7.5. Этапы и цели прогнозирования при инженерно-геологических изысканиях

Инженерно-геологическая оценка некоторой территории (области геологической среды) представляет собой последовательные операции с инженерно-геологической информацией. Главнейшие операции – обработка инженерно-геологической информации, проверка соответствия информации оптимальным требованиям, предъявляемым к ней, (полнота, качество, замкнутость, объем), специальный анализ информации. На основе инженерно-геологической оценки территории принимаются решения, определяющие взаимодействие орудий и продуктов труда с геологической средой и разрабатываются планы проектных, рабочих и оперативных документов, регламентирующих размещение сооружений, выбор их типов и конструкций, методов эксплуатации ПТГ, реализуются мероприятия по рациональному использованию и охране природных ресурсов. Следовательно, инженерно-геологическая оценка в той или иной форме всегда содержит элементы инженерно-геологического прогноза ПТГ, заключающегося в прогнозе взаимодействия ее подсистем (сооружение и сфера взаимодействия).

На ранних стадиях проектирования сооружений в оценку входят главным образом элементы пространственного (регионального) прогноза, даваемого в качественной форме. В ходе стадийного проектирования и обслуживающих его инженерно-геологических изысканий оценка, наряду с констатацией современной структуры и свойств изучаемой геосистемы и процессов, происходящих в ней, включает элементы пространственно-временного прогноза (чаще всего локального), представляемого в количественной форме с требуемой точностью и вероятностью. Применение термина «прогнозная оценка» нельзя считать правильным, так как непрогнозных инженерно-геологических оценок нет.

Этапы инженерно-геологической оценки (прогноза):

1-3 – проектирование;

4 – строительство;

5 – управление;

На 1 и 2 этапах цель инженерно-геологического прогноза – обоснование технической возможности и экономической целесообразности строительства, нахождение наиболее благоприятных мест расположения сооружений. На этом этапе прогноз большинства компонентов дается безотносительно ко времени. По характеру оценок прогноз – качественный с количественной оценкой некоторых компонентов.

1-2а – количественные оценки содержат главным образом прогнозы гидрогеологических свойств среды, прогнозы физико-механических свойств грунтов, их пространственной изменчивости.

На этапе 2б решается задача строительного проектирования и оптимального размещения сооружений на площадке. Для этого проектировщик проводит расчеты оснований сооружений и т.д. Требования к исходным материалам для проектирования определяются задачами проектирования, соответствующим назначению и техническим характеристикам сооружений. Информация инженерно-геологических изысканий должна содержать оценку и прогноз свойств геологической среды (деформационные, прочностные свойства пород и др.). Прогноз при этом является общим и частным, локальным (для линейных сооружений – региональный), в основном количественный, безотносительный во времени и срочный (пример – расчет времени консолидации основания).

На 3 этапе (проектирование) информация для прогноза носит локальный количественный характер, безотносительна ко времени.

4 этап можно считать контрольным. Главная его цель – корректировка рабочей документации и проекта. Классы прогнозов аналогичные.

5 этап включает в себя наблюдения за режимом движения ПТГ, и инженерно-геологических процессов.

На 4 и 5 этапах получается информация не только о геологической среде, но и об искусственных элементах природно-техногенных геосистем (ПТГ) (взаимодействие орудий и продуктов труда, сооружений с геологической средой).

При инженерно-геологических изысканиях физико-механические свойства грунтов как оснований являются важнейшими из свойств геологической среды.

Прогнозы физико-механических свойств грунтов на 1 и 2 этапах инженерно-геологических изысканий относятся к классу частных региональных, количественных, безотносительных во времени.

Задача – выделение лучших по физико-механическим свойствам грунтов участка расположения сооружений на основании полей аномалий – областей максимума (сопротивление пенетрации, прочность) или минимума (пористость, сжимаемость, относительная просадочность) показателя.

В пределах изучаемых участков проводится сравнительная характеристика классификационных показателей с учетом требований к геологической среде предъявляемых проектированием. Сравнение и изучение участков проводится по оценкам средних значений показателей и мерам их рассеяния.

Этап 2б – проектировщик пользуется нормативными значениями показателей прочности и сжимаемости (по СНиП). Нормативные значения устанавливаются с учетом оценки средних значений классификационных показателей. Для предварительных расчетов оснований сооружений расчетные значения показателей прочности, сжимаемости, коэффициента фильтрации и др. устанавливаются на основании статистической обработки экспериментальных данных лабораторных исследований. Прогноз показателей физико-механических свойств пород носит локальный характер. При этом для каждого из геологических тел (инженерно-геологические элементы) подсчитываются оценки средних значений и меры его рассеяния с доверительным уровнем, регламентированным СНиП. Набор включает оценки тех показателей свойств геологических тел, которые проектировщик использует при расчете инженерно-геологических процессов (осадки, консолидации, фильтрации и др.) или показателей, на основании которых устанавливаются нормативные значения модуля деформации, сцепления, угла внутреннего трения.

Главная цель строительного прогнозирования на 3 этапе – проведение окончательных расчетов инженерно-геологических процессов, которые возникнут в пределах предполагаемой сферы взаимодействия геологической среды с сооружением в процессе его строительства и эксплуатации.

Для каждого геологического тела на 3 этапе подсчитываются средние значения показателей и устанавливаются расчетные.

Строительными нормами и правилами предусмотрено получение расчетных значений с доверительным уровнем 0,95 при расчетах оснований по несущей способности, с доверительным уровнем 0,85 – при расчетах оснований по деформациям. Для сооружений I класса капитальности допускается повысить доверительный уровень до 0,99. Точность прогноза подсчитывают по формулам, учитывающим меры рассеяния показателей свойств пород (статистическая обработка результатов лабораторных данных при камеральной обработке).

Прогноз показателей физико-механических свойств на 4 этапе инженерно-геологических работ, также относя к классу количественного локального прогноза. Инженерно-геологические работы выполняются в строительных котлованах и направлены на получение оценок средних значений показателей свойств грунтов, вскрытых выемкой на момент производства строительных работ.

На 5 этапе инженерно-геологические работы проводятся на основе режимных наблюдений за свойствами грунтов (уплотнение, влажность, поровое давление и т.д). Данные о режиме физико-механических свойств грунтов используются для проверки прогнозов инженерно-геологических процессов, разработанных в период проектирования и корректировки.