А. Ж. Жусупбеков, Н. Т. Алибекова, А. С. Сарсембаева
Геотехнический институт, ЕНУ им. Л. Н. Гумилева, г. Нур-Султан, Казахстан

Введение

В грунтовых условиях г.Нур-Султан свайные фундаменты являются достаточно надежным, и в основном единственно возможным видом фундаментов. При этом проектирование и строительство экономичных конструкций свайных фундаментов возможны при наличии достаточно представительных и достоверных информациях об условиях залегания и свойствах грунтов на строительных площадках, которые получают в результате исследований грунтов при инженерно-геологических исследованиях [1].

Инженерно-геологические исследования представляют собой сложный, многофакторный процесс, зависящий как от естественных условий (геолого-литологическое строение района, наличие и характер физико-геологических явлений, природные условия и др.), так и от характера проектируемых сооружений и прогноза влияния их на изменение природной обстановки [1-4]. Недостоверные результаты при оценке строительных свойств грунтов зачастую приводят к развитию неравномерных осадок фундаментов зданий и сооружений, что ведет к образованию трещин в конструкциях здания и сооружения или полному разрушению здания при значительной величине усилий.

Экономическую задачу инженерно-геологических изысканий можно сформулировать как необходимость получить в минимальные сроки при наименьших затратах инженерно-геологическую информацию, необходимую и достаточную для оптимального и рационального проектирования.

Для решения сложившейся проблемы необходимо обобщить все имеющиеся данные инженерно-геологических изысканий, статического и динамического зондирования грунтов, а также данные полученные на основе комплексного полевого и лабораторного изучения неразрушенных и разрушенных образцов грунтов в единую геоинформационную базу данных, что и было произведено на примере г.Нур-Султан.

Создание геоинформационной базы

Наиболее трудоемкой и ответственной частью работы при создании геоинформационной базы данных является учет, обработка и систематизация результатов ранее выполненных работ.

Создание единой геоинформационной базы включает в себя следующие процессы:

1) выяснение особенностей физико-географических, геологических, геоморфологических и литолого-фациальных условий;

2) качественная и количественная характеристика строения, состава, состояния и свойств генетических, возрастных и петрографических типов грунтов и картографирование пространственной изменчивости их показателей

3) выявление условий залегания грунтов и их распространение;

4) установление характера и интенсивности развития современных геологических и инженерно-геологических процессов и явлений.

Основная система управления программы «Геоинформационной базы данных» (DIG-система) имеет иерархическую структуру, состоящая из двух уровней и включающая следующие основные четыре функций:

1) Функция общего управления (Host DB).

2) Функция входного управления данных (Local DB).

3) Функция извлечения данных и обработки (AP).

4) Функция дополнения данных (Layer DB).

Функция общего управления осуществляет общее управление и организацию графического процесса. Остальные три функции, осуществляющие предварительную обработку исходной информации и обеспечивающие организацию графического процесса, являются ветвями второй ступени.

При этом исходная информация, используемая в программе, подразделяется на два основных раздела:

1. Постоянные наборы данных, образующие локальную базу данных программ и представляющие собой информационный материал, включенный непосредственно в текст программы. К нему можно отнести, например, карту города, координаты города и характеристики для получения графических файлов

2. Исходные данные, подготавливаемые непосредственно пользователем и вводимые в процессе выполнения программы — это наборы исходных данных, формируемых пользователем. В него входят данные, полученные по материалам инженерно-геологических изысканий.

Рис. 1. Карта г. Нур-Султан

Исходные данные второго раздела выполняются в следующей последовательности:

1. Определяется территория исследования и создается карта исследуемой территории в векторной графической программе, например, программа AutoCAD (рис. 1).

2. Указываются позиции каждой скважины на карте исследуемой территории.

3. По данной карте определяются пространственные координаты по X и Y каждой скважины (рис. 2).

4. Создается комплекс табличных данных в программе Excel для ввода информаций о каждой скважине, которые отражены в геолого-литологических колонках и точки зондирования — в паспорте точек зондирования и их координаты:

а) каждой скважине присваивается идентификационный код скважины и вводятся координаты каждой скважины по Х и У, месторасположение, уровень поверхности земли; глубина бурения и уровень грунтовых вод;

б) аналогичные данные заносятся и для каждой точки зондирования с привязкой к рядом находящейся скважине;

в) по каждой привязанной скважине вводятся данные геолого- литологической колонки, а именно глубина залегания, возраст и название грунта, обеспечивающие правильное расположение слоев, а также код состояния (если сыпучий грунт, то код равен 0; если полускальный или скальный, то 1, 2, 3, 4 в зависимости от горной породы);

г) по точкам зондирования вводятся данные по их паспортам.

Рис. 2. Выбор команды Distribution Display

Для построения поперечного профиля определенной области строительной площадки необходимо задать линию для будущего инженерно-геологического разреза с помощью команды Point selи программа автоматически определит скважины, по которым он будет в дальнейшем построен (рис. 2). А в окне Ground section отображаются все скважины по глубине, определившая линия разреза. Набор скважин можно редактировать вручную.

Таким образом разработанная геоинформационная база позволяет воссоздать 3-мерную модель залегания слоев новой столицы и решит ряд инженерных задач. По результатам анализа инженерно-геологических данных застраиваемая территория была подразделена на условно-однородные зоны (по типам основания. На основании анализа полученных разрезов было выявлено, что указанные элементы образуют до коренных пород около восьми типов оснований, так называемых инженерно-геологических элементов (ИГЭ) (рис. 3).

В соответствии с методикой построения карты второй группы были построены с помощью программы «Геоинформационная база данных» карты изолинии оптимальных длин свай, учитывая натурные наблюдения на аналогичных инженерно-геологических условиях, что позволило построить карту инженерно-геологического районирования по оптимизации длин забивных свай под здания 2 (нормального) уровня ответственности с учетом типа основания (рис. 4).

1 тип	2 тип	3 тип	4 тип	5 тип	6 тип	7 тип	8 тип
ИГЭ-1	ИГЭ-1	ИГЭ-1	ИГЭ-1	ИГЭ-1	ИГЭ-1	ИГЭ-1	ИГЭ-1
ИГЭ-2а	ИГЭ-2г	ИГЭ-2а	ИГЭ-2а	ИГЭ-2а	ИГЭ-2а	ИГЭ-2а	ИГЭ-2г
ИГЭ-4	ИГЭ-2а	ИГЭ-3а	ИГЭ-3а	ИГЭ-3б	ИГЭ-2б	ИГЭ-2б	ИГЭ-2а
	ИГЭ-4	ИГЭ-4	ИГЭ-3б	ИГЭ-3в	ИГЭ-4	ИГЭ-3а	ИГЭ-3а
			ИГЭ-3в	ИГЭ-5		ИГЭ-3б	ИГЭ-3б
			ИГЭ-4			ИГЭ-3в	ИГЭ-3в
						ИГЭ-4	ИГЭ-4

Рис. 3. Районирование территории г. Нур-Султан по типам оснований

Полученные результаты

Таким образом в ходе выполненной работы были получены следующие результаты:

2. Произведена оценка инженерно-геологических условий на застроенной территории города Нур-Султан.

3. Разработана «Геоинформационная база данных», позволяющая:

— изучать и анализировать результаты инженерно-геологических изысканий;

— выделить основные инженерно-геологические элементы;

— построить специальные геотехнические карты четвертичных отложений и коренных пород;

4. Представлен анализ физико-механических свойств грунтов, залегаемых на территории г. Нур-Султан.

5. Наблюдаемый при исследованиях и отраженный на графике рассеяния разброс показателей свойств рассматриваемых грунтов отвечает закономерностям, устанавливаемыми методами математической статистики.

6. Построена инженерно-геологическая карта по типам основания, на которой территория Нур-Султан районирована по 8 типам основания.

8. Построена карта инженерно-геологического районирования по оптимизации длин забивных свай под здания 2 (нормального) уровня ответственности.

Рис. 4. Карта районирования по оптимизации длин забивных свай

Заключение

Разработанная геоинформационная база данных может быть развита и для оптимизации буронабивных свай, как для г. Нур-Султан, так и для других мегагородов и новых столиц. Программа «Геоинформационная база данных» позволяет осуществлять анализ и систематизацию данных на основе отчетов об изысканиях с построением математической модели инженерно-геологического строения территории. Эти данные являются основой для общей оценки инженерно-геологических условий в зонах предполагаемого строительства, информацией, пригодной для проработки проектных решений с определением возможных типов фундаментов, нагрузок на грунты основания и принятия конструктивных решений, а также позволяет исключать дублирование работ на одних и тех же площадях.

Используемая литература:

1. Zhussupbekov A.Zh., Alibekova N., Ashkey Y., Bazilov R., Bazarbaev D. Geotechnical problems of new capital Astana (Kazakhstan) // XIV COMBRAMSEG. —Rio de Janeiro, 2008. — P.261-268.

2. Жусупбеков А.Ж., Алибекова Н.Т., Феоктистов С.В., Ивасаки Ё., Мимура М. Современный подход к исследованию геотехнических свойств грунтов при формировании застройки города // Сб. тр. науч.-техн. конф., посвящ. 100-летию со дня рождения Б.И. Далматова «Актуальные вопросы геотехники при решении сложных задач нового строительства и реконструкции». — СПб., 2010. — С. 305-308.

3. Zhusupbekov A., Alibekova N., Morev I., Iwasaki Y., Mimura M. Geotechnical issues of geodata base of soil ground of new capital Astana // International Symposium on Advances in Ground Technology and Geo-Information (IS-AGTG). — Singapore, 2011. — P. 175-178.

4. Zhussupbekov A.Zh., Alibekova N.T., Akhazhanov S.B. Geoinformation systems and technology for its implementation in urban planning of future cities // The 3rd International Forum on Future City Design & Management. — Songdo: Incheon National University, 2016. — P. 50-91.