значения классификационных показателей. Помимо классификационных показателей на карте (а чаще всего в табличных приложениях) приводят сведения о показателях свойств, полученных скоростными методами (пенетрацией, одноосным сжатием, сжатием-растяжением и др.). Их используют для проверки правильности выделения геологических тел соответствующей категории.
После выбора варианта характер работ проектировщика существенно изменяется. Пока не найдено место строительства, нельзя определить тип сооружения. Нельзя, например, сказать, какой будет плотина — арочной или гравитационной, бетонной или каменно-набросной. Выбор варианта позволяет установить тип сооружения и иногда наметить основные конструктивные решения. Если раньше в ходе первых проектных проработок решались вопросы выбора строительной площадки (трассы), то проектированию сооружений на выбранной площадке отвечают проработки, касающиеся расчетов сооружений, сначала предварительных (компоновка), а затем окончательных. Информация, полученная в процессе этапа IIб инженерно-геологических работ, используется для компоновки сооружений. Компоновка предполагает возможность проведения предварительных, хотя бы с использованием нормативных значений показателей, расчетов. Для решения задач компоновки проектировщику нужна крупномасштабная карта инженерно-геологических условий (1:25 000 и крупнее). Она должна отражать пространственное размещение геологических тел, отвечающих категории МГТ-2, в пределах площадки предполагаемого строительства до глубины, равной максимальной глубине предполагаемой сферы взаимодействия геологической среды с сооружением. Если условия компоновки не свободные и места размещения некоторых сооружений заранее предопределены, то требования к замкнутости информации по глубине могут быть еще более конкретизированы. Глубина освещения инженерно-геологических условий в пределах строительной площадки будет различной. Все геологические тела категории МГТ-2 непосредственно на карте или в табличных приложениях к ней следует охарактеризовать оценками средних значений классификационных показателей и некоторым числом показателей состояния грунтов. В этом случае проектировщик сможет использовать карту непосредственно для компоновки сооружений и проведения предварительных расчетов оснований. Напомним, что выделение МГТ-2 требует проверки однородности поля классификационного показателя, проверки закона его распределения и расчета статистик. При расчете оснований сооружений проектировщик опирается на расчетную схему. Для компоновочных решений ему нужна серия инженерно-геологических разрезов по ξ 1, ξ 2, на которых детальность расчленения геологической среды должна быть такой же, как и на карте (МГТ-2). На разрезах показывают оценки средних значений классификационных показателей, обеспеченных требуемой доверительной вероятностью; оценки показателей состояния; УГВ и другие данные, необходимые для проектирования. Границы геологических тел на разрезах и картах проводятся с такой же доверительной вероятностью, как и оценки свойств. Способы построения формализованных инженерно-геологических разрезов, в частности способ итераций, рассмотрены автором. Построение серии инженерно-геологических разрезов обеспечивается соответствующими способами размещения разведочных выработок (регулярные сппинфы). Другие свойства геологической среды, учитываемые при решении задач проектирования на этапе IIб, представляются с требуемой детальностью при соответствующей доверительной вероятности.
Проектирование отдельного сооружения, место постройки которого окончательно определено, заключается, в частности, в окончательном расчете его основания, а следовательно, в расчете инженерно-геологических процессов, возникающих при взаимодействии геологической среды с сооружением; а также в разработке проекта производства строительных работ. Расчет будущих процессов, таких как уплотнение геологической среды (осадка сооружения), ее разуплотнение (подъем дна котлована вследствие разгрузки), фильтрация и др., требует: 1) определения объема и границ геологической среды, в пределах которых будет развиваться процесс (установление границ зон сферы взаимодействия); 2) выявления структуры каждой зоны сферы взаимодействия, определяемой отношениями геологических тел, статистически однородных по показателю, используемому в расчете процесса (инженерно-геологических элементов); 3) оценки статистик показателей физико-механических свойств грунтов, в том числе показателей, входящих в формулы расчета процессов. Все эти данные должна содержать инженерно-геологическая информация, производимая в ходе работ этапа III. По существу, эти данные составляют детальную характеристику предполагаемой сферы взаимодействия сооружения, ее структуры и свойств. Главнейшими формами представления информации на этом этапе являются инженерно-геологические разрезы, ориентированные по осям и контурам сооружения, т. е. по сечениям зоны сферы взаимодействия, которые проектировщик рассматривает как расчетные сечения.
На разрезах, а иногда и на крупномасштабных картах (1:500 — 1:2000) должны быть выделены геологические тела, отвечающие таксономическому рангу МГТ-3. Каждое тело категории МГТ-3 должно быть охарактеризовано оценками средних значений показателей состояния (при расчетах по нормативным значениям показателей) или оценками средних значений показателей свойств грунтов, используемых в расчетах (модуль деформации, показатели прочности, плотность грунта, коэффициент фильтрации и др.). Выделению геологических тел категории МГТ-3, естественно, предшествует проверка однородности полей показателей их состояния (или полей показателей, используемых в расчетах), установление существенности (несущественности) различия статистических оценок (средних и дисперсий) в соседних геологических телах с требуемым доверительным уровнем. На крупномасштабной карте, составляемой при проектировании крупных и ответственных сооружений, показывают границы МГТ-3, предполагаемые границы зон сферы взаимодействия геологической среды с сооружением и границы сферы в целом. Напомним, что уровень доверительной вероятности информации (границы, показатели свойств, оценки трещиноватости и другие характеристики) должен отвечать требованиям нормативной документации.
Формы представления инженерно-геологической информации, получаемой в ходе строительства ПТС (этап IV) и ее эксплуатации (этап V), рассмотрены выше. Следует только отметить, что инженерно-геологическая информация, получаемая в процессе инженерно-геологических исследований в пределах региональной ПТС, больше по объему и сложнее по характеру, чем информация о функционировании элементарной ПТС. Она используется для осуществления контроля над состоянием геологической среды и проектирования природоохранных мероприятий. Такая информация имеет существенно режимный характер и должна быть преимущественно численной. Разработка инженерно-геологического прогноза для региональной ПТС (которая в большинстве случаев является существенно неоднородной) требует предварительного ее разбиения на квазиоднородные по экзогенным геологическим процессам области. Для каждой квазиоднородной области рассчитывают ее состояние на прогнозируемый момент времени, а затем интегрируют данные об областях в процессе прогноза состояния региональной ПТС. Следовательно, информация о региональной ПТС должна включать данные о ее пространственной структуре и пакеты данных о каждой квазиоднородной области. Ядро пакета должны составлять сведения о режиме функционирования квазиоднородной области, представляющие собой набор (многомерный вектор) параметров состояния квазиоднородной области, соотнесенных с разными моментами времени. Данные о режиме функционирования ПТС могут представляться в виде временных рядов параметров состояния квазиоднородной области, карт (аэрокосмофотоматериалов, характеризующих свойства геологической среды в разные моменты времени) и других данных режимного характера. Перманентная корректировка и выдача инженерно-геологического прогноза должны быть обеспечены специальной автоматизированной системой прогноза.