Инженерно-геологическая рекогносцировка и маршрутные наблюдения

В задачу рекогносцировочного обследования территории входит:

    осмотр места изыскательских работ;

    визуальная оценка рельефа;

    описание имеющихся обнажении, в том числе карьеров, строительных выработок и др.;

    описание водопроявлений;

    описание геоботанических индикаторов гидрогеологических и экологических условий;

    описание внешних проявлений геодинамических процессов;

    опрос местного населения о проявлении опасных геологических и инженерно-геологических процессов, об имевших место чрезвычайных ситуациях и др.

    Маршруты рекогносцировочных обследований должны по возможности пересекать все основные контуры, выделенные по результатам аэрофото- и других видов съемки.

    При отсутствии или недостаточности естественных обнажении выполнение необходимых дополнительных полевых работ обосновывается в программе изысканий.

Маршрутные наблюдения следует осуществлять в процессе рекогносцировочного обследования и инженерно-геологической съемки для выявления и изучения основных особенностей (отдельных факторов) инженерно-геологических условий исследуемой территории. Их следует выполнять с использованием топографических планов и карт в масштабе не мельче, чем масштаб намечаемой инженерно-геологической съемки, аэро- и космоснимков и других материалов изысканий прошлых лет.

Во время маршрутных наблюдениях необходимо выполнять описание естественных и искусственных обнажении горных пород (опорных разрезов), выходов подземных вод (родники, мочажины и т.п.) и других водопроявлений, искусственных водных объектов (с замером дебитов источников, уровней воды в колодцах и скважинах, температуры), проявлений геологических и инженерно-геологических процессов, типов ландшафтов, геоморфологических условий. При этом следует производить отбор образцов грунтов и проб воды для лабораторных исследований, осуществлять сбор опросных сведений и предварительное планирование мест размещения ключевых участков для комплексных исследований, а также уточнять результаты предварительного дешифрирования аэро- и космоматериалов. Наибольшее внимание необходимо уделять наиболее неблагоприятным для освоения участкам территории (наличие опасных геологических и инженерно-геологических процессов, слабоустойчивых и других специфических грунтов,высокая расчлененность рельефа и т.п.).

Маршрутные наблюдения следует осуществлять по направлениям, ориентированным перпендикулярно к границам основных геоморфологических элементов и контурам геологических структур и тел, простиранию пород, тектоническим нарушениям, а также вдоль элементов эрозионной и гидрографической сети, по намечаемым проложениям трасс линейных сооружений, участкам с наличием геологических и инженерно-геологических процессов и др.

Определение направлений маршрутов должно проводиться с учетом результатов дешифрирования аэро- и космоматериалов и аэровизуальных наблюдений.

При проведении комплексных изысканий маршрутное обследование территории должно включать как инженерно-геологические, так и инженерно-экологические наблюдения.

Количество маршрутов, состав и объем сопутствующих работ следует устанавливать в зависимости от детальности изысканий, их назначения и сложности инженерно-геологических условий исследуемой территории.

При маршрутных наблюдениях на застроенной (освоенной) территории следует дополнительно выявлять дефекты планировки территории, развитие заболоченности, подтопления, просадок поверхности земли и другие факторы, обусловливающие изменение геологической среды или являющиеся их следствием.

По результатам маршрутных наблюдений следует намечать места размещения ключевых участков для проведения более детальных исследований, составления опорных геолого-гидрогеологических разрезов, определения характеристик состава, состояния и свойств грунтов основных литогенетических типов, гидрогеологических параметров водоносных горизонтов и т.п. с выполнением комплекса горнопроходческих работ, геофизических, полевых и лабораторных исследований, а также (при необходимости) стационарных наблюдений.

 

15. Инженерно-геологическая съемка – комплексный метод получения информации о наборе компонентов и-г условий некоторой территории путем наблюдений, описания свойств геологической среды и дешифрирования, дополненных другими методами (горно-буровыми, геофизическими, опробованием).

Осн. задачи и-г съемки: изучение геол. строения, геоморфологич. и мерзлотно-гидрогеол. особенностей, и-г свойств пород, совр. геол. процессов и явлений; выявление закономерностей пространств, изменения и-г условий; установление взаимосвязей между отдельными компонентами и-г условий; изучение взаимодействия геол. среды с существующими инж. сооружениями; установление истории формирования и совр. тенденции развития и-г условий; составление прогноза изменения и-г. условий в процессе хоз. освоения территории.        

И.-г. с. включает след. виды исследований: дешифрирование аэрофотоматериалов и аэровизуальные наблюдения; маршрутные наблюдения; проходка горн. выработок (скважин, шурфов и т.п.); геофиз. исследования; полевые изучения свойств грунтов, включая статич. и динамич. зондирование; лабораторные исследования состава и свойств грунтов и хим. состава подземных вод; опытно-фильтрац. работы; стационарные наблюдения; спец. виды и-г исследований, предусмотренные программой; камеральная обработка и составление отчётных материалов.

Общепринятой классификации масштабов и-г с. в СССР нет. При геол. исследованиях мелкомасштабными съёмками считаются 1:500 000 и мельче, среднемасштабными - 1:200 000 - 1:25 000 и крупномасштабными - 1:10 000 и крупнее. Съёмка масштаба 1:200 000, 1:500 000 - 1:100 000 является государственной (государственная и-г съемка — съемка общего назначения, выполняемая для обоснования схем развития и размещения отраслей различной хозяйственной деятельности, схем расселения, а также схем развития и размещения производительных сил). Глубина изучения терр. при и-г с. должна обеспечивать понимание закономерностей формирования и-г условий, и при проведении средне- и крупномасштабной съёмки она не может быть меньше зоны активного влияния инж. сооружений, строительство которых планируется на изучаемой территории.

Производствово и-г с. подразделяется на ряд периодов: 1) подготовительный, в течение которого на основе изучения материалов ранее выполненных исследований и спец. дешифрования аэрофотоматериалов вырабатывается рабочая гипотеза об и-г условиях терр., составляется программа работ; 2) полевой, в течение которого проводятся все запланированные виды работ, позволяющие получить необходимую для составления карты информацию;3) камеральный, когда выполняется значительный объём лабораторных исследований, расчётных и картосоставительных работ, который завершается составлением отчёта. Основным продуктом инженерно—геологической съемки всегда является карта инженерно—геологических условий с пояснительной запиской.  

 

Бурение скважин.

Проходка горных выработок осуществляется с целью:

установления или уточнения геологического разреза, условий залегания грунтов и подземных вод;

определения глубины залегания уровня подземных вод;

отбора образцов грунтов для определения их состава, состояния и свойств, а также проб подземных вод для их химического анализа;

проведения полевых исследований свойств грунтов, определения гидрогеологических параметров водоносных горизонтов и зоны аэрации и производства геофизических исследований;

выполнения стационарных наблюдений (локального мониторинга компонентов геологической среды);

выявления и оконтуривания зон проявления геологических и инженерно-геологических процессов.

Проходку горных выработок следует осуществлять, как правило, механизированным способом.

Выбор вида горных выработок, способа и разновидности бурения скважин следует производить исходя из целей и назначения выработок с учетом условий залегания, вида, состава и состояния грунтов, крепости пород, наличия подземных вод и намечаемой глубины изучения геологической среды.

Шахты и штольни рекомендуется проходить при изысканиях для проектирования особо ответственных и уникальных зданий и сооружений, а также объектов народного хозяйства, размещаемых в подземных горных выработках (СН 484-76) при обосновании в программе работ. В шахтах и штольнях следует изучать условия залегания и обводненность пород, их температурные особенности, степень сохранности, характер геологических структур и разрывных нарушений, а также проводить отбор проб, выполнять исследования свойств пород и другие специальные работы.

Все горные выработки после окончания работ должны быть ликвидированы: шурфы — обратной засыпкой грунтов с трамбованием, скважины — тампонажем глиной или цементно-песчаным раствором с целью исключения загрязнения природной среды и активизации геологических и инженерно-геологических процессов.

 

Способы бурения скавжин:

1) Колонковое – с промывкой водой, для бурения скальных и полускальных грунтов.

С промывкой глиняным раствором – бентонит.

С продувкой воздуха – для мерзлых грунтов.

С промывкой солевыми охлаждающими растворами (для мерзлых).

 В сухую (без промывки).

2) Ударно-канатное кольцевым забоем Ø 89-325. Используется в глинистых грунтах, в песчаных, в пластично-мерзлых.

3) Ударно-канатный сплошным забоем. Для крупнообломочных, песчаных водонасыщенных грунтов, сопровождается обсадкой.

4) Вибрационное. С применением вибратора или вибромолота, Ø 89-168. Для песчаных, глинистых обводненных и слабообводненных грунтов.

5) Шнековое бурение, рельсовое кольцевым забоем.

 

17. Проходка горных выработок (ПГВ) осуществляется с целью:

- установления или уточнения геологического разреза, условий залегания грунтов и подземных вод;

- определения глубины залегания уровня подземных вод;

- отбора образцов грунтов для определения их состава, состояния и свойств, а также проб подземных вод для их химического анализа;

- проведения полевых исследований свойств грунтов, определения гидрогеологических параметров водоносных горизонтов и зоны аэрации и производства геофизических исследований;

- выполнения стационарных наблюдений (локального мониторинга компонентов геологической среды);

- выявления и оконтуривания зон проявления геологических и инженерно-геологических процессов.

ПГВ следует осуществлять, как правило, механизированным способом.

Бурение скважин вручную применяется в труднодоступных местах и стесненных условиях (в подвалах, внутри здании, в горах, на крутых склонах, на болотах и т.п.) при соответствующем обосновании в программе изыскании.

Выбор вида горных выработок (приложение В), способа и разновидности бурения скважин (приложение Г) следует производить исходя из целей и назначения выработок с учетом условий залегания, вида, состава и состояния грунтов, крепости пород, наличия подземных вод и намечаемой глубины изучения геологической среды.

Намечаемые в программе изысканий способы бурения скважин должны обеспечивать высокую эффективность бурения, необходимую точность установления границ между слоями грунтов (отклонение не более 0,25-0,50 м), возможность изучения состава, состояния и свойств грунтов, их текстурных особенностей и трещиноватости скальных пород в природных условиях залегания.

Способы бурения:

Колонковый:

- с промывкой водой – для бурения скальных и п/скальных пород

- с промывкой глинистым раствором(бентонит)

- с продувкой воздух – для мерзлых грунтов

- с промывкой солевыми охлажденными растворами – для мерзлых гр

- в сухую, без промывки

Ударно-канатный с кольцевым забоем: d = 89-325. Для глинистых гр, в песч., пластично-мерзлых.

Ударно-канатный сплошным забоем (желонка) – для крупно-обломочных, песч., водонасыщенных гр. Сопровождается обсажкой.

Вибрационный, d 89-168. Для песч, глин., обводненных и слабообводненных грунтов

- Шнековое бурение (кольцевым забоем) необходимо обосновывать из-за возможных ошибок при описании разреза и невысокой точности фиксации контакта между слоями грунтов.

- Шахты и штольни рекомендуется проходить при изысканиях для проектирования особо ответственных и уникальных зданий и сооружений, а также объектов народного хозяйства, размещаемых в подземных горных выработках при обосновании в программе работ. В шахтах и штольнях следует изучать условия залегания и обводненность пород, их температурные особенности, степень сохранности, характер геологических структур и разрывных нарушений, а также проводить отбор проб, выполнять исследования свойств пород и другие специальные работы.

Все горные выработки после окончания работ должны быть ликвидированы: шурфы — обратной засыпкой грунтов с трамбованием, скважины — тампонажем глиной или цементно-песчаным раствором с целью исключения загрязнения природной среды и активизации геологических и инженерно-геологических процессов.

 

Штамповые испытания.

Используются для определение деформационных характеристик грунтов для сооружений I и II уровня ответственности на стадии рабочей документации. Количество испытаний грунтов штампом для каждого характерного инженерно-геологического элемента следует устанавливать не менее трех.

Штампы подразделяются на 2 вида: плоские (исп.в зоне аэрации и на глубине до 10м) и винтовые (ниже УГВ и на больших глубинах).

S_штампа = 600 см² (как у плоских, так и винтовых).

Нагрузку более 5кг/см² или 0,5МПа давать нельзя, иначе грунт начнет выпирать с боков, произойдет разрушение грунта.

Испытания грунтов статическими нагрузками штампами площадью 2500 и 5000 см² следует осуществлять в шурфах (дудках) на проектируемой глубине (отметке) заложения фундаментов и на 2-3 м ниже нее, а в пределах сжимаемой толщи грунтов основания зданий и сооружений - штампами площадью 600 см² в скважинах или винтовой лопастью в массиве грунтов.

Испытания грунтов штампами предусматриваются также для корректировки значений модуля деформации грунтов, определенных в лабораторных условиях, при их использовании для расчетов оснований зданий и сооружений I — II уровня ответственности. При определении деформационных характеристик грунтов и их корректировке в качестве эталонного метода следует принимать испытания штампом площадью 2500-5000 см².

Плоские штампы исп.в слабых грунтах(мягко-пластичные, лёссы и т.д).

Штамповые испытания деформационных свойств грунтов в полевых условиях производится пошаговым нагружением специальных жестких штампов, которые устанавливаются в грунт, находящийся в пределах взаимодействия с сооружением. Измеряя степени осадки штампа при каждой нагрузке и анализируя характер деформации во времени, делается вывод о характеристиках анализируемого грунта. Штамповые испытания грунтов отличаются высокой сложностью проводимых работ и трудоемкостью, что в первую очередь, обусловлено монтажом специализированного тяжелого оборудования, специальной подготовки анализируемого грунта и высокими временными затратами при анализе.

Именно поэтому штамповое испытание грунта проводят лишь на последних стадиях инженерно-геологических исследований под строительство сооружений, когда уже выбраны основные места посадки, строго определены габариты и ориентировка будущего сооружения.

 

19. Прессиометрия

Метод предназначен для оценки деформационных и прочностных свойств песчано- и щебенисто-глинистых (с содержанием щебня до 30%) грунтов, вскрытых в стенках буровых скважин. Существуют конструкции прессиометров, предназначенные для испытаний скальных грунтов (песчаников, известняков, доломитов, мела, мергелей и др.).

Существо метода заключается в приложении давления к грунтам, вскрытым в стенках скважины, и измерении их. В скважину опускают камеру прессиометра с эластичными стенками. Затем рабочую камеру заполняют водой (гидравлический прессиометр) и создают давление при помощи газа. Деформацию грунта измеряют мерным цилиндром; получают среднюю величину деформации рабочей камеры. В конструкциях пневмоэлектрических прессиометров деформации измеряют при помощи датчиков-преобразователей в трех точках центрального сечения снаряда, расположенных под углом 120°. Нагрузку прикладывают ступенями. Каждую ступень нагрузки выдерживают до условной стабилизации (деформирование породы не превышает 0,1 мм за время условной стабилизации). Например, время условной стабилизации при медленном режиме испытаний для песков 15-30 мин в зависимости от степени влажности, при быстром режиме - 3 мин; для глин при быстром режиме – 30-60 мин в зависимости от показателя текучети, при быстром режиме – 6 мин.

Конечную ступень нагружения устанавливают на 25-50 % меньше предыдущей ступени, при которой наблюдался скачок в приращении деформаций. В случае необходимости оценки прочностных свойств грунтов нагружение доводят до предела их несущей способности (формирование зон пластических деформаций вблизи концов камеры). О начале фазы разрушения грунта судят по незатухающей деформации при постоянной нагрузке. При проведении подобных испытаний следует учитывать технические характеристики прессиометра (предельную деформацию стенок рабочей камеры). Наблюдение за деформацией песчаных грунтов ведут через 5+5+5+15 мин, глинистых – через 10+10+10+30+… мин, при медленном режиме испытаний – через 1+1+1+3+3+3+… мин и при быстром режиме – 2+2+2+6+6+6+… мин. Для органоминеральных и органических грунтов деформацию измеряют через 15 мин в течение первого часа, далее через 30 мин при медленном режиме испытаний; при быстром режиме – через 2 мин в течение первых 10 мин, далее через 10 мин. По окончании испытаний производят разгрузку ступенями, равными двойным ступеням нагружения. По данным испытаний пород составляют график (рис. 3).

Модуль деформации Е определяют по формуле Ляме: где dP – приращение давления на участке пропорциональных деформаций графика функции r=f(P), dr – соответствующие ему приращения радиальных деформаций, r₀ – начальный радиус скважины, μ – коэффициент Пуассона. При обработке данных испытаний грунтов гидравлическим прессиометром для расчета модуля деформации удобно пользоваться уравнением где λ – постоянная прессиометра (определяется при тарировке прибора); приращение: dP - давления, dV – объема. В соответствии с ГОСТ 20276-99 модуль деформации получают по формуле: k – корректирующий коэффициент, определяемый при расчете или по результатам параллельных испытаний грунтов штампом и прессиометром. 

Показатели прочностных свойств оценивают по формулам:

 при глубине >5 м и,

где С – сцепление, - угол внутреннего трения, P_z – природное давление; пределы: P_e – пропорциональности (рис.3), Р_t – прочности.

Для оценки величины можно воспользоваться номограммами (рис.4). При использовании результатов испытаний следует учитывать анизотропность грунтов в отношении прочности и сжимаемости.

Рис. 3. График зависимости осадки от нагрузки при испытании грунтов прессиометром: 1- тарировочный; 2- испытаний

Рис.4. Графики-номограммы для определения угла внутреннего трения грунта по данным его испытания прессиометром: а - >5 м; б - < 5м

 

 

Статическое зондирование

Основано на вдавливании зонда в грунт статической нагрузкой.

Немёрзлые и талые песчано-глинистые грунты, <25% частиц >10 мм.

Фиксируется: лобовое сопротивление Q и трение по боковой поверхности F.

Определяют: ρ, с, φ, Е.

Поровое давление, содержание нефтепродуктов, хлорорганических соединений.

Расчленение разреза, определение уровня п.в.

Расчёт несущей способности свай.

Пробы грунта.

Для получения полного набора св-в используется технология зондирования с разбуриванием.

 

21. Динамическое зондирование предназначено для исследования песчанно-глинистых пород, содержащих не более 40% крупнообломочного материала, на глубину до 20м. с помощью этого метода можно расчленить разрез пород на слои, отличающиеся сопротивлением динамической пенетрации с высокой точностью (до 0,05м); установить их степень однородности, определить показатели некоторых свойств на глубину забивки свай.

Зонд, включающий штанги и наконечник, забивают в грунт ударами молота, падающего с фиксированной высоты (картинку не стала рисовать).при забивке фиксируют число ударов и глубину погружения зонда от одного залога, который устанавливается в зависимости от сопротивления грунта. Сопротивление, которое оказывает грунт зонду, называется динамическое сопротивление пенетрации. Выражается оно в виде относительной величины, числа стандартных ударов на 10см погружения зонда, N=10n/s, где n – число ударов, s- осадка зонда от залога.

С увеличение глубины испытания увеличиваются массу зонда и трение по боковой поверхности зонда. Результаты динамического зондирования представляют в виде графиков.

Динамическое зондирование является косвенным методом. Показатели, которые моно получит Pд (условное сопротивление динамической пенетрации) => по таблице пересчета Е (модуль общей деформации) и плотность сложения грунта. Не предусматривает расчета свай. Ограничения: нельзя зондировать с скальных, полускальных, мерзлых, текучих, мягкопластичных и заторфованных грунтах.