Основы грунтоведения

При специальном инженерно-геологическом районировании учитываются признаки, определяющие условия решения конкретной инженерной задачи. Так, при открытых разработках последовательно учитываются мощность и строение толщи вскрышных пород, степень и характер обводнённости, механические свойства пород, интенсивность проявления и характер геологических процессов и др.

Инженерно-геологическое районирование может выполняться в трёх вариантах:

- региональное (осуществляет деление территории на части, каждая из которых получает развёрнутую индивидуальную характеристику);

-типологическое (дополнительно проводится классификация выделенных единиц);

- смешанное (крупные единицы выделяются как региональные, более мелкие — как типологические, образуя внутреннюю структуру крупных единиц).

Последний вариант инженерно-географического районирования является наиболее распространённым. Объединение территориальных единиц в классы позволяет давать им обобщённую характеристику, составлять для них единые рекомендации по изысканиям и различным видам инженерных работ, осуществлять экстраполяцию, использовать метод инженерно-геологических аналогий и прочее.

В горном деле, гидротехническом строительстве инженерно-геологическое районирование иногда рассматривается также как аналог построения структурных инженерно-геологических моделей с выделением в пределах массива (месторождения) геологических тел нескольких уровней на разной глубине, с использованием для их обозначения тех же терминов — "инженерно-геологический район", "подрайон", "участок".

 

 

 

 

3.3 Инженерно- геологические карты.

Инженерно- геологические карты — вид геологических карт, на которых показаны все важнейшие геологические факторы, учитываемые при планировании, проектировании, строительстве, эксплуатации сооружений и проведении других инженерных мероприятий, а также при прогнозе изменения геологической среды под влиянием инженерно-хозяйственной деятельности. На инженерно-геологических картах отображены возраст, генезис, условия залегания, состав, строение и физико-механические свойства горных пород и комплексов и их распространение, геоморфологическая характеристика территории, гидрогеологические условия, геодинамические явления. Карты сопровождаются разрезами, таблицами, текстовыми пояснениями.

Инженерно-геологические карты классифицируются по назначению, содержанию, масштабам. По назначению различают общие и специальные инженерно-геологические карты. Общие карты являются многоцелевыми и содержат инженерно-геологическую информацию, необходимую для обоснования различных видов инженерно-хозяйственного освоения территории. На специальных инженерно-геологических картах показываются какие-либо отдельные инженерно-геологические характеристики (карта оползней) либо даётся информация для какой-то определённой цели (например, инженерно-геологические карты для открытой разработки полезных ископаемых, для промышленно-гражданского строительства и др.). В зависимости от содержания различают частные (аналитические) и основные комплексные (синтетические) карты. На частных картах показываются и оцениваются отдельные инженерно-геологические компоненты. Их содержание обычно отражено в названии карты, например карта трещиноватости горных пород, карта степени выветривания, карта прочности пород и др. Основные комплексные карты делятся на карты инженерно-геологических условий, где отражены все инженерно-геологические элементы территории как природной геологической системы, и карты инженерно-геологического районирования, на которых выделяются территории на основе общности их инженерно-геологических условий (выделенные территории, районы, участки классифицируются и оцениваются по сложности инженерно-геологических условий для различных видов инженерного освоения).

Очень важны прогнозные инженерно-геологические карты, отображающие и оценивающие ожидаемые изменения геологической среды в результате техногенного воздействия на неё. Эти карты также могут быть частными (например, карты прогноза просадок в лёссах на орошаемых территории и т.п.) и комплексными (карта изменения инженерно-геологических условий горнорудного района).

В зависимости от масштаба различают: 

- обзорные карты (1:1 000 000 и мельче), составляемые для общей инженерно-геологической характеристики крупных природно-экономических регионов или всей страны;

- мелкомасштабные (1:500 000 — 1:100 000), используемые для планирования размещения сооружений, предпроектных проработок, при проектировании детальных инженерно-геологических работ, региональных прогнозах;

- среднемасштабные (1:50 000 — 1:25 000), необходимые для оптимального выбора строительных площадок, принятия принципиальных проектных решений, составления локальных прогнозов и др.;

- крупномасштабные (1:10 000 и крупнее), предназначенные для инженерно-геологического обоснования условий строительства и эксплуатации конкретных сооружений (шахт, карьеров, гидроузлов и т.д.).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Раздел 4. Инженерно-геологические изыскания.

 

4.1 Состав инженерно – геологических изысканий.

Инженерно-геологические изыскания - это исследования, в ходе которых проводится изучение инженерно-геологических условий района (объекта, площадки, участка, трассы) предполагаемого места строительства, включая рельеф, сейсмотектонические, геоморфологические и гидрогеологические процессы, геологическое строение и составление прогноза возможных изменений инженерно-геологических условий при взаимодействии данных объектов с геологической средой. Инженерно-геологические изыскания необходимы также для получения материалов, для обоснования проектной подготовки строительства.

В состав инженерно-геологических изысканий входит:

- сбор, изучение и обобщение архивных материалов изысканий на изучаемой площадке;

- исследование геологического строения площадки;

-выявление гидрогеологического режима, химического состава подземных вод и фильтрационных характеристик грунтов;

-исследование закономерностей и факторов развития опасных геологических и инженерно-геологических процессов в пространстве и во времени;

-полевые исследования физико-механических свойств грунтов;

-лабораторные исследования физико-механических свойств грунтов;

-геофизические исследования;

-обследование грунтов оснований существующих зданий и сооружений;

-составление прогноза изменений инженерно-геологических условий;

-камеральная обработка материалов и составление технического отчета (заключения) по результатам геологических, гидрогеологических изысканий и других исследований.

Грунты определяют устойчивость возводимых на них зданий и сооружений, поэтому необходимо правильно определять характеристики, которые обусловливают прочность и устойчивость грунтов при их взаимодействии со строительными объектами.

Грунтоведческая лаборатория. Образцы грунтов для лабораторных исследований отбираются по слоям грунтов в шурфах, в буровых скважинах, которые располагают на исследуемых строительных площадках.

В лабораторию образцы грунтов доставляют в виде монолитов или рыхлых проб. Монолиты — это образцы фунтов с ненарушенной структурой. Такие монолиты отбирают в скальных и связных (пылевато-глинистых) фунтах. Размеры монолитов должны быть не меньше установленных норм. Так, для определения сжимаемости фунта, пробы, отбираемые в шурфах, должны иметь размеры 20 х 20 х 20 см. В монолитах пылевато-глинистых фунтов при этом должна быть сохранена природная влажность. Это достигается созданием на их поверхности водонепроницаемой парафиновой или восковой (иногда битумной) оболочки. В рыхлых фунтах (песок и т. д.) образцы отбирают в виде проб определенной массы. Так, для проведения гранулометрического анализа песка необходимо иметь пробу не менее 0,5 кг. 
В лабораторных условиях можно определять все физико-механические свойства грунтов. Каждая характеристика этих свойств определяется согласно своему ГОСТу, например, природная влажность и плотность грунта — ГОСТ 5180—84, предел прочности, гранулометрический (зерновой) и микроагрегатный состав и т. д.

Лабораторные исследования на сегодня остаются основным видом определения физико-механических свойств грунтов. Ряд характеристик, например, природная влажность, плотность частиц грунта и некоторые другие определяются только в лабораторных условиях и с достаточно высокой точностью. В то же время лабораторные исследования грунтов имеют свои недостатки:

• они довольно трудоемки и требуют больших затрат времени;

• результаты отдельных анализов, например определение модуля общей деформации, не дает достаточно точных результатов, что бывает связано с неправильным отбором монолитов, неправильным их хранением, низкой квалификацией исполнителя анализа;

• определение свойств массива грунта по результатам анализов небольшого количества образцов не позволяют получать верное представление о его свойствах в целом. Это связано с тем, что однотипные грунты, даже в пределах одного массива, все же имеют известные различия в своих свойствах.

Полевые работы. Исследование грунтов в полевых условиях, т. е. на исследуемой строительной площадке, дает определенное преимущество перед лабораторным анализом. Это позволяет определять значения характеристик физико-механических свойств в условиях естественного залегания грунтов без разрушения их структуры и текстуры, с сохранением режима влажности. При полевых исследованиях лучше, чем по результатам лабораторных анализов, моделируется работа массивов грунтов в основаниях зданий и сооружений. Полевые методы исследования грунтов обеспечивают высокую точность результатов, поэтому в последние годы их используют все больше. При этом совершенствуется техническая оснащенность, применяются ЭВМ. Некоторые полевые методы относятся к экспресс-методам, что позволяет быстрее получать результаты изучения свойств грунтов. Необходимо отметить, что если полевые методы дают хорошую возможность определять свойства в условиях естественного залегания грунтов, то они не всегда позволяют прогнозировать поведение массивов грунтов на период эксплуатации зданий и сооружений. Поэтому целесообразно разумно сочетать лабораторные и полевые методы. В полевых условиях определяют все прочностные и деформационные характеристики как скальных, так и нескальных грунтов.

Среди методов деформационных испытаний грунтов на сжимаемость эталонным следует считать метод полевых штамповых испытаний. Результаты других методов деформационных испытаний, как полевых (прессиометрия, динамическое и статическое зондирование), так и лабораторных (компрессионные и стабилометрические) обязательно должны сопоставляться с результатами штамповых испытаний.

При определении прочностных характеристик грунтов наиболее достоверные результаты дают полевые испытания на срез целиков грунта непосредственно на строительной площадке. Из-за высокой стоимости и трудоемкости этих работ их проводят только для сооружений I класса применительно к расчетам по несущей способности. К I классу относятся здания и сооружения, имеющие большое хозяйственное значение, социальные объекты, объекты, требующие повышенной надежности (главные корпуса ТЭС, АЭС, телевизионные башни, промышленные трубы высотой более 200 м, здания театров, цирков, рынков, учебных заведений и т. д.). Для других случаев строительства (II и III классы сооружений) достаточно надежные показатели Си ф получают в результате лабораторных испытаний грунтов в приборах плоского среза и трехосного сжатия (ГОСТ 26518—85).

Прочностные характеристики можно также определять по методу лопастного зондирования. Результаты этой работы при проектировании ответственных сооружений сопоставляют со сдвиговыми испытаниями. Это обеспечивает достаточную достоверность результатов исследований. 
Ниже приводится краткое описание полевых методов исследований, с помощью которых определяются механические характеристики грунтов, показываются примеры выявления свойств грунтов с помощью производства опытных строительных работ.

Деформационные испытания грунтов. Сжимаемость грунтов изучают методами штампов, прессиометрами, динамическим и статическим зондированием.

Метод штампов. В нескальных грунтах на дне шурфов или в забое буровых скважин устанавливают штампы, на которые передаются статические нагрузки (ГОСТ 20276—85). Штамп в шурфе — это стальная или железобетонная плита. Форма штампа находится в зависимости от фундамента, который он моделирует, и может быть различной, но чаще всего плита круглая площадью 5000 см2. Для создания под штампом заданного напряжения применяют домкраты или платформы с грузом (рис. 14). Осадку штампов измеряют прогибомерами. При проходке шурфа на отметке подошвы штампа и вне его отбирают образцы грунтов для параллельных лабораторных исследований. Нагружение штампа производят ступенями и выдерживают определенное время.

 

 

 

 

 

 

Рис. 14. Определение сжимаемости грунтов штампами: / и //—шурфы; ///—буровые скважины; 1— штампы; 2 — домкрат; 3— анкерные сваи; 
4 — платформы с грузом; 5 — штанга

 

 

Значение нагрузки устанавливается в зависимости от вида грунта и его состояния. В итоге работы строят графики:

•зависимости осадки штампа от давления;

• осадки штампа во времени по ступеням нагрузки.

 После этого по формуле  вычисляют модуль деформации  грунта Е, МПа. 
Штамп в буровой скважине. Для производства работ бурят скважину диаметром более 320 мм. Испытание грунтов проводят специальными установками, которые дают возможность работать на глубине скважины до 20 м. На забой скважины опускают штамп площадью 600 см2. Нагрузка на штамп передается через штангу, на которой располагается платформа с грузом. Модуль деформации определяют по формуле.

Определение модуля деформации в массиве скального грунта проводят в опытных котлованах. Испытания ведут с помощью прибетонированных к скале бетонных штампов. Давление на штампы подается от гидравлических домкратов (до 10 МПа). Конечным результатом работы является определение модуля деформации скального грунта по соответствующей формуле. 
Прессиометрические исследования проводят в глинистых грунтах с помощью разведочных скважин. Прессиометр представляет собой резиновую цилиндрическую камеру, которую опускают в скважину на заданную глубину Камеру расширяют давлением жидкости или газа. В процессе работы в стенках скважины замеряют радиальное перемещение грунта и давление. Это позволяет определять модуль деформации грунтов.