Методы геофизики в деревянном домостроении
Деревянное домостроение в наше время приобретает все большую популярность - люди хотят жить в жилище из естественного материала и в гармонии с окружающей природой. Это перспективный и динамично развивающийся сегмент рынка жилья.1 Появляются современные проектные решения и новые технологии возведения деревянных домов, однако неизменным остается тот факт, что эксплуатационные качества таких домов и их долговечность зависят прежде всего от надежности и качества фундамента.
Благодаря тому, что деревянный дом легче, например, кирпичного, для заложения фундамента требуется небольшая глубина. Однако бревно или клееный брус - не кирпич, и все нарушения геометрии фундамента приводят к нарушению несущей способности стен, их теплопроводности, снижению эстетической привлекательности дома. И придется ломать голову над тем, как исправить ситуацию без дополнительных работ по корректировке фундамента. При сложном геологическом строении участка и ненадлежащем выборе типа фундамента под угрозой может оказаться устойчивость дома и комфорт проживания в нем.
Если при устройстве фундамента для деревянного дома были допущены ошибки, то через несколько лет после завершения строительства все усилия, потраченные на качественное возведение сруба или крыши, герметизацию окон или утепление полов, могут быть сведены на нет. Неверно выбранный тип фундамента приведет к перекосам, трещинам, просадке углов и в итоге - к разрушению деревянного дома. Вывод из всего сказанного простой: приступать к сооружению фундамента следует после того, как выбрано место его расположения, на земельном участке проведены инженерно-геологические изыскания, на основании которых выбран тип фундамента и материалы для его сооружения, утвержден проект.
В соответствии с законодательством РФ, инженерно-геологические изыскания при строительстве жилых домов выполняются в обязательном порядке. Причем закон имеет обратную силу, и правомерность постройки может быть впоследствии оспорена, например, в случае изъятия участка со строением для государственных нужд. Стандартная процедура исследования геологического строения площадки строительства при возведении коттеджа включает: бурение скважин для изучения геологического строения участка, определения уровня грунтовых вод, отбора образцов грунта и проб воды для проведения лабораторных исследований; проведение лабораторных испытаний отобранных образцов - изучение физико-механических, агрессивных и коррозионных свойств грунтов, определение химического состава грунтовых вод; обработку результатов полевых исследований и лабораторных испытаний, составление технического заключения.
Сегодня бурение скважин в рамках инженерных изысканий под коттеджное строительство - прибыльный бизнес, которым занимаются многие компании как в Ленинградской области, так и в других регионах.
Типичный объем буровых работ при инженерных изысканиях под строительство коттеджа с фундаментом 10х10 м - две-три скважины глубиной 6-12 м, в зависимости от категории2. Стоимость одного метра пробуренной скважины в среднем 3 тыс. руб. То есть примерная стоимость инженерно-геологических изысканий на участке, например, под строительство двухэтажного коттеджа может составлять 36 тыс. руб. и больше. Рынок услуг буровых работ насыщен и характеризуется высоким уровнем конкуренции, что оказывает существенное влияние на качество и стоимость предлагаемых работ. Сложившаяся ситуация обуславливает ценовой демпинг и формальный подход к инженерно-геологическим изысканиям.
Согласно общепринятой методике, для изучения участка площадью 100 м2 выполняется бурение всего двух-трех разведочных скважин, но такой точечный характер исследований не может в полной мере охарактеризовать геологическое строение всего участка, что видно на рис. 1, где схематично показаны возможные проблемы обнаружения локальных объектов методами бурения3.
Рис. 1. Проблемы обнаружения локальных объектов методами бурения
При сложном инженерно-геологическом строении участка остается вероятность того, что на площадке планируемого строительства в основании фундамента могут оказаться линза или плывун, которые попросту не были обнаружены в ходе буровых работ, поскольку бурение в тех местах не проводилось. Эти локальные геологические объекты могут оказать существенное негативное воздействие на прочностные характеристики и устойчивость фундамента здания. В некоторых районах валуны, залегающие в толще почвы, могут препятствовать заложению свай на проектную глубину. Один из факторов, негативно влияющих на легкие фундаменты деревянных домов, - наличие в основании фундамента сильно пучинистых грунтов, таких как глины и суглинки. Эти грунты в зимнее время увеличивают объем почти в два раза, что приводит к их подъему. И если они неравномерно распределены по площади участка строительства, то высока вероятность неравномерного пучения основания фундамента, что неизбежно приведет к деформации деревянного дома.
Чтобы избежать подобных ситуаций и удостовериться в отсутствии вышеперечисленных опасных факторов, например, при возведении деревянного дома с размерами стен 10х10 м на столбчатом или свайном фундаменте, необходимо в идеале пробурить 19 скважин глубиной 2-3 м (под каждую опору). Объем работ составит 38-57 пог. м бурения, что при стоимости 3 тыс. руб. за метр обойдется заказчику в 114-171 тыс. руб. Такая стоимость инженерно-геологических изысканий, как правило, отпугивает участников строительства деревянного дома от полномасштабного исследования участка, и они ограничиваются всего 2-3 геологическими скважинами, которые могут перекрыть всего 10 % точек опор. Остальное инженерно-геологическое пространство участка принимается как однородное. Но представим себе, что будет, если несколько опор фундамента попадет в пространство с неоднородным инженерно-геологическим строением...
Как снизить риски и быть уверенным в том, что на территории участка застройки нет опасных факторов, связанных со сложным строением инженерно-геологической среды, способных негативно влиять на устойчивость и безопасность возводимого сооружения?
В комплексе инженерно-геологических изысканий, помимо буровых работ, существует область инженерной геофизики, методами которой решается множество задач, начиная от детального изучения строения геологического разреза и заканчивая выявлением блуждающих токов и коррозийной активности грунтов. Проведение таких исследований требует использования специальной аппаратуры, программного обеспечения, определенного опыта и квалификации, что рождает у потенциальных заказчиков ложное ощущение недоступности и дороговизны этих методов. Кроме того, одной из причин, сдерживающих массовое использование методов геофизики в повседневной жизни, является широко распространившееся в обществе мнение о том, что геофизические методы служат для обследования так называемых геопатогенных зон. Это псевдонаучные домыслы, которые не имеют к геофизическим методам исследования никакого отношения. России такую болезнь еще предстоит пережить. Такое отношение к геофизике в российском обществе вкупе с незнанием ее реальных возможностей сдерживает применение этих методов, в том числе и в деревянном домостроении.
Между тем, один из плюсов использования геофизических методов для людей, выбравших в качестве строительного материала для своего дома древесину, - отсутствие разрушающего воздействия на исследуемую среду. Но основным достоинством геофизических методов, конечно же, является то, что с их помощью можно получить огромный объем информации об обследуемом объекте, чего невозможно достичь при точечном бурении скважин на земельном участке. Методы геофизики позволяют непрерывно отслеживать изменения геологических границ и обнаруживать локальные объекты как геологического, так и техногенного характера. А небольшая стоимость работ и высокая скорость выполнения геофизических исследований могут существенно снизить сопутствующие инженерным изысканиям риски, такие как затягивание сроков работ или выход за рамки бюджета.
Сами геофизические исследования нетрудоемки, большая часть времени уходит на обработку полученных данных. А самое важное: проведение инженерно-геологических изысканий геофизическими методами не требует никаких бюрократических согласований, что также благоприятно сказывается на скорости выполнения и стоимости работ.
Из существующего множества инженерно-геофизических методов наиболее перспективными с точки зрения решения вопросов коттеджного строительства и деревянного домостроения представляются следующие: георадиолокация, электротомография и сейсмотомография, - которые могут применяться как по отдельности, так и в комплексе.
Безусловно, помимо сильных сторон, у методов геофизики есть и недостатки. Например, находящиеся недалеко от обследуемого участка линия электропередач, кабель высокого напряжения или металлические конструкции в земле вблизи исследуемого профиля могут создать помехи при выполнении работ методом электротомографии. Шум, создаваемый, скажем, движущимся автотранспортом или проходящими поездами, может помешать работам, ведущимся методом сейсмотомографии.
В зарубежной практике перед покупкой участка земли под малоэтажную частную застройку его исследуют геофизическими методами на наличие заброшенных коммуникаций, загрязнений и разного рода вредных включений, скрытых в его недрах и связанных с возможным сомнительным прошлым участка. Такая процедура проводится во избежание финансовых и юридических рисков, которые могут возникнуть после покупки этого земельного участка.4
В нашей стране постепенно растет интерес к геофизическим методам исследования земельных участков при строительстве и все чаще «продвинутые» клиенты обращаются с заказами на подобные работы. На рис. 2 представлена трехмерная геоэлектрическая модель участка для коттеджной застройки, выполненная по данным метода электротомографии. Эта модель с высокой степенью детальности характеризует геологическое строение участка.
Рис. 2. Трехмерная геоэлектрическая модель участка
Глубина исследования составила 10 м. По результатам анализа полученных данных были сделаны следующие выводы: на обследованном участке нет никаких опасных факторов, которые могут оказать негативное влияние на устойчивость фундамента здания; в основании здания залегает равномерная толща песков большой мощности, которая с учетом низкого уровня грунтовых вод почти не будет подвержена пучению.
На рис. 3 схематически представлено возможное положение опор западного фасада здания. Все пять опор попадают в пространство с однородным инженерно-геологическим строением.
Рис. 3. Геоэлектрический разрез с положением предполагаемых опор сооружения
Помимо решения вопросов, связанных с проектированием фундамента, по результатам геофизических исследований было установлено, что на этом участке ввиду отсутствия в геологическом разрезе до глубины 10 м водоупорных горизонтов водоснабжение (например, колодец) возможно только за счет верховодки. Возможно, существуют гидрогеологические перспективы на глубине более 10 м, но для получения такой информации требуется провести дополнительные исследования.
Наиболее целесообразно использовать методы геофизических исследований на больших участках со сложным инженерно-геологическим строением, предназначенных для коттеджной застройки. Очевидно, что в таких случаях результатов, полученных в ходе точечного исследования геологического строения участка методами бурения, может быть недостаточно для принятия верного проектного решения относительно конструкции фундаментов строений. Стоимость инженерно-геологических изысканий в случае включения в них комплекса геофизических исследований возрастет незначительно, зато степень изученности участка существенно повысится. На участке, который приведен в примере, рассмотренном выше, методом электротомографии было непрерывно исследовано 75 м профилей на глубину до 10 м. Такой объем работ может с запасом охватить все точки расположения проектируемых опор фундамента дома размером 10 х 10 м. Учитывая данные геофизических исследований, можно с уверенностью сказать, какой грунт находится не только под всеми опорами, но и между ними. Стоимость работ составила 30 тыс. руб. Достижение результатов подобной детальности исследования при помощи методов бурения, причем на меньшую глубину, обошлось бы заказчику не менее чем в 76 тыс. руб.
Итак, достоинства методов геофизических исследований очевидны, и это понимают все больше людей, идущих в ногу со временем и использующих передовые технологии, застройщики, предпочитающие получить исчерпывающую информацию о геологическом строении своего участка и умеющие ценить время, деньги и окружающую среду. Строя дом на земельном участке, человек, как правило, создает себе не просто жилище, а среду обитания. Для того чтобы в будущем иметь возможность проводить реконструкцию строений, возводить новые сооружения без дополнительных затрат на изыскательские работы, целесообразно, приступая к застройке участка, детально изучить его геологическое строение.
Дмитрий ЛАЛОМОВ, инженер-геофизик ОАО «Ленгипротранс»
Геннадий КОВАЛЕНКО, доцент, канд. экон. Наук СПб ГПУ
