MINEX 4.600 FOERSTER

Стоит на вооружении ФРГ и США и предназначен для поиска пластиковых мин в первую очередь, как особо чувствительный сенсор.

FEREX 4.032 API FOERSTER

Предназначен для разминирования и обнаружения любых ферросодержащих объектов, особенно ценен для обнаружения крупных целей на глубинах до 6 м.

METAX 4.250 FOERSTER

Предназначен для разминирования больших площадей, свободных от растительности и посторонних предметов.

Особенности изучения грунтов

Аннотация

Проведены геофизические исследования в составе инженерногеологических изысканий грунтов основания объектов строительства, предусмотренных планами подготовки к проведению чемпионата мира по футболу в 2018 г. на острове Октябрьский в Калининграде. Показано, что верхняя часть геологического разреза до глубин не менее 30 м представлена преимущественно так называемыми слабыми грунтами, больше половины мощности которых сформировано относительно молодым торфом и торфяниками голоценового возраста. Физико-механические характеристики разреза (геотехнические параметры) изучены по материалам бурения и по скоростям поперечных SH волн, характеристики которых изучены методом низкочастотного зондирования микросейсмами (МНЧЗМ). Установлено, что скорости поперечных волн в торфяниках не превышают 40–60 м/сек., а модули деформации Е деф = 0,08–0,5 МПа.

Пасека О.Н. ОАО «Калининградпромпроект», г. Калининград
Аносов Г.И., Дементьев Ю.В. ООО ЦИИЗ «Импульс-М», г. Калининград
Зиновьев В.Н., Чугаевич В.Я. Балтийский федеральный университет им. И. Канта, г. Калининград

Геотехнические параметры грунтов оснований строящихся в Калининграде объектов жилого и производственного назначения длительное время базировались на материалах инженерно-геологического бурения, которое выполняется специализированными предприятиями города, и в первую очередь специалистами ООО «ЛенТИСИз — Калининград». К настоящему времени эти материалы обобщены не только в виде производственных отчетов, но и в ряде открытых публикаций [1, 2]. Вместе с тем геофизические исследования грунтов города впервые были изучены только в период проведения микросейсмического обследования города после землетрясения 21 сентября 2004 г. [3, 4, 5, 6]. В цитированных работах особенностям разреза грунтов в верхней части геологического разреза в центральной части городской территории, прилегающей к пойменной области реки Преголи и в ее пределах, уделялось незначительное внимание по объективным причинам. Однако с началом строительства объектов к чемпионату мира 2018 г., основная часть которых была отнесена к этой территории, резко изменилось само направление инженерно-геологических изысканий. Действительно, особенности проведения инженерных изысканий грунтов заболоченных участков для целей строительства во всем мире признается важной и непростой задачей

ГЕОФИЗИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ИЗУЧЕНИЯ ГЕОТЕХНИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ТОРФЯНЫХ ГРУНТОВ ДЛЯ ЦЕЛЕЙ СТРОИТЕЛЬСТВА

Давно известно, что изучение физико-механических параметров геологического разреза грунтов несущих оснований строительных объектов желательно проводить в условиях естественного залегания ([11] — цитируется по [12]). Для решения этой задачи в течение длительного времени используются методы прямого доступа к измеряемым грунтам in situ с применением как способов инженерного бурения, так и независимых методик измерений геотехнических параметров грунтов с применением оборудования и аппаратуры SPT (Standard Penetration Test) и CPT (Cone Penetration Test), которые из-за прямого воздействия на измеряемое вещество среды и создания условий для изменения параметров залегания не могут рассматриваться в качестве методик неразрушающего контроля [13]. Естественно, что измерения при наличии внешних воздействий также не могут приниматься в качестве независимых и неискаженных. Особенно отчетливо такие искажения проявляются на участках развития болот и заболоченных площадей [1, 7, 14, 9, 10, 6]. Не исключено, что перечисленные проблемы стимулировали развитие процессов, которые обусловили развитие в последние десятилетия целевых геофизических методов изучения параметров среды, лишенных указанных недостатков, обладающих меньшей стоимостью и более высокой производительностью проведения измерительных процедур. Несмотря на преимущественно косвенный характер (то есть неконтактный) таких операций, из-за возможности невнесения прямых искажений в измеряемые величины, как это требуют нормы неразрушающего контроля [13], геофизические методы в инженерно-геологических изысканиях для строительства нашли широкое применение. При этом наиболее востребованными оказались сейсмические, сейсмоакустические и сейсмологические методы, которые позволяют проводить изучение упругих и деформационных параметров грунтов на значительные глубины при минимальных временных и стоимостных затратах. Эти наблюдения могут выполняться как в вариантах профильных и полигонных (с возможностью трехмерных построений) измерений, так и в вариантах сейсмического просвечивания, реализуя способы томографического изучения среды [15, 6]. Однако в условиях урбанизированных территорий и при наличии плотной городской застройки обычные сейсмические наблюдения не всегда могут быть проведены с необходимой детальностью и глубиной. Решение инженерно-геологических задач в таких условиях можно выполнять с использованием точечных геофизических зондирований с последующей экстраполяцией измеряемых параметров как в профильном, так и полигонном вариантах. С этой точки зрения наиболее приемлемым геофизическими методами (кроме электроразведочных) становятся сейсмологические, которые наследуют приемы и способы инженерной сейсмологии в интересах инженерно-геологических изысканий. Наиболее популярным и обоснованным в Калининграде, как и в других регионах (с годами, начиная с K. Aki [16] и пионерских работ Н. Ершова, В. Штейнберга, K. Kanai, T. Tanaka, G. Housner, D. Hudson и др. [17]), с 1990-х гг. стали работы Yuto Nakamura [18, 19]. С учетом имеющихся в практике сейсмических исследований разногласий [20] по физической обоснованности метода в Калининграде применение метода Накамура в варианте HVSR [21] развивается поступательно [14]. В то же время в связи с расширением строительных объемов на объектах чемпионата мира 2018 г. и с выбором площадок для строительства на ранее не используемом острове Октябрьский, где поверхностные и инженерно-геологические условия резко отличаются от традиционных на территории Калининграда, устоявшиеся в нем методы и способы инженерно-геологических изысканий для строительства столкнулись с особыми условиями, которые присущи заболоченным площадям [15]. Несмотря на имеющиеся методические приемы инженерно-геологических изысканий в таких условиях [8, 22], на заболоченной территории острова Октябрьский, где запланировано строительство стадиона ФИФА, традиционные схемы геофизических работ не могли быть реализованы из-за сложной поверхностной обстановки — сильной обводненности, высоких кочек и высоких зарослей камыша. Это подтолкнуло к поиску и обоснованию специальных методических приемов проведения геофизических исследований в дополнение к геологическим с применением инженерного бурения. Известно, что существуют оптимистические оценки современных строительных возможностей [7, 9], согласно которым возможно возведение сооружения стадиона с общим весом до 600 тыс. т на свайном основании, когда длина свай может превысить 25–30 м. При этом по формулам Э.Г. Тер-Мартиросяна [23] мощность активной зоны под проектируемым сооружением может достигать 90–95 м, тогда как глубина проектируемых инженерно-геологических изысканий будет достигать 50 м, то есть по факту планируется «нарушить» рекомендации нормативных документов [15]. Вместе с тем глубина геофизических исследований также не проектировалась на ожидаемые глубины. Как следует из отчетных материалов Московского филиала ЗАО НИПИ «ИнжГЕО» (http://www.injgeo.ru/moskva/), которые были получены по договору от заказчика, в процессе экспериментальных исследований и оценок сейсмической безопасности этой строительной площадки Институтом физики Земли им. О.Ю. Шмидта РАН в 2013 г. экспериментальные геофизические наблюдения не выполнялись, а расчеты и оценки сейсмичности строительной площадки проектируемого стадиона ФИФА и прилегающей территории острова Октябрьский выполнены по оригинальной методике ИФЗ РАН на базе материалов инженерно-геологического бурения. В 2014 г. ОАО «Калининградпромпроект» совместно с ООО ЦИИЗ «ИМПУЛЬС-М» в рамках инженерно-геологических изысканий для целей проектирования эстакады «Восточная», строительство которой запланировано в составе объектов, включенных в перечень сооружений Калининграда к чемпионату мира 2018 г., и которая пересекает остров Октябрьский восточнее стадиона ФИФА «Арена Балтика», выполнил геолого-геофизические изыскания грунтов основания в 100–150-метровой полосе вдоль осевой зоны проектируемого сооружения. Общая длина изученного участка проектируемого объекта превысила 1100 м и пересекает оба русла — Старой и Новой Преголи (рис. 1). Особенности изучения грунтов оснований фундаментов сооружений на острове Октябрьский г. КалининградРаботы выполнялись в заданных точках с привязкой по GPS-приемнику с шагом 40–60 м по осевой линии эстакады автономной сейсмологической станцией REF TEK 130, укомплектованной трехкомпонентным сейсмометром GS-1 № 1866 (рис. 2). Обработка экспериментальных данных выполнялась традиционным способом, подробное описание которого существует в литературе и в наших предыдущих работах [13, 17] и для сокращения объемов статьи здесь не приводится. Построение скоростного разреза 2-D по материалам 1-D, которые соответствуют отдельному зондированию, выполнялось с использованием программного обеспечения Golden Software Surfer v.8 c учетом рекомендаций и согласно концепции [24]. Следует отметить, что использование в данном случае традиционных (в науках о Земле) методов наименьшей кривизны и кригинга в различных модификациях, примененных к протяженным объектам с разреженной сетью измерений, приводит к существенному искажению результатов интерполирования. Особенности изучения грунтов оснований фундаментов сооружений на острове Октябрьский г. КалининградПоэтому в качестве способа интерполяции между точками низкочастотного зондирования был избран метод скользящего среднего. Сопоставление расчетных кривых распределения скоростей S H по глубине на скважинах № 246 и 252 показывает, что амплитуда А 0 хорошо коррелирует с акустической жесткостью — резкостью на границе слоев, как это предполагается теоретически: при наличии по скважине № 252 на подошве торфяного слоя плавного перехода от торфа к супесям через тонкое переслаивание песчано-глинистых пород с торфосодержащими отсутствует резкость границы и амплитуда А 0 равна 13, тогда на скважине № 246 переходной слой отсутствует, возрастает акустическая резкость и амплитуда А 0 равна 22. Эта закономерность четко фиксируется и на профиле «Эстакада “Восточная”» (рис. 3), где в центральной части (точки № 6, 8, 14), скорее всего, существует близкая закономерность, которая проявляется здесь в росте амплитуд А 0 до 35, точки № 7, 9, 10 – до 20, тогда как в среднем значение А 0 не превышает 10–12 при минимальном уровне 6–8.

Особенности изучения грунтов оснований фундаментов сооружений на острове Октябрьский г. Калининград

Хорошо известно [18], что эта амплитуда контролирует уровень уязвимости (устойчивости) к возможному разрушению здесь грунтов основания в момент приложения внешней вибрационной нагрузки. С этой точки зрения центральный блок может рассматриваться как наименее устойчивый при землетрясениях, так как индекс разрушения на частотах 0,75–1,05 Гц превышает здесь значения 20–65 на фоне среднего 10. Корреляция изменений фундаментальной частоты f 0 (0,7–1,4 Гц) с характером изменений амплитуды А 0 не установлена, тем не менее в случае больших значений амплитуды А 0 ширина спектра на уровне 0,7 А о мах существенно меньше по сравнению с таковой при средней величине этого параметра. Согласно спектральным зависимостям такая картина, как правило, может свидетельствовать об изменениях коэффициентов затухания резонансных колебаний и, следовательно, характеризовать здесь реологические параметры вышележащих торфосодержащих осадков и торфа. Представляется в связи с этим, что такая закономерность есть отражение внутренней тонкой структуры торфяных слоев, которая проявляется не только в их геометрических параметрах (мощность), но и в геотехнических характеристиках. Так, сопоставление сводок упругих характеристик торфов и торфсодержащих осадков, изученных и обобщенных для районов Белоруссии, Сибири (РФ) и других районов мира [7, 25, 9, 8, 26, 10], показывает, что геотехнические параметры очень чувствительны не только к методике, способам и условиям измерений (о чем говорилось выше), но и (что важно) к степени преобразования исходного торфосодержащего вещества, или, иными словами, от стадии развития болота [7, 25, 9]. Указанные закономерности находят экспериментальное подтверждение по материалам изысканий на профиле «Эстакада “Восточная”». Сопоставление полученных данных выполнялось в процессе работ по технологии, представленной на рис. 4. Как следует из такого сопоставления, все принимаемые методы обеспечивают как вариабильность, так и достоверность измерений основных геотехнических параметров с точностью не хуже 10–15%, что соответствует директивным требованиям [13, 15].

Особенности изучения грунтов оснований фундаментов сооружений на острове Октябрьский г. Калининград

Принимая во внимание сделанные выше замечания, моделирование скоростного S H -разреза вдоль осевой линии «Эстакада “Восточная”» (рис. 3, вставка) начиналось с параметров торфосодержащих слоев, которые приведены в [8], табл. 1, 2. В дальнейших расчетах осуществлялось пошаговое приближение расчетных значений (пакет NERA) скоростей и расчетной передаточной функции к экспериментальным кривым HVSR-Nakamura [18, 21]. Результаты выполненных расчетов представлены (рис. 3 и 4) и обобщены в виде генерализованного разреза геотехнических характеристик (рис. 5). Как следует из приводимых иллюстраций (рис. 4, 5), разрез грунтов проектируемого сооружения представлен достаточно сложной структурой (с юга — т. 1, на север — т. 18). Она может быть сегментирована на (по крайней мере) на три блока: т. 1 — т. 7; т. 8 — т. 13; т. 13 — т. 18. Каждый из выделяемых блоков характеризуется своим набором геотехнических параметров, требующих своих проектных решений, которые накладывают определенные ограничения на выбор конструктивных схем при строительстве эстакады. Так, для первого блока (т. 1 — т. 7) в центральной части (т. 4 — т. 5, по расстоянию более 60 м) торфосодержащие осадки с резкопониженными геотехническими параметрами имеют мощность более 25 м. В то же время прилегающий блок точек (т. 7 — т. 9) при средней мощности торфяников (до 15 м) подстилается «выступом» высокоскоростной толщи осадков (скорости поперечных волн более 300 м/с). Такое распределение вещества свидетельствует, возможно, либо о наличии здесь «корней» палеорусла Старой Преголи, либо о близости к разломной (сейсмогенной) зоне Бакалинской [3, 4].

Особенности изучения грунтов оснований фундаментов сооружений на острове Октябрьский г. Калининград

Особенности изучения грунтов оснований фундаментов сооружений на острове Октябрьский г. Калининград

В целом сравнение этого участка строительства с другими объекта «Эстакада “Восточная”» свидетельствует о ее наиболее сложном характере распределения геотехнических параметров с глубиной: 1. резкая неоднородность распределения упругих свойств по горизонтали, 2. вдвое большая глубина залегания осадков с пониженными упругими свойствами (более 45 м глубина залегания изолинии «340 м/с» при таковой на прилегающих участках до 20 м). Второй блок (т. 7 — т. 12) представляет собой приподнятую часть высокоскоростных слоев относительно соседних блоков. Возможно, этот участок свидетельствует о наличии захороненной разделительной границы между поймами (палеоруслами) Старой и Новой Преголи, с одной стороны, и о возможных разновозрастных и разноамплитудных вертикальных движениях палеодневной земной поверхности, которые впоследствии проявились наличием двух русел современной Преголи. С точки зрения геотехнических параметров это наиболее «мелкий» уровень залегания изолинии «250 м/с» (19 МПа), который позволяет применять меньшие «по высоте» сваи. Вместе с тем здесь же отмечается наиболее мощная толща осадков с промежуточными значениями геотехнических параметров и повышенную «уязвимость» к разрушению [18, 19, 20]. Третий блок (т. 12 — т. 18) соответствует северному участку объекта «Эстакада “Восточная”», который по сравнению с двумя предыдущими может рассматриваться как наиболее простой и устойчивый. Глубина залегания «дна торфяников» практически устойчива на уровне глубины «10–15 м» на всей длине проектируемой эстакады с незначительными включениями как высокоскоростных, так и низкоскоростных осадков. Уровень границы с оптимальным значением модуля деформации (32 МПа) достаточно устойчив и не превышает 30 м, то есть достаточно близок к среднему по всей площади острова Октябрьский [ЗАО НИПИ ИНЖГЕО]. В заключение необходимо особо подчеркнуть, что сделанные в процессе выполнения представляемой работы оценки сейсмической опасности площадки строительства «Эстакада “Восточная”», как и всего острова Октябрьский с площадкой строительства проектируемого стадиона ФИФА «Арена Балтика», свидетельствуют о прогнозной сейсмичности не менее 7 баллов по шкале МСК-64, которая в целом совпадает с таковой для региона Калининграда [27]. Кроме того, наличие в верхней части грунтов основания мощной (до 10 м и более) толщи торфа и торфосодержащих осадков, скорости поперечных волн в которых существенно ниже 100 м/с, на фоне возможных процессов развития плывунов «на дне торфяников» [14, 2, 25, 21, 28, 6] резко увеличивают опасность возникновения тиксотропного и реологического разжижения уже при таких, относительно небольших сейсмических воздействиях, несмотря на свайные основания (фундаменты) проектируемых сооружений. В условиях, когда длина (высота) несущих свай превысит 20–30 м, опасность разрушения в условиях бокового нагружения и субвертикального «выдергивания» свай достаточно велика и требует (согласно опыта японских строителей [25, 23, 29, 24, 30, 31]) внимательного проектирования и качественного строительства.

Список литературы:

  1. Заигрин И.В., Богомолова Т.В., Котлов В.Ф., Кофф Г.Л. и Мушникова М.А. Составление базы инженерно-геоло- 1. гических данных и карт на территорию Калининграда. Прикладная геоэкология, чрезвычайные ситуации, земельный кадастр и мониторинг: сборник трудов. 2005. № 6. С. 75–89.
  2. Кофф Г.Л. Инженерно-геологические и эколого-геологические исследования и составление карт риска на тер- 2. риторию Большого Калининграда. АНО НИИЦ «Геориск». М., 2003.
  3. Алешин А.С., Погребченко В.В., Скворцов А.Г. и Царев А.М. Актуальные вопросы мониторинга геологической 3. среды и безопасности урбанизированных территорий. Особенности сейсмического микрорайонирования территории Калининграда. Калининград, 2011.
  4. Горбатиков А.В., Лутиков А.И., Овсюченко А.Н. и Рогожин Е.А. Оценка сейсмической опасности для Калинин- 4. града в детальном масштабе. Сейсмическое строительство. Безопасность сооружений. № 4. 2014. С. 19–27.
  5. Алешин А.С. Сейсмическое микрорайонирование особо ответственных объектов. М.: Изд-во «Светоч-плюс», 2010. 304 с.
  6. Zhang L. и O’Kelly B.C. The principle of effective stress and triaxial compression testing of peat. Geotechnical Engineering. 2014. Т. 167. № GE1. P. 40–50.
  7. Амарян Л.С. Свойства слабых грунтов и методы их изучения. М.: Недра, 1990. 220 с.
  8. Сеськов В.Е. и Яромко В.Н. Методические рекомендации по инженерно-геологическому обследованию болот методами сейсморазведки. Минск: БелДорНИИ, 1976. 61 с.
  9. Bujang B.H., Prasad A., Asadi A., Kazemian S. Geotechics of organic soils and peat. L.: CRC Press, 2014. 250 p.
  10. Hobbs N.B. Mire morphology and the properties and behaviour of some British and foreign peats. Quarterly Journal of Engineering Geology and Hydrogeology. 1986. Т. 19. P. 7–80.
  11. Schulze W.E. Grundbau, Deutsche Forschungsgesellschaft für Bodenmechanik. 7th ed. Also available: Technical University of Istanbul, 48, DK624-15, Ucler Printing House, Istanbul, 1943, ed., Leipzig: B.G. Taubner Publishers, 1943.
  12. Tescan S.S., Ozdemir Z., Keccel A. Seismic technique to determine the shallow foundations in soils and rocks. Acta Geophysica. 2009. Т. 57. No 2. P. 1–13.
  13. Система неразрушающего контроля. Виды (методы) и технология неразрушающего контроля. Термины и определения. Серия 28. Вып. 4. М.: ГУП «Научно-технический центр по безопасности в промышленности Госгортехнадзора в России», 2003. 392 с.
  14. Аносов Г.И., Загородных В.А., Пасека О.Н., Сотников Д.С. и Чугаевич В.Я. Инновационные технологии сейсми- 14. ческого микрорайонирования строительных площадок на урбанизированных территориях. Инженерные изыскания в строительстве. Материалы VII ежегодной общероссийской научно-практической конференции «Перспективы развития инженерных изысканий в строительстве в Российской Федерации». 15–16 декабря 2011 года. М.
  15. СП 11-105-97 (части 1–6): Свод правил по инжененым изысканиям для строительства. Инженерно-геологические изыскания для строительства. М.: Госстрой России, 1998.
  16. Aki K. Space and time spectra of stationary stochastic waves, with special reference to microtremors. Bull. Earthquake Res. Inst. 1957. Т. 35. P. 415–457.
  17. Штейнберг В.В., Сакс М.В., Аптикаев Ф.Ф. и др. Методы оценки сейсмических воздействий: пособие. Вопросы инженерной сейсмологии. 1993. № 34. С. 5–94.
  18. Nakamura Y. Seismic vulnerability indices for ground and structures using microtremor. World Congress on Railway Research. Florance, Italy, 1997.
  19. Bonnefoy-Claudet S., Cotton F., Bart P.-Y. The nature of noise wave field and its application for the site effect studies. Earth Science Review. 2006. Т. 76. P. 205–227.
  20. Haghshenas E., Bard P.-Y., Theodulidis N., Team S. Empirical evaluation of microtremor H/V spectral ratio. Bulletin of Earthquake Engineering. 2008. Т. 6. № 1. P. 75–108.
  21. Gosar A. Microtremor HVSR study for assessing site effects in the Bovec basing (NW Slovenia) related to 1998 Mw5.6 and 2004 Mw5.2 earthquakes. Eng. Geol. 2007. Т. 91. P. 178–193.
  22. Алешин А.С., Аносов Г.И., Бессараб Ф.С., Дробиз М.В., Дементьев Ю.В., Рогаль Л.А., Скворцов А.Г. и Чугаевич В.Я. Сейсмическое микрорайонирование территории г. Калининграда. Инженерные изыскания. 2014. № 9–10. С. 68–74.
  23. Тер-Мартиросян Е.Г. Механика грунтов: учебное пособие. М.: Изд-во «АСВ», 2005. 488 с.
  24. Arai K., Tokimatsu K. S-wave velocity profiling of microtremor H/V spectrum. Bull. Seism. Soc. Amer. 2004. Т. 94. No 1. P. 53–63.
  25. Морарескул Н.Н. Основания и фундаменты в торфяных грунтах. Л.: Стройиздат, 1979. С. 80.
  26. Boore D.M., Aste M.W. Comparsion of shear-wave slowness in the Santa Clara Valley, California, using blind interpretation of data from invasive and non-invasive methods. Bull. Seism. Soc. Amer. 2008. Т. 98. No 4. P. 1983–2003.
  27. Айзберг Р.Е., Аронов А.Г., Аронова Т.Н. и др. Сейсмотектоника плит древних платформ в области четвертичного оледенения. М., 2009. 228 с.
  28. Sing W.L., Hashim R., Ali F.H. A review on experimental investigation of peat stabilization. Australian Journal of Basic and Applied Sciences. 2009. Т. 3. № 4. P. 3557–3552.
  29. Arai K., Tokimatsu K. Effects of Rayleigh and Love waves on microtremors H/V spectra. 12 WCEE. 2000. Paper № 2232/4/A. P. 1–8.
  30. Kuo C.-H., Cheng D.-S., Hsieh H.-H., Chang T.-M., Chiang H.-J., Lin C.-M., Wen K.-L. Comparison of three different methods in investigating shallow shear-wave velocity structures in Ilan, Taiwan. Soil Dyn. Earthq. Eng. 2009. Т. 29. № 1. P. 133–143.
  31. Nakashima M.и Chusilp P. A partial view of Japanese Post —Kobe seismic design and construction practice. Earthquake engineering and Engineering seismology. 2003. Т. 4.No 1. P. 3–13.
  32. Пасека О.Н., Зиновьев В.Н., Аносов Г.И., Чугаевич В.Я. и Сотников Д.С. Инженерно-геофизические исследования грунтов при проектировании надземного пешеходного перехода в г. Калининграде. Инженерные изыскания. 2012. № 4. С. 56–68.
Категории: