Инженерно геологические изыскания для строительства могут выполняться

Инженерно-геологический отчет – основной документ, без которого невозможно начать качественное строительство, даже если у вас выделен для этого земельный участок и средства. Кто создает этот документ, что он содержит и как должен быть оформлен необходимо знать всем, кто планирует возводить здание или сооружение.

На российской территории встречается более 40 типов почв, каждая группа обладает уникальными свойствами. И без определения состава почв под конкретным участком невозможно спрогнозировать их поведение под нагрузкой от будущего строения.

После того, как геологи проводят комплекс полевых работ и лабораторных исследований набранных образцов грунта, формируются заключение. По его результатам проектировщики рассчитывают допустимые нагрузки и определяют тип фундамента, допустимое количество этажей, возможность строительства подвала и множество других параметров.

Состав и структура

Инженерно-геологический отчет содержит в себе данные о месторасположении объекта, сведения об исторически сложившейся геологической ситуации в этом районе и имеет следующую структуру:

Значение инженерно-геологических изысканий в экономике строительства. Мастер класс Ирины Меньшиковой

Данные прошлых исследований

Результаты геологических изысканий

Методика и технология выполнения работ

Данные о контроле качества работ

Содержит основание для проведения изысканий, сведения о строящемся объекте, заказчике, виде градостроительной деятельности, задачах, способах исследований, сроках выполнения работ и исполняющих организациях. Также включены: лицензии на проведение определенного вида исследований, обзорная схема района, пр.

Данные прошлых исследований

Содержат сведения о ранее выполненных на участке изысканиях, а также материалы, представленные заказчиком. Оценка актуальности этих данных и возможности их использования. Прогноз возможных изменений условий под влиянием строительства, эксплуатации, реконструкции.

Результаты геологических изысканий

Здесь приводят данные о количестве и параметрах скважин, из которых набирали образцы почвы и воды. Перечисляют инженерно-геологические элементы грунта: дают информацию о виде, цвете, степени влагонасыщения и других их характеристиках. Обязательно в описание такого элемента включают порядковый номер, геологический индекс, отметки верха и глубина залегания слоя, мощность, описание всевозможных включений — другого грунта, мусора и валунов и подобного.

При необходимости присваивают номера по уровню сложности поведения каждого из описанных элементов в разработке.

Дополнительно по требованию заказчика приводится информация о процессах геологии, прогнозирование их развития с течением времени, дается оценка эффективности действующих строений.

Включают описание климата, рельефа, гидрографии местности, а также почвы и растительности, хозяйственного освоения территории.

К условиям гидрогеологии относятся характеристики основных источников воды, расположенных на местности, их влияние на ход строительства и последующую эксплуатацию строений, наличие грунтовых вод, их залегание. Если подземные пласты есть, в отчете указывают глубину их залегания и отношение к тому или иному пласту почвы. Также присутствуют данные о коррозионной активности грунтовых вод и вероятность их агрессивного воздействия на бетон и железо.

Значение инженерно-геологических изысканий в экономике строительства. Ответы экспертов

Методика и технология выполнения работ

Включены данные о составе, видах и объемах работ, а также периоде их выполнения, применяемых методиках. Описывается используемая техника, оборудование, метрологические поверки. Содержится сравнительная таблица запланированных и фактически выполненных объемов работ.

Данные о контроле качества работ

Описание видов и методов внутреннего и внешнего контроля качества работ на каждом этапе исследований.

Приводится анализ всех собранных данных и подводится итог. Приводятся рекомендации к принятию проектных решений.

Отчет о геологических изысканиях также содержит текстовые и графические приложения. К первым относят: допуски, результаты метрологической поверки приборов, копии переписки заказчика и исполнителя, пр.

В графическую часть включены: планы, схемы, карты, разрезы, графики и прочие приложения с результатами работ.

Для полноты картины о земельном участке кроме данных геологических изысканий, отчет содержит выкопировку из топографо-геодезического план – свежего или архивного. На план наносится месторасположение скважин и высотная отметка из устья.

Обязательные требования

Геологический отчет предусматривает проведение буровых работ накануне его составления. Это очень важно, особенно для местности с тектонической активностью грунтов. Данные, которые собраны в инженерно-геологическом отчете, проверяются дважды:

со стороны лабораторных исследований;

со стороны нормативных документов и таблиц с различными показателями свойств грунтов.

Документ оформляется в соответствии с требованиями нормативов: ГОСТ 21.301, СП 47.13330.2016, СНиП 11-02-96. Содержание техотчета по геологии может разниться, в зависимости от поставленных задач, этапа градостроительной деятельности, состава и объемов выполненных работ.

Выделяют следующие требования:

общие требования к документу — п. 4.39 СП 47.13330.2016;

требования к техотчету для подготовки документов территориального планирования — п. 6.2.1.2;

требования к документу при подготовке документации по планировке территории — п. 6.2.2.3;

требования к техотчету для разработки проектной документации объектов капитального строительства — п. 6.3.1.5, п. 6.3.2.5.

Отчет об инженерно-геологических изысканиях должен содержать базовые разделы, в соответствии с п. 4.39 СП 47.13330.2016.

Отчет о геологических изысканиях — это уверенность в надежности будущего строительства. На сайте Mygeo.pro вы можете найти компанию, которая проведет качественный анализ данных. Мы сотрудничаем только с проверенными специалистами РФ. Найти их можно в разделе « Подрядчики ».

Источник: mygeo.pro

ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ ИЗЫСКАНИЯ ДЛЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ И СТРОИТЕЛЬСТВА

При подготовке документов территориального планирования и документации по планировке территории выполняют инженерногеологические изыскания, целью которых является исключение рисков природного и природно-техногенного характера при размещении объектов капитального строительства. Инженерно-геологические изыскания используются при прогнозировании развития территорий на основе обработки материалов изысканий.

Основанием для проведения инженерно-геологических изысканий является задание заказчика, которое содержит, помимо сведений об объекте и территории застройки, сроках проектирования и строительства, данных о застройщике, также схему вариантов размещения площадки строительства или прохождения трассы линейного объекта, ширину полосы отвода для линейного объекта, ограничения по размещению объекта или его частей, основные требования к инженерной защите и охране окружающей среды.

Технический отчет по результатам инженерно-геологических изысканий для подготовки документов территориального планирования и документации по планировке территории, в зависимости от состава решаемых задач, должен содержать:

• • выделение территорий, подверженных риску возникновения чрезвычайных ситуаций в результате опасных инженерно-геологических процессов и явлений;
• • характеристику инженерно-геологических условий территории для принятия решений по ее использованию (установление функциональных зон и определение планируемого размещения объектов);
• • оценку возможности воздействия на намечаемые объекты строительства опасных геологических и инженерно-геологических процессов и явлений;
• • качественный прогноз изменения инженерно-геологических условий на период жизненного цикла планируемых объектов и рекомендации по мероприятиям инженерной защиты от опасных геологических и инженерно-геологических процессов.

Материалы инженерно-геологических изысканий для обоснования схем и карт территориального планирования и (или) планируемого размещения объектов капитального строительства обобщают в виде карт инженерно-геологического районирования, с детальностью, определенной заданием. Основными видами работ являются сбор и обработка материалов изысканий и исследований прошлых лет, дешифрирование аэро- и космических снимков, а также рекогносцировочные обследования.

Для оценки и принятия технико-экономических решений относительно площадки нового строительства или выбора варианта для размещения линейного объекта используют имеющиеся картографические материалы, аэро- и космические снимки, материалы изысканий и исследований прошлых лет, результаты рекогносцировочных обследований.

При недостаточности имеющихся материалов следует выполнять: инженерно-геологическую съемку, включающую мероприятия по дешифровке аэрофотоматериалов и аэровизуальные наблюдения; маршрутные наблюдения, проходке горных выработок, геофизические исследования, полевые исследования свойств грунтов, включая статическое и динамическое зондирование, лабораторные исследования состава и свойств грунтов и химического состава подземных вод, опытно-фильтрационные работы, стационарные наблюдения, специальные виды инженерно-геологических исследований, предусмотренные программой изысканий, включая при необходимости обследование оснований деформированных зданий и сооружений, камеральная обработка материалов.

Проведение инженерно-геологических изысканий для подготовки проектной документации проводится в целях обоснования компоновки зданий и сооружений для принятия конструктивных и объемнопланировочных решений, оценки опасных инженерно-геологических и техногенных процессов и явлений, проектирования инженерной защиты и мероприятий по охране окружающей среды, разработки проекта организации строительства.

Задание на инженерно-геологические изыскания для подготовки проектной документации дополнительно к сведениям об объекте строительства и другой общей информации, как правило, должно содержать:

• • данные о проектируемых нагрузках на основание;
• • данные о предполагаемых типах фундаментов;
• • данные о глубинах заложения фундаментов и подземных частей зданий и сооружений;
• • данные о высоте и этажности зданий и сооружений;
• • данные о предполагаемой сфере взаимодействия проектируемых объектов с основаниями фундаментов;
• • сведения о факторах, обуславливающих возможные изменения инженерно-геологических условий при строительстве и эксплуатации объектов;
• • требования к прогнозу изменения инженерно-геологических условий в процессе строительства и эксплуатации объектов;
• • требования к оценке рисков опасных процессов и явлений, интенсивность сейсмических воздействий в баллах (сейсмичность) для района строительства;
• • данные, необходимые для составления программы выполнения инженерно-геологических изысканий, включая ситуационный план
• (схему) с указанием границ площадок, участков и направлений трасс, с контурами предполагаемого размещения проектируемых зданий и сооружений.

При проведении инженерно-геологических изысканий на малоизученных территориях большой площади выполняют инженерно-геологическую съемку.

На застроенных территориях при размерах площадки изысканий менее 0,5 м 2 проводят инженерно-геологическую рекогносцировку, предполагающую визуальный осмотр местности, маршрутные наблюдения, изучение компонентов инженерно-геологических условий, локальные скважины и зондирование, выявление опасных геологических процессов. Способы и разновидности бурения скважин представлены в табл. 1.1.

Лабораторные исследования грунтов проводят для оценки неоднородности грунтов, выделения инженерно-геологических элементов и расчетных грунтовых элементов, а также для вычисления нормативных и расчетных значений характеристик грунтов.

Инженерно-геологический элемент — основная грунтовая единица при инженерно-геологической схематизации грунтового объекта. За инженерно-геологический элемент принимают некоторый объем грунта одного и того же происхождения и вида при условии, что значения характеристик грунта изменяются в пределах элемента случайно (незакономерно) либо наблюдающаяся закономерность такова, что ею можно пренебречь. Инженерно-геологический элемент наделяют постоянными нормативными и расчетными значениями характеристик. Комплекс инженерно-геологических элементов образует инженерногеологическую модель объекта.

Расчетный грунтовый элемент — основная грунтовая единица, выделяемая с учетом применяемого при проектировании грунтового объекта расчетного или экспериментального метода. За расчетный грунтовый элемент принимают некоторый объем грунта не обязательно одного и того же происхождения и вида, в пределах которого нормативные и расчетные значения характеристик по условиям применяемого при проектировании грунтового объекта расчетного или экспериментального метода могут быть постоянными или закономерно изменяющимися по направлению (чаще всего по глубине). Расчетный грунтовый элемент может включать часть одного или несколько инженерно-геологических элементов. Комплекс расчетный грунтовый элемент образует расчетную геомеханическую модель объекта.

Способы и разновидности бурения скважин при инженерно-геологических изысканиях

Источник: bstudy.net

Инженерно геологические изыскания для строительства могут выполняться

В нашей стране намечены и осуществляются грандиозные планы гидротехнического, промышленного, гражданского и других видов строительства, темпы, развития которых возрастают от года к году. Вместе с ними постоянно растут и требования к выполнению в соответствующих объемах гидрогеологических и инженерно-геологических изысканий, обосновывающих проекты строительства гидротехнических, промышленных, гражданских и других инженерных сооружений.

Представление о масштабах и значении указанных видов строительства дают, например, следующие сведения. Гидротехническое строительство, являющееся основой энергетики, осуществляется в нашей стране комплексно с учетом интересов развития судоходства, водоснабжения, орошаемого земледелия, перераспределения и регулирования водных ресурсов, рыбного хозяйства, осушения болот и заболоченных земель и т. д. Полезный объем созданных и создаваемых в настоящее время водохранилищ превышает 10% годового стока всех рек СССР. Исследованиями выявлена возможность создания в нашей стране водохранилищ, вмещающих 40% годового стока. В перспективе на 2000 г . полный объем водохранилищ СССР оценивается в 2600 млрд. м 3 , а полезный их объем — в 1200 млрд. м 3 , что даст возможность управлять 25—30% годового стока рек страны.

Поистине грандиозны масштабы промышленного, гражданского и других видов строительства. Только за истекшее пятилетие (1971—1975 гг.) общие капиталовложения в строительство превысили 500 млрд., руб. В текущем пятилетии намечено увеличить капиталовложения в строительство на 24—26%.

Важнейшей задачей народного хозяйства является, всемерное повышение эффективности капиталовложений в строительство. В этом отношении большие требования предъявляются и к выполняемым для обоснования проектов строительства изысканиям, которые должны дать достоверную и качественную информацию о гидрогеологических и инженерно-геологических условиях строительства проектируемых сооружений, помочь сделать правильный и всесторонне научно обоснованный выбор наиболее рациональных проектных решений, их эффективное осуществление и оптимальные условия последующей эксплуатации инженерных сооружений. В то же время сами изыскания должны проводиться в минимально короткие сроки наиболее рациональными и эффективными методами при минимальных затратах труда и материальных средств. В частности, за счет этих мероприятий и главным образом за счет выбора наиболее рациональных проектных решений (чему в немалой степени способствуют своевременно и качественно выполненные изыскания) намечается обеспечить снижение сметной стоимости строительства не менее чем на 3—5%.

Следовательно, целенаправленное, эффективное и качественное проведение гидрогеологических, инженерно-геологических и других видов изысканий — залог правильного и всесторонне обоснованного осуществления проектирования, строительства и эксплуатации различных инженерных сооружений.

§ 1. Общие положения проведения изысканий для различных видов строительства

Для обоснования проектов строительства гидротехнических, промышленных, гражданских и других инженерных сооружений проводится сложный комплекс инженерных, изысканий, основными задачами которых являются: 1) изучение геологического строения, гидрогеологических и инженерно-геологических условий района строительства; 2) специальная оценка условий намеченного строительства по всем возможным вариантам его осуществления и выбор на этой основе наиболее благоприятного по сумме всех показателей варианта; 3) получение, необходимой для оптимального проектирования объекта исходной гидрогеологической и инженерно-геологической информации; 4) инженерный прогноз и оценка возможного влияния проектируемых инженерных сооружений и мероприятий на различные элементы природных условий и другие инженерные сооружения; 5) получение всей необходимой информации для разработки системы мероприятий, обеспечивающих наиболее рациональные условия строительства я эксплуатации проектируемых объектов и предотвращение (или уменьшение) их неблагоприятного воздействия на природные условия и другие виды строительства.

Успешное решение перечисленных и других задач проектирования и строительства инженерных сооружений возможно лишь при постоянной и тесной увязке изысканий и проектирования, которые должны планироваться и осуществляться как единый технологический процесс, в ходе которого изыскатели, обеспечивая эффективное (выполнение задач проектирования, своими рекомендациями активно влияют и способствуют выбору и обоснованию наиболее рациональных проектных решений.

Инженерные изыскания неразрывно связаны с проектированием строительства, предшествуют ему и осуществляются в зависимости от стадии проектирования, состава намеченных для решения задач, степени изученности природных условий, масштабов и специфики проектируемых сооружений.

В соответствии с существующими положениями решения о проектировании любых объектов должны приниматься исходя из схем развития народного хозяйства, схем размещения производительных сил по экономическим районам, а для крупных объектов — на основе технико-экономических обоснований, подтверждающих экономическую целесообразность и хозяйственную необходимость проектирования и строительства намечаемых объектов. Для составления схем и технико-экономических обоснований, особенно в сложных природных условиях и при проектировании крупных объектов, может потребоваться определенный комплекс изысканий, нередко регионального плана. При достаточной изученности районов намечаемого строительства исследования в предпроектный период ограничиваются рекогносцировочным обследованием и камеральной обработкой накопленных материалов по гидрогеологическим и ин­женерно-геологическим условиям.

Проектирование объектов гидротехнического, промышленного или гражданского строительства осуществляется в две (технический проект и рабочие чертежи) или одну (технорабочий проект) стадии. Одностадийное проектирование целесообразно в простых природных условиях, для некрупных объектов, а также при использовании типовых проектов.

Для обоснования проектирования на каждой из его стадий проводятся инженерные изыскания — комплексное изучение природных условий района (участка) строительства для получения необходимых исходных данных, обеспечивающих разработку технически правильных и экономически наиболее целесообразных решений при проектировании и строительстве.

Инженерные изыскания включают гидрогеологические, инженерно-геологические, геодезические, гидрометеорологические и другие виды исследований и осуществляются в основном специализированными проектно-изыскательскими организациями системы Госстроя СССР (промышленное и гражданское строительство), министерств энергетики, и электрификации, геологии, специальных строительных работ и других ведомств и министерств (специальные виды строительства).

Инженерные изыскания выполняются на основе выдаваемых проектными организациями на каждой стадии проектирования технических заданий, в которых излагаются необходимые сведения об объекте проектирования, целевое назначение и задачи изысканий, сроки проведения изысканий, особые требования к гидрогеологическому или инженерно-геологическому обоснованию проекта и условиям его осуществления, формы и сроки отчетности и т. д. (5,11).

Для проведения изысканий на каждой из стадий составляются программа (на крупных объектах по видам изысканий, на мелких— одна на все виды изысканий), проект проведения изысканий и смета, определяющие состав, объемы, методику, последовательность, организацию и стоимость проведения изысканий. При составлении этих основных документов должны быть учтены требования главных принципов проведения геологоразведочных работ (см. гл. I, § 2) и положения действующих инструктивных, нормативных и методических документов (4, 5, 9—12). В обязательном порядке должно быть обеспечено выполнение следующих условий: 1) стадийность и этапность проведения изысканий и их организационная увязка с проектированием; 2) динамичность программы изысканий и обеспечение возможности получения и контроля промежуточных результатов; 3) оптимальный состав и объемы комплексных исследований, обеспечивающие качественное проведение изысканий с учетом специфики намечаемого строительства и особенностей природных условий района в кратчайшие сроки и с минимальными затратами.

При подготовке и проведении изысканий для обоснования проектирования, строительстве и эксплуатации инженерных сооружений необходимо неукоснительно соблюдать законы об охране природы и осуществления мероприятий, исключающих или уменьшающих неблагоприятное воздействие проектируемых объектов на природу района и другие инженерные сооружения. В первом приближении могут быть намечены основные направления, вытекающие из требований указанного положения: 1) необходимость неукоснительного соблюдения требований законоположений по охране природы в процессе подготовки и проведения изысканий (исключение необоснованных потрав сельскохозяйственных культур, вырубок леса, загрязнений подземных и поверхностных вод, заболачивания; пожаров, гибели птиц и животных, недопущение активизации нежелательных естественных процессов — оползней, обвалов, осыпей, просадок и т. п., организация ликвидационных работ с обязательным проведением восстановительных и рекультивационных мероприятий; 2) активное содействие обоснованию проектов инженерных сооружений по вариантам с минимальным объемом вредных воздействий проектируемых объектов на природу (обоснованный выбор участков, площадей и трасс с учетом возможного влияния проектируемых объектов на экологию района, целенаправленное проведение изысканий); 3) обеспечение надежной основы для осуществления оценки и прогнозов возможных изменений природных условий в процессе строительства и эксплуатации проектируемых сооружений и обоснования защитных мероприятий, исключающих или уменьшающих их вредное воздействие (изучение степени и характера воздействия проектируемых сооружений и мероприятий на элементы природы, получение необходимой для прогнозов исходной информации и расчетных параметров, инженерное обоснование защитных мероприятий — противофильтрационных, дренажа, обвалования, подсыпок, технических мелиорации и др.). Более детально вопросы охраны природы при проектировании и осуществлении инженерных изысканий рассмотрены в работе (11).

Гидрогеологические, инженерно-геологические и другие исследования на любой стадии или этапе их проведения осуществляются по следующей схеме. В подготовительный период выполняется: ознакомление с техническим заданием на изыскания; сбор, обобщение и целенаправленный анализ материалов предыдущих исследований, дешифрирование аэрофотоснимков и т. д., определение задач предстоящих исследований с учетом степени изученности и сложности природных условий района исследований и требований технического задания, составление программы проекта и сметы на проведение исследований с определением рационального их комплекса, специфики и методов выполнения; проведение организационно-технических мероприятий для обеспечения эффективного и качественного выполнения изысканий. В полевой период проводятся исследования всех видов, увязка их объемов, места проведения, совершенствование методики исследований, корректировки, оформление полевой документации. В камеральный период окончательно обрабатываются и анализируются результаты выполненных исследований с составлением необходимых отчетных материалов.

Состав и объемы инженерных изысканий, а также отдельных видов исследований зависят от назначения проектируемого строительства (гидротехническое, промышленное, гражданское), стадии проектирования, важности объекта, степени изученности и сложности природных условий изучаемого района.

В общем случае гидрогеологические исследования, являющиеся важной составной частью комплекса инженерных изысканий, включают проведение комплексной гидрогеологической и инженерно-геологической съемки, режимных наблюдений, опытно-фильтрационных работ, моделирования, лабораторных и гидрохимических исследований. Содержание и методику гидрогеологических исследований целесообразно рассмотреть дифференцированно по видам строительства.

§ 2. Гидрогеологические исследования для целей гидротехнического строительства

Гидрогеологические исследования для целей гидротехнического строительства могут проводиться как в предпроектный период (для обоснования схемы комплексного использования водных ресурсов реки или ее бассейна и для технико-экономического обоснования целесообразности гидротехнического строительства), так и для обоснования проектирования на стадиях ТП и РЧ. Для обоснования схемы и ТЭО обычно используются материалы региональных геолого-гидрогеологических и инженерно-геологических исследований (в частности, мелкомасштабных и среднемасштабных съемочных работ), освещающие территорию проектируемых гидроузлов, водохранилищ и трасс каналов по всем конкурирующим вариантам. Особое внимание при изысканиях уделяется площадям предполагаемого размещения инженерных сооружений и участкам с неблагоприятными для строительства гидрогеологическими и инженерно-геологическими условиями (на таких участках допустимо проведение съемок более-крупного масштаба). Основным видом работ, обосновывающим составление ТЭО, является комплексная гидрогеологическая и инженерно-геологическая съемка в масштабах 1:50000—1:200000 (при строительстве на крупных равнинных реках) и 1:25000—1:50000 (при строительстве на горных реках и в сложных природных условиях). При достаточной изученности районов осуществляются лишь рекогносцировочные исследования, которые наряду с полученными материалами должны давать общее представление о значении гидрогеологических факторов для строительства и эксплуатации гидротехнических сооружений и водохранилищ, а также освещать условия строительства по конкурирующим вариантам.

Большой комплекс гидрогеологических исследований выполняется для обоснования проектов гидротехнического строительства на стадиях технический проект и рабочие чертежи (или на стадии технорабочий проект при одностадийном проектировании). При этом осуществляются специализированные гидрогеологические исследования на участках размещения инженерных сооружений и водохранилищ, по трассам каналов и тоннелей, зонам развития подпора и неблагоприятных физико-геологических процессов.

Задачи исследований следующие: 1) изучение общих гидрогеологических условий района строительства и, в частности, участков размещения инженерных сооружений и водохранилищ; 2) определение фильтрационных потерь в районе плотин и других водонапорных сооружений, aтакже из водохранилищ, каналов и напорных бассейнов; 3) обоснование проектов противофильтрационных и дренажных мероприятий; 4) оценка водопритоков в строительные котлованы и обоснование проектов водопонижения и водоотлива; 5) прогнозы развития подпора грунтовых и напорных вод в зоне влияния верхнего бьефа; 6) определение суффозионной устойчивости зернистых пород и рыхлого заполнителя трещин и пустот; 7) оценка агрессивного действия подземных вод на бетон и другие материалы; 8) изучение выщелачиваемости солей в основании сооружений; 9) оценка возможности организации водоснабжения за счет использования подземных вод.

Для обеспечения решения поставленных задач проводится комплекс гидрогеологических исследований, обычно включающий съемочные работы, разведочные горно-буровые работы, стационарные гидрогеологические наблюдения, опытно-фильтрационные и лабораторные работы, гидрохимические исследования, моделирование. Данные гидрогеологических исследований обрабатываются аналитически, графически, с помощью моделирования и другими способами и выдаются для использования при проектировании и обосновании прогнозов в виде карт (гидроизогипс, гидроизопьез, гидродинамических и др.), профилей (водопроницаемости, гидрохимических), графиков изменения уровней, химического состава, температуры воды и т. п.

Состав и объем гидрогеологических исследований определяются для каждого конкретного вида строительства с учетом стадии проектирования, особенностей гидротехнических сооружений, характера поставленных задач, степени изученности и сложности природных условий.

Основная стадия проектирования — технический проект, для обоснования которого исследования должны дать материалы, обеспечивающие окончательный выбор местоположения всех основных инженерных сооружений, выявление условий их строительства и решение основных оценочных и прогнозных гидрогеологических задач.

На стадии рабочих чертежей осуществляются исследования по уточнению и детализации гидрогеологических условий, обеспечивающие доработку и корректировку отдельных технических решений, гидрогеологическая документация строительных выемок, котлованов и других выработок, при необходимости опытно-строительные работы (по осуществлению противофильтрационных мероприятий, устройству дренажей и т. п.), продолжается цикл наблюдений за режимом подземных вод.

Гидрогеологические исследования осуществляются также в период строительства и эксплуатации гидротехнических сооружений в целях обеспечения надлежащей гидрогеологической документации и надзора в период строительства, уточнения гидрогеологических прогнозов и степени их соответствия реальным условиям, контроля за состоянием пород основания и развитием влияния гидротехнического строительства на природные условия района, оценки результативности выполненных исследований и совершенствования методики их проведения (3, 5, 8, 9, 12).

Исследования для обоснования проектов плотин и других водонапорных сооружений. Основной вид исследований для обоснования технического проекта — комплексная гидрогеологическая и инженерно-геологическая съемка, которая на первом этапе проводится на участках возможного расположения створов плотин (нередко по двум-трем конкурирующим створам).

В зависимости от сложности природных условий района и размеров плотин масштабы съемки принимаются от 1:5000 до 1:25000 с последующей детализацией съемочных работ на выбранном створе до масштабов 1:2000— 1:5000 (второй этап исследований). Методика выполнения съемочных работ аналогична общепринятой (см. гл. II).

Особое внимание уделяется изучению литологии, тектоники, трещиноватости и фильтрационных свойств горных пород и их изменчивости в плане и по разрезу. В значительном объеме выполняются разведочные и опытно-фильтрационныё работы (откачки, наливы, нагнетания), осуществляются гидрохимические исследования, организуются стационарные наблюдения за режимом подземных вод. Разведочные выработки располагают на участках предполагаемого размещения основных сооружений и их котлованов по створам, ориентированным по оси сооружения и по линиям, параллельным и перпендикулярным ей, с расстоянием между выработками 50—200 м. Глубину скважин, как правило, назначают с учетом полного вскрытия рыхлых четвертичных отложений, выветрелой зоны до четвертичных пород и заглубления их в относительно непроницаемые и прочные породы коренной основы на 8—10 м. Зона исследований в сторону берега ограничивается распространением слабопроницаемых пород, но, как правило, не превышает по ширине трехкратного значения действующего напора (считая от границы НПГ).

На стадии рабочих чертежей детализируются исследования в пределах выбранного и параллельных ему створов, проходятся дополнительные скважины, шурфы и котлованы, выполняются опытно-фильтрационные, гидрохимические и специальные исследования. Нередко наиболее сложные вопросы, связанные с выбором типа сооружений, условиями производства работ в котлованах, осуществлением противофильтрационных мероприятий, устройством дренажей и пр., могут решаться на данной стадии проведением специальных опытно-строительных работ, например таких, как проходка опытных котлованов, опытное наполнение их водой, с наблюдением за развитием фильтрационных процессов; опытная цементация на типовых участках; опытное водопонижение и прочее.

Разведочные выработки на стадии рабочих чертежей располагаются, как правило, в пределах контуров сооружений и их котлованов. За их пределами проходятся только те выработки, которые предназначены для решения специальных вопросов по уточнению режима подземных вод, особенностей их фильтрации, химического состава и т. п. Расстояния между выработками на участках, требующих уточнения в пределах сооружения с очень сложными условиями, принимаются 25—50 м, сложными — 50—100 м и с простыми могут превышать 100 м . Глубина выработок определяется мощностью активной зоны, образующейся под сооружением, конструкцией подземного контура сооружений и особенностью природных условий. Большое значение на этой стадии приобретает проходка большого сечения (открытых) разведочных выработок — шурфов, шахт, штолен, смотровых скважин.

В составе опытно-фильтрационных работ большое значение приобретают кустовые опытные откачки, часто длительные, с большим понижением уровней и широкой сетью наблюдательных скважин. Опытные кусты целесообразно размещать в основании сооружений, на участках плечевых примыканий, размещения котлованов и других площадях, неблагоприятных в фильтрационном отношении.

Опытные нагнетания преимущественно проводятся на участках цементационных завес, в бортовых примыканиях и в пределах противофильтрационного контура в основании сооружений.

Расширяется сеть наблюдательных скважин с учетом расположения котлованов, дренажных и противофильтрационных сооружений и необходимости решения некоторых вопросов по взаимосвязи водоносных горизонтов, агрессивности подземных вод, опасности зарастания фильтров водопонизительных скважин гидроокислами железа и т. п. Наблюдательные скважины обычно располагают по оси плотины и на параллельных створах в пределах террас и бортов долины. Расстояния между скважинами на террасах близ реки принимают 50—100 м, на удаленных участках — до 200—500 м. У оси плотины должен быть оборудован водомерный пост и при отсутствии вблизи метеорологических станций — метеостанция третьего разряда (5, 12).

Объем гидрогеологических изысканий определяется вопросами, которые остались нерешенными при утверждении технического проекта, однако в целом он не должен превышать объема изысканий, выполненного на стадии технического проекта.

Гидрогеологические исследования в районах проектируемых водохранилищ. Гидрогеологические исследования чаши водохранилищ и прилегающих территорий осуществляются в связи с оценкой возможных фильтрационных потерь, устойчивости берегов и прогнозом подпора и подтопления прилегающих территорий. Обычно исследования в районе водохранилищ проводятся в два этапа (для обоснования технического проекта).

На первом этапе, на основании проведения комплексной гидрогеологической и инженерно-геологической съемки масштабов 1:50000 или 1:100000, осуществляемой в пределах чаши водохранилищ, прилегающих территорий (в зоне 0,5—2 км) и водораздельных участков, дается общая оценка надежности водохранилищ в отношении фильтрационных потерь, и намечаются участки для более детального их изучения в связи с прогнозом развития подпора и подтопления и более точной количественной оценкой возможных фильтрационных потерь. В хорошо изученных районах и в пределах крупных рек платформенных областей съемка может быть заменена маршрутными исследованиями чаши проектируемого водохранилища и прилегающих территорий.

На втором этапе исследования осуществляются в пределах выбранных неблагоприятных по условиям подпора, подтопления и фильтрационных потерь участков и заключаются в проведении детальных съемочных работ (масштабов 1:5000—1:25 000), разведочного бурения, опытно-фильтрационных и лабораторных исследований, стационарных гидрогеологических наблюдений. В сложных гидрогеологических условиях, когда возможна значительная вертикальная фильтрация, детализированному изучению может подвергаться вся площадь чаши водохранилища или значительная ее часть. Разведочные гидрогеологические скважины на водораздельных участках закладываются по поперечникам с расстоянием между ними от 0,2 до 5 км (в зависимости от сложности условий), с размещением 2—4 скважин на каждом поперечнике и доведением их до выдержанного водоупора. Фильтрационные свойства изучаются по результатам проведения откачек, наливов и нагнетаний, а также лабораторных работ. Для водохранилищ с возможной вертикальной фильтрацией разведочные выработки (скважины и. шурфы), вскрывающие разрез четвертичных образований, размещаются равномерно по площади чаши водохранилища (по сетке с шагом 0,5—1 км) со сгущением их в местах существенной неоднородности и повышенных фильтрационных свойств.

Стационарные гидрогеологические наблюдения на водоразделах проводятся обычно по одному-двум створам с использованием 2—3 скважин на каждом из них. В условиях развития закарстованных пород в режимную сеть включаются все гидрогеологические скважины с последующим использованием выполняемых по ним наблюдений для определения осредненного по большой площади коэффициента фильтрации (5, 12).

Исследования для оценки фильтрационных потерь из напорных бассейнов гидроэлектростанций осуществляются так же, как и для водохранилищ.

Участки, изучаемые в связи с прогнозом развития подпора подземных вод, исследуются с проведением съемочных работ масштабов 1:5000—1:25000 и с заложением скважин по поперечникам, перпендикулярным к берегам проектируемого водохранилища (12). Расстояние между поперечниками принимается от 0,3 до 1,5 км с расположением не менее трех скважин на каждом из них (первая на урезе водохранилища, последняя на предполагаемой границе развития подпора). Не менее 50% скважин доводится до водоупора, остальные заглубляются на 7—10 м ниже уровня грунтовых вод. Из скважин, располагаемых по трассам дренажных сооружений, проводятся опытные (преимущественно кустовые) откачки. Выполняемые исследования (съемка, бурение, стационарные наблюдения, опытно-фильтрационные и геофизические работы) должны обеспечить получение материала, достаточного для достоверного обоснования расчетной фильтрационной схемы и осуществления инженерных прогнозов по развитию подпора и подтопления прилегающих территорий и расчетам защитных дренажей.

На стадии рабочих чертежей в районах водохранилищ продолжаются стационарные гидрогеологические наблюдения и проводятся дополнительные исследования при необходимости уточнения прогнозов подпора и состава мероприятий по борьбе с подтоплением прилегающих территорий и переработкой берегов водохранилищ. Возможно проведение работ по осуществлению опытной цементации, битумизации и других противофильтрационных и дренажных мероприятий.

Гидрогеологические исследования на участках заложения кана­лов, тоннелей и других инженерных сооружений. Исследования на участках деривационных сооружений (каналов, тоннелей, трубопроводов и др.) должны обеспечить решение задач, связанных с оценкой фильтрационных потерь, прогнозом подпора, устойчивостью сооружений, обоснованием противофильтрационных и дренажных мероприятий и условиями проведения строительных работ.

Вдоль трасс каналов и тоннелей с охватом полосы шириной 0,5—2 км обычно проводятся комплексные съемочные работы в масштабах 1:5000—1:25000 с последующей детализацией работ до масштабов 1:2000—1:5000, бурением скважин и проходкой шурфов вдоль изучаемых трасс (на расстояниях 0,2—1 км), заложением поперечников на участках, неблагоприятных в фильтрационном отношении и сложных по геолого-литологическим особенностям и строению, выполнением опытно-фильтрационных работ и стационарных гидрогеологических наблюдений. Скважины углубляются на 10—15 м ниже отметок дна каналов и тоннелей преимущественно с доведением их до выдержанного водоупора. В сложных условиях для надежного определения фильтрационных потерь проводятся полевые опыты по фильтрации воды из котлованов, имеющих поперечное сечение, аналогичное проектируемым каналам.

Более детально вопросы проведения гидрогеологических исследований для обоснования проектов строительства отдельных гидротехнических сооружений освещены в работах (5, 6, 8, 9, 11, 12). Гидрогеологические исследования для обоснования проектов строительного водопонижения (в том числе и при гидротехническом строительстве) рассмотрены в § 5 настоящей главы.

§ 3. Некоторые особенности методики гидрогеологических исследований для целей гидротехнического строительства

Детально особенности проведения гидрогеологических исследований при гидротехническом строительстве и обобщение опыта таких исследований изложены в работах (5—9, 11, 12). Ниже дается краткое их рассмотрение по основным видам гидрогеологических исследований.

Съемочные работы, В процессе съемки осуществляются всесторонние комплексные исследования с особым упором на изучение и тесную увязку гидрогеологических и инженерно-геологических наблюдений и исследований. Тщательным образом изучаются литологические особенности пород, микротектоника, трещиноватость, проявления карста и выщелачивания, фильтрационные свойства отложений и закономерности их изменения, особенно на участках запроектированного размещения гидротехнических сооружений. Важнейшей задачей является также оценка возможного агрессивного влияния подземных вод на различные инженерные сооружения и на развитие нежелательных физико-геологических явлений и процессов.

В процессе съемочных работ и опробования разведочных скважин широко применяются геофизические методы исследований (определение границ пород, различных по составу, мощности покровных отложений, направления и скоростей движения подземных вод, изучение тектонических условий и трещиноватости, многолетней мерзлоты, фильтрационных свойств и т. д.).

Горно-буровые работы являются одним из основных видов изысканий, обеспечивая получение наиболее полной информации о геологических, гидрогеологических и инженерно-геологических условиях изучаемого района. Наиболее широко практикуется применение колонкового способа бурения скважин (в скальных, полускальных и глинистых породах), обеспечивающее более полную документацию разреза и благоприятные условия для проведения нагнетаний (см. гл.

III, § 1 и 3). Реже применяются ударно-канатный, шнековый и вибрационный виды бурения (в рыхлых и связных породах). На наиболее ответственных участках (основания и плечевые примыкания плотин, чаши водохранилищ) проводятся горные выработки (шахты, штольни, шурфы) с детальной их гидрогеологической и инженерно-геологической документацией (см. гл. III, § 4). Обязательна тщательная планово-высотная привязка всех разведочных выработок с нивелировкой нулевой точки в скважинах для гидрогеологических наблюдений.

Опытно-фильтрационные работы. Основной, определяемой по результатам опытно-фильтрационных работ характеристикой является коэффициент фильтрации. Реже определяются другие параметры: уровнепроводность, пьезопроводность, недостаток насыщения, капиллярное поднятие, направление и действительная скорость движения подземных вод.

Основными видами опробования являются для водоносных пород одиночные и кустовые опытные откачки и нагнетания, для неводоносных наливы в шурфы, наливы и нагнетания в скважины. При определении только коэффициента фильтрации длительность опытов несколько сокращается. Широко практикуется поинтервальное опробование горных пород с построением эпюр, профилей и карт водопроницаемости. Результаты поинтервального опробования скважин нагнетаниями являются основным материалом для выбора типа и контуров противофильтрационных устройств и завес в основаниях и примыканиях проектируемых плотин (см.гл.IV, § 4).

Для определения направления и скорости движения подземных вод широко используются индикаторные и радиоиндикаторные методы. Методика опытно-фильтрационных работ аналогична общепринятой и освещена в гл. IV.

Стационарные гидрогеологические наблюдения за режимом подземных вод осуществляются в период изысканий, строительства и эксплуатации гидротехнических сооружений и обеспечивают решение разнообразных гидрогеологических задач (прогноз развития подпора и подтопления, оценка фильтрационных потерь и агрессивных свойств воды, уточнение и определение гидрогеологических параметров, обоснование противофильтрационных и дренажных мероприятий, изучение влияния гидротехнических сооружений на изменение гидрогеологических и гидромелиоративных условий прилегающих территорий и др.).

Для проведения стационарных наблюдений создается режимная сеть, включающая пьезометрические скважины, колодцы, источники и водомерные посты. Схема режимной сети намечается с учетом конкретных геолого-гидрогеологических условий участка, расположения и характера проектируемых сооружений, максимального использования материалов по разведочным и наблюдательным скважинам.

При изысканиях для составления схемы наблюдения за режимом осуществляются в отдельных точках, для ТЭО задаются поперечники скважин по осям конкурирующих вариантов плотин и на характерных участках. При изысканиях для технического проекта режимная сеть должна покрывать весь район с более детальным освещением участков примыканий и основания плотины, трасс каналов, котлованов и дренажей.

В период строительства режимная сеть дополняется пьезометрами для наблюдений за развитием депрессионной воронки при осушении котлованов, а после завершения строительства оборудуется сеть наблюдательных скважин для контроля за изменениями гидрогеологических условий в основании и примыканиях плотин, по берегам каналов, водохранилищ, у цементационных завес и дренажей. Размещение скважин в береговых примыканиях осуществляют по линиям токов или по расходящимся от оси плотины лучам (рис.

66). В основании земляной плотины створы скважин располагают перпендикулярно ее оси. Для наблюдений за напорами подземных вод и развитием процессов растворения и выщелачивания пород в основании плотин закладывают пьезометрические скважины. На рис.

67 — гидрогеохимическом профиле — приведена схема размещения пьезометров в основании уникальной плотины Камской ГЭС, построенной на гипсоносных породах (6). Общее количество наблюдательных скважин на сложных объектах может достигать до 300—500. Частота наблюдений за режимом обычно составляет 3—10 раз в месяц, в периоды паводков ежедневно.

Рис. 66. Схема расположения наблюдательных скважин для изучения режима подземных вод после сооружения плотины:

1 — ось плотины; 2— наблюдательные скважины на плотине; 3 — наблюдательные скважины на берегу.

Рис. 67. Схема размещения скважин-пьезометров в основании бетонной плотины Камской ГЭС:

1 — водоносные горизонты, 2 — практически водоупорные породы, 3 — цементационная завеса в конуре, 4 — вертикальный дренаж из потерны, 5 — пьезометр и его рабочий интервал.

Отбор проб воды на химические анализы и замер температуры проводятся в периоды летней, осенней и зимней межени, перед половодьем, его пиком и после его спада. Результаты режимных наблюдений систематически обрабатываются (с построением графиков, профилей, карт), анализируются и используются для решения гидрогеологических и других задач.

Гидрохимические исследования имеют своей целью не только оценку агрессивных свойств воды и установление режима химического состава подземных вод, но и изучение процессов и выщелачивания и растворения солей пород основания и примыкания сооружений (рис. 67).

Основные объемы гидрохимических исследований (химические анализы проб воды, определения агрессивных свойств и выщелачивающей способности вод, специальные анализы по заданиям) выполняются при изысканиях для обоснования ТЭО и технического проекта, а также в составе стационарных режимных наблюдений.

§ 4. Гидрогеологические исследования для целей промышленного и гражданского строительства

Для обоснования проектирования промышленного и гражданского строительства осуществляются изыскания в основном инженерно-геологического профиля: рекогносцировочное инженерно-геологическое обследование территории, инженерно-геологические съемки комплексного характера (обычно в масштабах 1:10000—1:2000), инженерно-геологическая разведка (комплекс полевых, лабораторных и камеральных методов исследований и опробования). Неизменной составной частью инженерных изысканий являются гидрогеологические наблюдения и исследования, выполняемые как в процессе рекогносцировочного обследования и съемки, так и при инженерно-геологической разведке (10, 11).

Осуществляемые при инженерных изысканиях для строительства гидрогеологические исследования и наблюдения призваны способствовать всесторонней оценке инженерно-геологических и гидрогеологических условий строительства, изучению характера и степени влияния различных гидрогеологических факторов на условия строительства и эксплуатации инженерных сооружений, оценке возможного влияния проектируемых сооружений на изменение гидрогеологических и гидромелиоративных условий прилегающих территорий, выявлению и оценке степени агрессивного и коррозионного воздействия подземных вод на подземные части инженерного сооружения и их возможного влияния на развитие неблагоприятных физико-геологических явлений и процессов (суффозии, просадок, оползней, карста и др.), разработке системы мероприятий, обеспечивающих более благоприятные условия строительства в сложных гидрогеологических и инженерно-геологических условиях (водопонижение, гидроизоляция, дренаж, технические мелиорации).

Для эффективного решения перечисленных задач при рекогносцировочном обследовании территории и инженерно-геологических съемках осуществляются гидрогеологические наблюдения и опробование естественных и искусственных водопроявлений, отбор проб воды на химические анализы, соответствующая гидрогеологическая документация горно-буровых работ (скважин, шурфов, расчисток, котлованов), лабораторные и тюлевые опытно-фильтрационные работы, гидрогеологические наблюдения по изучению режима грунтовых и реже напорных подземных вод (обычно в сложных гидрогеологических и инженерно-геологических условиях). Детально методика таких наблюдений и исследований изложена в специальных руководствах (10—12). В процессе инженерно-геологической разведки, осуществляемой на более поздних стадиях изысканий (обычно для обоснования технического проекта и рабочих чертежей), выполняются в основном опытно-фильтрационные работы, гидрогеологическая документация выработок и котлованов, стационарные гидрогеологические наблюдения. При этом в составе опытно-фильтрационных работ преобладают лабораторные методы определения фильтрационных и других водно-физических свойств.

Удельный вес и значение гидрогеологических исследований и наблюдений возрастают при проведении инженерных изысканий в неблагоприятных для строительства условиях (в районах развития оползней, карста, многолетней мерзлоты), а также при обосновании проектов строительства крупных и уникальных инженерных сооружений. В таких условиях может потребоваться проведение значительного объема полевых опытно-фильтрационных исследований (откачек, нагнетаний), бурение специальных гидрогеологических скважин, изучение режима уровней и химического состава подземных вод, выполнение опытно-исследовательских работ.

Общие положения проведения изысканий для различных видов строительства рассмотрены выше (см. § 1 настоящей главы). Как и при других видах строительства, проектирование промышленного и гражданского строительства осуществляется в две (ТП и РЧ) или в одну (технорабочий проект) стадии. Проектированию промышленных предприятий предшествует разработка проекта планировки и застройки промышленных районов или схемы генерального плана промышленного узла, либо ТЭО. Для обоснования этих проектных документов обычно используются материалы ранее выполненных исследований с осуществлением в необходимых, случаях рекогносцировочных работ с минимальным объемом разведочных выработок (одна-две выработки на каждом геоморфологическом элементе глубиной не более 30 м ).

Для обоснования технического проекта и рабочих чертежей строительства, промышленных и гражданских сооружений выполняются съемочные работы и инженерно-геологическая разведка с проведением основного комплекса исследований и опробования на стадии составления технического проекта (или технорабочего проекта при одностадийном проектировании). Получаемая в результате проведения изысканий этой стадии информация должна быть достаточной для обоснования и принятия всех конструктивных решений, выбора методов проведения строительных работ и определения их сметной стоимости (10, 11). В частности, гидрогеологическими исследованиями должны быть установлены: агрессивные и коррозионные свойства подземных вод по отношению к бетонным и металлическим частям сооружений; положение уровней грунтовых и нижележащих напорных вод; режим уровня и химического состава грунтовых вод и возможности его изменения в условиях строительства и эксплуатации проектируемых сооружений; фильтрационные и другие водно-физические свойства горных пород в зоне активного их взаимодействия с инженерными сооружениями; условия выполнения работ в строительных котлованах. При проектировании свайных оснований агрессивные свойства подземных вод должны быть изучены по всем горизонтам с учетом заглубления свай и т. д.

На стадии, рабочих чертежей допускается проведение дополнительных исследований для уточнения гидрогеологических и инженерно-геологических условий в пределах зоны активного воздействия инженерных сооружений на горные породы в целях корректировки отдельных технических решений и обоснования необходимых строительных или защитных мероприятий (без существенного изменения сметной стоимости строительства в сторону ее увеличения).

Особого внимания заслуживают гидрогеологические исследования, выполняемые для обоснования проектирования и осуществления строительного водопонижения как мероприятия, обеспечивающего эффективное строительство различных инженерных сооружений в сложных гидрогеологических условиях (см. § 5 данной, главы).

§ 5. Гидрогеологические исследования для целей строительного водопонижения

Искусственное понижение уровня подземных вод (водопонижение) широко применяется в гидротехническом, гражданском, промышленном и других видах строительства для обеспечения благоприятных и безопасных условий ведения строительных работ ниже уровня подземных вод (проходка котлованов, выемок, каналов, тоннелей, траншей и т. п.). При этом обеспечивается осушение водоносных пород в пределах строительных объектов (котлованов, траншей, каналов и др.), снятие избыточных гидростатических давлений нижележащих напорных горизонтов и предотвращение прорыва их вод в строительные выемки, устранение явлений разжижения пород, залегающих в основании сооружений, и их искусственное уплотнение.

В зависимости от времени и способов проведения строительных работ и сложности природных условий водопонижение осуществляется поверхностным, подземным или комбинированным способами одновременно с выполнением строительных работ (параллельное водопонижение) или перед их началом (предварительное водопонижение). В техническом отношении оно проводится с помощью различных водопонизительных и дренажных устройств: (водопонизительных, поглощающих и разгрузочных скважин, эжекторных и иглофильтровых установок, сквозных и забивных фильтров, дренажных колодцев, лучевых водозаборов и др.) (2, 4, 5, 11).

При гидротехническом, промышленном и гражданском видах: строительства наиболее часто применяется поверхностное водопонижение с помощью скважин, эжекторных и иглофильтровых установок. При этом водопонизительные скважины используются при необходимости обеспечения значительного понижения уровня подземных вод (5—20 м и более) в сравнительно высокопроницаемых породах (при коэффициентах фильтрации не ниже 0,5—3 м/сут) и значительной мощности обводненных отложений (не менее 5—10 м). В остальных случаях применяются эжекторные и легкие иглофильтровые установки, действие которых в условиях слабопроницаемых пород (при коэффициентах фильтрации менее 0,5—1 м/сут) усиливается применением вакуумирования и электроосушения (3, 10, 12). Наиболее часто практикуются линейная и кольцевая схемы расположения водопонизительных устройств (реже площадная).

Проект водопонижения является составной частью общего проекта строительства и разрабатывается в соответствии с генеральным планом и календарным графиком строительства. Принципиальные решения по применению той или иной схемы расположения водопонизительных устройств должны быть обоснованы специальными гидрогеологическими расчетами.

Обычно проекты строительного водопонижения разрабатываются в одну стадию — технорабочий проект. В новых, еще не освоенных строительством районах, характеризующихся весьма сложными гидрогеологическими условиями, проектирование водопонижения может осуществляться в две стадии: 1) технический проект со сметно-финансовым расчетом и 2) рабочие чертежи с уточненной сметой.

При одностадийном проектировании в технорабочем проекте строительного водопонижения должны быть решены следующие задачи:1) обоснованы необходимость и экономическая целесообразность водопонизительных мероприятий на данном строительном объекте, установлены размеры осушаемой территории; 2) разработаны принципиальные схемы расположения водопонизительных устройств; 3) проведены гидрогеологические расчеты, обосновывающие выбор того или иного варианта водопонижения с точки зрения эффекта осушения; 4) определена продолжительность формирования депрессионной воронки; 5) разработаны конструкции водопонизительных устройств с выбором необходимого их оборудования и способа осуществления, 6) определена общая стоимость и технико-экономические показатели осуществления строительного водопонижения; 7) разработан график осуществления водопонижения, увязанный с графиком общестроительных работ. Составленный технорабочий проект строительного водопонижения должен включать пояснительную записку с экономической частью, смету и чертежи, отражающие природные условия участка и района и конструкции проектируемых водопонизительных устройств.

При двухстадийном проектировании все основные задачи решаются на стадии технического проекта. На стадии рабочих чертежей осуществляется уточнение проекта водопонижения в связи с получением дополнительных данных по изысканиям или изменением условий строительства.

Для составления проектов водопонижения и их обоснования осуществляется комплекс изысканий, состав и объем которых устанавливается в зависимости от сложности и степени изученности природных условий, характера водопонижения, стадии проектирования и требований технического задания на проведение изысканий.

Порядок подготовки и проведения изысканий аналогичен установленному для изысканий под строительство (см. § 1 настоящей главы). Независимо от стадии проектирования изыскания начинаются с изучения фондовых материалов и опыта осуществления водопонижения в аналогичных условиях.

Обычно комплекс изысканий для обоснования проектов строительного водопонижения включает проведение рекогносцировочного обследования и съемки (в зависимости от степени изученности комплексной или только гидрогеологической), разведочного бурения, опытно-фильтрационных и лабораторных работ, стационарных гидрогеологических наблюдений. В достаточно изученных районах съемочные работы могут не проводиться. Основной объем изысканий выполняется на стадии обоснования технического проекта. Для обоснования рабочих чертежей выполняются дополнительные изыскания, проведение которых вызывается необходимостью уточнений и детализации условий осуществления водопонижения, недостаточно освещенных предыдущими исследованиями.

В результате проведения гидрогеологических исследований должны быть получены данные, обеспечивающие обоснованное представление о природных условиях района водопонижения в виде фильтрационной расчетной схемы, используемой при прогнозных расчетах и обосновании строительного водопонижения. В частности, должны быть установлены размеры области фильтрации, ее границы в плане и в разрезе, выполняющиеся на них граничные условия, фильтрационные свойства основных водоносных горизонтов, подлежащих осушению и гидравлически с ними взаимосвязанных, условия обводнения строительной площадки и их возможные изменения во времени, степень активности гидравлической взаимосвязи горизонтов подземных вод между собой и с поверхностными водами, возможные дебиты дренажных сооружений, их взаимодействие и т. д.

Кроме того, должен быть изучен режим подземных вод осушаемых горизонтов, вопросы устойчивости бортов строительных котлованов, агрессивные и коррозионные свойства подземных вод, условия их сброса или использования и другие показатели, и факторы, определяющие выбор системы водопонижения и условия ее осуществления.

При проведении изысканий для целей водопонижения выполняется значительный объем горно-буровых работ (зондировочные, разведочные, опытные и наблюдательные скважины, шурфы, канавы). При этом разведочные и другие выработки размещают обычно по профилям, что обеспечивает получение представительных геолого-гидрогеологических разрезов по наиболее характерным направлениям. Количество, глубина выработок и расстояние между ними в поперечнике устанавливаются в зависимости от сложности геолого-гидрогеологических условий и размеров изучаемого участка и зоны водопонижения (обычно на поперечнике закладывается не менее 3 скважин).

Большое внимание уделяется проведению опытно-фильтрационных работ, которые обеспечивают не только получение информации для определения расчетных гидрогеологических параметров, но и подтверждение принципиальной возможности снижения уровня подземных вод ниже подошвы котлована. Для этой цели закладываются опытные гидрогеологические кусты ^и сеть специальных наблюдательных скважин (обычно по лучам на дренируемый и гидравлически связанные с ним водоносные горизонты), которые используются для наблюдений за развитием депрессии в пространстве и во времени в период откачек и дают представление о возможном осушительном эффекте водопонижения и его влиянии на прилегающие территории.

Опытные откачки желательно проводить на 2—3 ступени понижения для получения кривых дебита для водопонизительных скважин. Документация опытно-фильтрационных работ осуществляется в соответствии с методикой, изложенной в гл. IV, § 3. В сложных условиях и при проектировании крупного водопонижения целесообразно проведение групповой (из 2—5 скважин) откачки с обеспечением понижения уровня подземных вод, близкого к проектному, и осуществлением наблюдений по всем скважинам. Сеть наблюдательных скважин целесообразно размещать таким образом, чтобы основная их часть использовалась в дальнейшем в качестве наблюдательных пунктов режимной сети в период осуществления строительства инженерных сооружений и их последующей эксплуатации.

Из опыта осуществления водопонижения при защите котлованов Волжской ГЭС им. XXIIсъезда КПСС и Каховской ГЭС следует, что зона влияния строительного водопонижения может достигать нескольких километров при глубине депрессионной воронки до 30—40 м. При этом нередко осуществляется дренирование нескольких водоносных горизонтов.

Для несовершенных котлованов, вскрывающих первый от поверхности водоносный горизонт (обычно аллювиальный), площадь участка, подлежащего изучению, обычно невелика и определяется радиусом депрессионной воронки в 1,5—2 км, глубина скважин зависит от мощности аллювия, а количество скважин и откачек — от сложности гидрогеологических условий, размеров котлована и других факторов (4, 5, 12). Исходя из опыта построенных гидроэлектростанций на р. Волге, Каме, Дону, в аллювиальных отложениях по линии водоотлива на каждые 150—200 пог. м его длины проводятся в среднем две-три одиночных и одна кустовая откачки, а по вертикали по одной откачке на каждые 15—20 м мощности водоносного слоя.

В котлованах, врезающихся в дочетвертичные породы, содержащие водоносные горизонты, напоры которых влияют на устойчивость дна и откосов котлована, горизонты должны быть изучены каждый в отдельности. В среднем в каждом водоносном горизонте выполняется по 1—2 одиночной или 1 кустовой откачке на каждые 200—300 пог. м контура котлована.

Объем изысканий в период строительства водопонизительных скважин может достигать 15—20% от объема изысканий на стадии рабочих чертежей. В этот объем входит также документация буре­ния и оборудования скважин водопонижения (2, 4, 12).

ЛИТЕРАТУРА

1. Материалы XXVсъезда КПСС. М., Политиздат, 1976, 256 с.

2. Абрамов С. К. Подземные дренажи в промышленном и городском строительстве. Изд. 3-е. М., Стройиздат, 1973, 280 с.

3. Влияние производственной деятельности человека на гидрогеологические и инженерно-геологические условия. Гидрогеология СССР, сводный том. Вып. 4 М ., «Недра», 1973, 278 с.

4. Водопонижение в строительстве. Под ред. И. К. Станченко. М., Стройиздат, 1971, 182 с.

5. Инженерно-геологические изыскания для строительства гидротехнических, сооружений. Под ред. Е. С. Карпышева. М., «Энергия», 1972, 376 с.

6. Маменко Г. К. Камская плотина на реке Каме. — Сб. «Геология и плотины», т. V. М., «Энергия», 1967, 9—38 с.

7. Маменко Г. К. Плотина Волжской ГЭС им. XXIIсъезда КПСС, на р. Волге. — Сб. «Геология и плотины», т. VI. М., «Энергия», 1972, 54—79 с.

8. Маменко Г. К., Федоров Д. В. Основное направление гидрогеологических исследований при изысканиях под гидротехническое строительство. Тр. Гидропроекта, сб. 23. М ., 1972, 194—201 с

9. Опыт и методика изучения гидрогеологических и инженерно-геологических условий крупных водохранилищ. Ч. 2 и 3. Изд-во МГУ, 1961/360 с.

10. Солодухин М. А. Инженерно-геологические изыскания для промышленного и гражданского строительства. М., «Недра», 1975, 188 с.

11. Справочник по общестроительным работам. Инженерные изыскания в строительстве. М, Стройиздат, 1975, 480 с.

12. Справочное руководство гидрогеолога. Изд. 2-е, т. 2. Л ., «Недра», 1967,. 360 с.

Источник: www.geoekonomica.ru

Полевые работы для инженерных изысканий

Объем и состав проводимых полевых работ зависят от решаемых при инженерно-геологических изысканиях задач и выполняются на основании программы. Работы включают в себя проведение обследований, стационарных наблюдений и опытных работ.

Геофизические методы используют при инженерно-геологических исследованиях состава и свойств пород и геологических явлений, как правило, при инженерно-геологической съемке. Наиболее широкое применение в практике изысканий нашли следующие методы: электрические, сейсмические, радиационные, магнитные, термометрические.

Геофизические методы существенно ускоряют и повышают качество и точность инженерно-геологической съемки. Эти методы используют для изучения в естественных условиях процессов и явлений, происходящих в горных породах, а также для изучения физико-механических свойств горных пород, распределения этих свойств в пространстве и изменения их во времени.

Электроразведка основывается на изучении условий прохождения электрического тока в различных грунтах. При этом используются либо естественные, либо искусственные электромагнитные поля. Поскольку одним из основных параметров горной породы является ее удельное электрическое сопротивление, то, измеряя его, можно получить геоэлектрический разрез, который имеет прямую однозначную связь с геологическим.

С помощью электроразведки производят уточнение геологического разреза при съемке, определяют мощность водоносных пластов и глубину водоупоров, мощность выветрелой зоны у скальных пород, положение древних речных долин, полостей и воронок в закарстованных породах, устанавливают положение трещиноватых зон и тектонических разломов, определяют границы и свойства многолетних мерзлых пород.

Сейсмическая разведка основана на наблюдениях за скоростью распространения упругих волн в земной коре, вызванных искусственными сотрясениями (взрывами, ударами). В результате взрыва в грунте возникают упругие волны — продольные и поперечные. Скорость распространения упругих волн в грунтах зависит от их минерального состава, структуры, трещиноватости, влажности и т.п.

В песках, например, скорость колеблется от 0,2 до 1,5 км/с, в глинах 1-3 км/с, в известняках 3-6 км/с, во влажной породе скорость больше, чем в сухой породе. Характер и скорость распространения упругих волн наблюдают на поверхности земли специальными приборами — сейсмоприемниками, располагаемыми по прямым — профилям. Если линия профиля проходит через точку взрыва, тогда профиль называют продольным, если она располагается произвольно по отношению к нему — поперечным.

Применение методов ядерной физики при инженерно-геологических исследованиях основано на измерении интенсивности естественных и искусственных излучений. Для изучения таких важных свойств пород, как влажность и плотность, применяют радиационные методы, основанные на измерении поглощающей способности горных пород при прохождении различных излучений.

Магнитные методы основаны на измерении особенностей магнитного поля Земли и магнитных свойств горных пород. Магнитные свойства массивов горных пород резко изменяются в зонах тектонических разломов и трещиноватости, а также в зонах геодинамической нестабильности горных пород. По данным магнитной разведки устанавливают генезис и состав пород.

Термометрические методы нашли широкое применение при изучении криогенных физико-геологических процессов и явлений в районах многолетней мерзлоты.

В практике инженерных изысканий для решения практических задач инженерной геологии часто приходится использовать сразу несколько принципиально различных геофизических методов. Применение комплекса геофизических методов является весьма эффективным средством для однозначного решения задач по изучению свойств пород и инженерно-геологических процессов. В настоящее время происходит интенсивное развитие и внедрение геофизических методов в практику инженерно геологических изысканий и исследований.

Наблюдение за режимом подземных вод, развитием инженерно-геологических процессов

Подземные воды являются важнейшим элементом инженерно-геологических условий той или иной территории. При проектировании и строительстве сооружений, рациональном использовании территорий, геологической среды подземные воды всегда имеют не только инженерно-геологическое значение. Поэтому столь необходимо изучить подземные воды — их распространение, условия залегания, гидравлические особенности, условия питания и разгрузки, запасы (ресурсы), режим и т.д. Стационарные наблюдения проводят на стадии проведенья инженерно-геологической съемки и разведки для изучения:

— положения уровня подземных вод;

— условий питания подземных вод и их запасов (ресурсов);

— связи подземных вод с поверхностными водами и зависимости режима первых от режима вторых;

— взаимосвязи между отдельными горизонтами и зонами подземных вод, наличия и надежности водоупоров как локальных, так и региональных;

— изменений режима подземных вод (уровней, ресурсов, химизма и др.) под влиянием существующих водоупоров, эксплуатации сооружений и других факторов;

— влияния режима подземных вод на развитие геологических процессов и явлений (подтопление и заболачивание территорий, засоление горных пород, развитие оползневых и просадочных явлений, изменение микросейсмических условий и др.).

Глубину залегания уровня подземных вод определяют с помощью специальных приспособлений (рис. 2.2). Для проведения химического анализа воды в лабораторных условиях из скважин отбирают ее пробы, причем с разных глубин.

Глубина и мощность водоносного безнапорного пласта определяются замерами расстояний от устья скважины до зеркала водоносного горизонта и от зеркала подземных вод до кровли водоупорного пласта. В напорном водоносном пласте мощность горизонта определяется расстоянием между верхним и нижним водоупорами.

Рис. 2.1. Средства для замера уровня подземных вод

а — хлопушка; б — свисток.

Получаемые сведения дают возможность: обоснованно оценивать инженерно-геологические условия территории; определять условия производства строительных и горных работ, условия эксплуатации сооружений, агрессивное воздействие вод на подземные части конструкций сооружений и т.п.; разрабатывать мероприятия по борьбе с подтоплением территорий, с водопритоками при проходке котлованов и подземных выработок и т.п.; разрабатывать мероприятия по охране окружающей геологической среды.

Изучение физико-геологических процессов. Основная цель изучения физико-геологических процессов и явлений состоит в оценке степени их влияния и в выборе способов борьбы с их неблагоприятным воздействием на проектируемые сооружения. Для достижения этой цели должны быть изучены условия и закономерности развития процессов и явлений, т.е. выявлены их типы и приуроченность этих типов к определенным видам грунтов, элементам и формам рельефа, гидрогеологическим и криогенным условиям.

На формирование и развитие физико-геологических процессов и явлений обычно оказывает влияние нескольких природных факторов. Часть из них создает условия для их возникновения, часть способствует активизации их развития. Среди этих факторов определяющими являются геологические и климатические, взаимодействие которых и определяет тип процесса и характер его проявления. Ниже перечисленные физико-геологические процессы и явления не охватывают всего их многообразия, а приведены как наиболее часто встречающиеся. Это: элювиообразование, промерзание и оттаивание, обвалы и осыпи, лавины, оползни, наледи и надледные бугры, явления развевания и навевания, солифлюкция, эрозия почв, подмыв берегов, оврагообразование, размыв склонов, сели, абразия озерная и морская, затопление и подтопление, заиление водохранилищ, суффозионные и фильтрационные деформации поверхности, карстовые явления, сейсмические явления, горное давление, просадки в лессовидных породах и лессах, явление усадки, сдвижение горных пород на подрабатываемых территориях и др.

Наиболее часто при инженерно-геологических изысканиях приходится сталкиваться с проявлениями различного рода процессов, протекающих на склонах (оползни, обвалы, осыпи, курумы), с проявлениями карста, выявлением селеопасности районов и пр.

При описании гравитационных процессов на склонах необходимо придерживаться следующим схем.

По обвалам:

область отрыва — высота, генезис, возраст склонов; условия залегания и основные свойства пород, слагающих склон; форма склона;

область транзита — длина пути, относительная высота падения, морфология пути движения, следы движения;

область отложения — характеристика места отложения; приблизительный объем обвалившейся массы и ее морфология; примерное определение примерной даты обваливания; форма #лыб обвалившейся массы, особенности сортировки, дальность падения и размер отдельных глыб; причиненные разрушения или нарушения в районе обвала;

статистические сведения об обвалоопасности района проведения съемки и сведения о наличии и характере противообвальных сооружений, а также их эффективности.

По осыпям:

область отрыва и процесс осыпания — морфометрическая характеристика склона, его экспозиция; положение, форма и размеры области питания осыпи; состав и основные свойства слагающих область питания пород (условия залегания, трещиноватость, выветрелость); размер, форма обломков, характер их перемещения (скольжение, перекатывание); наличие участков, свидетельствующих о прекращении процесса;

область аккумуляции — условия залегания осыпи, ее морфология; размеры и признаки сортировки материала осыпи, наличие или отсутствие заполнителя и его состав; условия обводнения осыпи, источники обводнения и его признаки; наличие растительности на теле осыпи и другие признаки, позволяющие оценить возраст и степень ее подвижности.

По оползням:

склон или откос, на котором возник оползень, — местоположение, экспозиция, генезис, возраст, морфометрическая и морфологическая характеристики, геологическое строение склона (откоса) и его основания, состояние горных пород, слагающих склон; гидрогеологические условия склона; наличие естественных и искусственных нарушений на склоне, за бровкой и у его подножия, для откосов — время и способ сооружения;

характеристика оползня — положение бровки срыва, наличие и размеры вала выдавливания; гидрогеологические условия тела оползня, наличие и интенсивность водопроявлений; оценка мощности оползневого тела и динамика перемещения материала тела оползня; состояние растительности, сооружений, наличие и характер проявления деформации сооружений; возраст оползня, соотношение оползней разного возраста и соотношение описываемого оползня с соседними оползнями; сведения о динамике оползня, при наличии наблюдений, или по опросным данным; сведения о противооползневых мероприятиях; выводы — тип оползня и его причины, относительное значение различных факторов в образовании оползня; взаимосвязь процессов, протекающих на оползневом склоне, стадия развития оползня и прогноз дальнейшего развития оползневого процесса.

Карст обычно типизируется по составу карстующихся пород, по их залеганию относительно земной поверхности и относительно регионального уровня подземных вод.

В зонах выклинивания подземных вод в естественных или искусственных откосах иногда наблюдаются вынос мелких частиц грунта, явление оплывания нижних частей склона и формирование выше бровки воронок, в отдельных случаях переходящих в промоины и овраги. Эти явления связаны с фильтрационным разрушением грунтов. Среди грунтов, подверженных фильтрационному разрушению, можно назвать тонко- и мелкозернистые, слюдистые и рыхлые пески, а также пылевато-глинистые неводостойкие породы типа лессов и лессовидных суглинков. В природных и искусственно созданных условиях (выемках на склонах, котлованах, карьерах) можно наблюдать два вида фильтрационного разрушения грунтов — оплывание и коллоидно-механическую суффозию.

Оплывание происходит под действием фильтрационного давления подземного потока, когда сила сопротивления в грунте (внутреннее трение и сцепление) меньше этого давления, определяемого как произведение плотности подземной воды на градиент фильтрации подземного потока.

Коллоидно-механическая суффозия — это вынос мелких и коллоидных частиц грунта потоком подземных вод. Этот процесс называется внутренним размывом.

Буровые и горнопроходческие работы

Открытые горные выработки — это расчистки, закопушки, шурфы, канавы, шахты, штольни. Преимущество этих выработок перед скважинами в том, что можно непосредственно видеть характер напластования пород, отобрать структурно не нарушенные образцы пород, проводить их испытания в условиях естественного залегания.

Рассмотрим основные виды горных выработок.

Расчистка — одна из наиболее простых и нетрудоемких выработок, проводимых в местах естественных обнажений и крутых склонов рельефа, когда для вскрытия пород достаточно удалить (сбросить вниз) со склона небольшой слой почвы, делювия или осыпи. Из расчистки отбирают образцы пород для лабораторных исследований и построения геологического разреза.

Закопушка — небольшая воронкообразная выработка диаметром около 0,3 м и глубиной 0,5…0,8 м, выполняемая для обнажения пород (коренных), залегающих под почвенным слоем или слоем поверхностных отложений. Наибольшее применение закопушки находят при инженерно-геологической съемке.

Шурф — вертикальная горная выработка сечением примерно 1,25 х 1,5 м и глубиной до 20 м и более. Шурфы круглого сечения называют д у д к а м и. Шурфы проходят в сухих, рыхлых горизонтальных или слегка наклонных пластах. При большой глубине и при прохождении водоносных горизонтов стенки шурфа укрепляют.

В последнее время появились специальные машины — шурфокопатели, которые ускоряют и значительно облегчают рытье шурфов. Шурф дает возможность произвести осмотр, фотографирование зарисовку залегания пластов, взять образцы пород для лабораторных исследований, произвести полевые испытания. Напластования пород, обнаруженных в шурфе, обычно представляют в виде развертки его боковых стенок и дна.

Канава — выработка трапецеидального сечения с шириной по основанию около 0,6 м, глубиной до 3 м и протяженностью до 100…150 м. Канавы целесообразно отрывать в крутопадающих пластах и задавать направление им вкрест простиранию пластов; они могут отрываться вручную и при помощи землеройных машин. Используя канавы, геолог может получить примерно такую же информацию, как и в шурфах рис. 2.2.

Типы горных выработок:
1 – штольня; 2 – расчистки; 3 – скважины; 4 – шурфы

Рис. 2.2. Зарисовка канавы

I-V — номера точек; 1 — растительный слой; 2 — супесь с щебнем;

3 — суглинок с щебнем; 4 — песок с валунами и галькой;

5 — песок сильно глинистый; 6 — сланцы; 7 — песок тонкозернистый слюдистый; 8 — доломиты; 9 — глины; 10 — известняк.

Шахта — вертикальная выработка сечения 22 или 23 м и глубиной до 100 м. Назначение шахты такое же, как и шурфа, но шахты, ввиду их большой стоимости, проходят только на ответственных сооружениях и в сложных геологических условиях.

Штольня — горизонтальная выработка трапецеидального сечения, высотой около 1,8 м, шириной по основанию 1,3…1,7 м, а по верху 1 м, имеющая выход на дневную поверхность. Штольни обычно устраивают в береговых склонах рек, по простиранию или вкрест простирания пластов. Этот вид горных выработок предназначается для решения различных задач, в частности при гидротехническом строительстве, для определения трещиноватости и фильтрационных свойств грунтов в береговых участках плотины; для выявления суффозионных процессов. В штольнях, при наличии надежных грунтов, геодезисты закладывают опорные высотные реперы. Отсутствие в штольне резких перепадов температур (вход в штольню закрывается дверью) гарантирует высокую стабильность отметок высотных точек.

Буровые работы

Бурение скважин, выполнятся для изучения геологического разреза, т.е. для выявления последовательности залегания пластов, их мощности, состава, плотности, консистенции, влажности, водоносности, а также для отбора образцов пород и последующего испытания в лабораторных условиях. Для этой цели применяется ручное и механическое бурение. Ручное бурение выполняют ударно-вращательным или ударно-канатным способом. Механическое бурение осуществляется вращательными, ударно-механическими и вибробуровыми установками.

Выбор способа бурения зависит от состава проходимых пород, от назначения и глубины бурения, от условий производства работ. При выборе способа бурения особое внимание уделяется качеству и виду отбираемых образцов пород и экономической эффективности способа.

Диаметры скважин зависят от их назначения и колеблются в широких пределах — от 89 до 325 мм и более, а глубина инженерно-геологических скважин может быть 10, 30, 100 м и более.

Способ ручного бурения применяется на объектах с малыми объемами работ, в районах, куда доставка механических буровых установок может быть сопряжена с трудностями. По способу проходки скважины оно может быть вращательным, ударным и комбинированным — ударно-вращательным. Для взятия образцов породы с ненарушенной структурой используют грунтоносы. Ручное ударно-вращательное бурение применяется для всех видов грунтов, кроме скальных; бурение ведется с применением разного рода средств и приспособлений, рис. 2.3.

В зависимости от состава пород в глинистых, суглинистых и песчаных грунтах применяют ложки и змеевики, в обломочных породах — долота и желонки, в сильно обводненных песчаных и илистых грунтах — желонки. В процессе ручного бурения производится отбор образцов грунта нарушенной и не нарушенной структуры.

Рис. 2.3. Ручное бурение

1 — змеевик; 2 — долото; 3 — ложка; 4 — желонка; 5 — грунтонос;

6 — штанга; 7 — обсадная труба; 8 — хомут; 9 — лебедка; 10 — копер; 11 — устье скважины; 12 — забой.

На основании механизации ударно-вращательного способа возник ударно-канатный способ бурения. Буровой снаряд, спущенный в скважину на канате, периодически поднимают и сбрасывают на забой с помощью ударного механизма рис. 2.4. Бурение у д а р н о-к а н а т н ы м способом может вестись сплошным и кольцевым забоем.

При бурении сплошным забоем проходка скважины производится путем сбрасывания (ударов) на забой долота, с последующим извлечением породы желонкой, а при бурении кольцевым забоем — сбрасыванием (забивкой) забивного стакана, который постепенно наполняется грунтом и затем поднимается на поверхность. Долото используют для раздробления твердых включений (валунов и др.). Желонка представляет собой стакан, в нижней части которого имеется башмачок с клапаном, который при подъеме закрывает отверстие. Недостаток этого способа бурения — его большая трудоемкость и малый темп работ.

Рис. 2.4. Схема работы ударно-канатного станка.

1 — буровой снаряд; 2 — инструментальный канат; 3 — шестерня привода ударного вала; 4 — кривошип; 5 — шатун; 6 — оттяжная рама.

Колонковое бурение является разновидностью вращательного способа проходки скважин, когда забой разрабатывается по кольцу, с оставлением не разрушенного столбика породы-керна, рис. 2.5. Его основные преимущества:

1) получение образцов в виде колонки породы-керна, по которому судят о геологическом строении и физико-механических свойствах проходимых пород;

2) возможность бурения скважин в породах любой крепости под различными углами наклона к горизонту.

Колонковое бурение ведется при помощи колонковой трубы, к нижнему торцу которой привинчивается кольцевая коронка с зубьями из твердого сплава или алмазная коронка, которая вращается со скоростью 50-300 об/мин образуя забой в виде кольца, а в центре его остается столбик нетронутой породы — керн. Продукты разрушения породы — шлам — удаляют из забоя (в зависимости от физико-механических свойств пород и глубины скважины) нагнетанием в скважину глинистого раствора или продувкой сжатым воздухом. При наполнении колонковой трубы керном или при затуплении резцов коронки бурение прекращают; керн заклинивают в конусе корпуса коронки, отрывают от забоя и поднимают вместе со снарядом на поверхность. Колонковое бурение может использоваться для проходки скважин во всех видах грунтов (за исключением песчаных и глинистых мягкопластичных), причем на значительные глубины. Этот способ обеспечивает получение образцов пород (керна) с естественной структурой и влажностью.

Рис. 2.5. Схема колонкового бурения

1 — керн; 2 — коронка; 3 — труба колонковая; 4 — трубы буральные.

Для отбора образцов в слабых породах используют так называемую двойную колонковую трубу, состоящую из двух труб, соединенных шарикоподшипниковым устройством. При бурении внутренняя труба не вращается и не позволяет разрушатся породе, которая ее заполняет.

Колонковое бурение имеет большое преимущество перед другими способами бурения. По извлекаемым кернам можно восстановить характер пород в массиве — их слоистость, состав, трещиноватость, наличие пустот, прерывистость напластования, углы наклона слоев, а также поверхности скольжения в теле оползня и др.

Шнековое бурение, как и колонковое, относится к категории вращательных способов бурения, но применяться может лишь для бурения в глинах, суглинках, илах, глинистых супесях. Разрушение пород при шнековом бурении производится двух- или трехперыми ступенчатыми долотами, которые соединяются со шнеком при помощи быстроразъемных замков.

Шнек представляет собой трубу, на которой по винтовой линии с шагом 0,6…0,8 м от его диаметра приварена спираль из стальной ленты, рис. 2.6. Этот способ отличается высокой производительностью, так как процесс бурения и подъем грунта происходят одновременно и непрерывно, а затраты на вспомогательные операции (спуск и подъем оборудования) минимальны.

Глубина бурения этим способом обычно не превосходит 30 м, но бывает и 100 м (гидрогеологические скважины). При шнековом способе бурения плохо определяются границы отдельных пластов; структура грунта, выходящего из скважины, оказывается нарушенной; затруднительно определяются горизонты грунтовых вод. В связи с этими недостатками шнековый способ целесообразно применять для проверки ранее установленного геологического разреза. Шнековый способ бурения в силу своей высокой производительности может быть успешно применен при закладке геодезических центров и реперов, особенно в условиях строительных площадок, где на сравнительно небольшой площади может располагаться много геодезических знаков.

Рис. 2.6. Конструкция долота и шнеков

а — шнек (установка УГБ-50А): 1 — труба; 2 — спираль; 3 — втулка; 4 — хвостовик; 5 — палец соединительный; 6 — фиксатор;

б — трехперовое долото: 1 — корпус; 2 — спираль; 3 — лопасть;

Вибрационное бурение основано на внедрении в породу кольцевого наконечника — виброзонда. Виброзонд представляет собой трубу диаметром 40…200 мм, длиной 0,5…3 м; по всей длине труба имеет одну или несколько прорезей для очистки зонда от породы; нижний конец трубы снабжен кольцом с острой режущей гранью.

Внедрение в грунт такого наконечника происходит благодаря тому, что под действием вибрации зонда в очень сильной степени ослабевает лобовое и боковое сопротивление грунта и зонд под действием собственного веса и веса вибратора погружается в грунт. В качестве забойного инструмента также может использоваться грунтонос — для получения проб грунта не нарушенной структуры и желонка — для проходки малосвязанных сыпучих пород, плывунов и водонасыщенных пород. Вибробурение относится к перспективным методам, обладает высокой производительностью, может применяться при проходке глин, суглинков, супесей, песков, гравелисто-галечниковых грунтов. Выгоднейшая глубина бурения этим способом 15-20 м. Виброметод дает возможность отобрать образцы грунта с ненарушенной структурой, но затрудняет фиксацию уровня подземных вод.

Отбор, упаковка и транспортирование образцов пород

Достоверность результатов лабораторного изучения физико-механических свойств горных пород зависит от правильности отбора образцов, сохранения в процессе отбора, транспортирования и хранения, а также от естественного сложения, структуры породы, ее естественной влажности и гранулометрического состава.

Образцы пород отбирают ненарушенного или нарушенного сложения, но с обязательным сохранением природного зернового состава. Образцы с ненарушенным сложением — монолиты — должны иметь ориентацию (низ — верх монолита). При отборе монолита не допускается нарушение природного сложения грунта.

Образцы грунтов нарушенного сложения отбирают из горных выработок с помощью ножа, лопатки и пр., а также из скважин с помощью буровых наконечников или грунтоносов. При отборе образцов пород, требующих сохранения природной влажности, бурение скважин выполняется без применения промывочной жидкости и без подлива в них воды, с пониженным числом оборотов бурового наконечника или грунтоноса.

Отбор монолитов из горных выработок производят в виде куска породы, из которого затем вырезают образцы необходимого размера.

Метод отбора монолитов из буровых скважин зависит от вида грунта и его состояния. Так, монолиты песчаных пород, глинистых пород твердой и полутвердой консистенции, плотных заторфованных грунтов с корнями растений отбирают с помощью оббуривающих грунтоносов, грунтонос который имеет внутреннюю не вращающуюся (грунтоприемную) гильзу. Глинистые породы полутвердой и тугопластичной консистенции отбирают с помощью тонкостенных цилиндрических грунтоносов с заостренными снаружи нижним краем, погружаемых способом вдавливания со скоростью не более 2 м/мин.

Рыхлые песчаные породы, глинистые породы мягкопластичной, текучепластичной и текучей консистенции, разложившейся торф отбирают с помощью грунтоносов с перекрываемым входным отверстием, погружаемых способом вдавливания, со скоростью не более 0,5 м/мин.

Монолит после отбора парафинируют. Для этого его туго обматывают слоем марли, предварительно пропитанной расплавленным парафином, смешанным с гудроном. Затем весь монолит в марле покрывают слоем парафина, обматывают вторым слоем марли. На верхнюю поверхность монолита укладывают этикетку.

Монолиты не мерзлой породы, упакованные в ящики, транспортируют при положительной температуре окружающего воздуха, а монолиты мерзлой — при отрицательной температуре или транспортом, оборудованным холодильной камерой, в которой поддерживается отрицательная температура.

Опытные полевые работы

Для получения надежных характеристик физико-механических свойств грунтов на ряду с лабораторными методами проводятся испытания грунтов непосредственно в массиве на месте будущего строительства. В настоящее время для этих целей используются следующие методы:

— метод статических нагрузок на штампы;

— срез целиков в горных выработках, раздавливание, выпирание, обрушение; вращательный срез крыльчаткой;

— статическое и динамическое зондирование;

— испытания грунтов инвентарными сваями и испытание опытных свай натурных размеров;

— определение типа грунтовых условий по просадочности опытным замачиванием.

В ходе полевых работ определяют гидрогеологические параметры, в частности: коэффициент фильтрации, мощность водоносных пластов, химизм (химический состав подземных вод), направление и уклон подземного потока.

Полевые методы изучения грунтов применяются главным образом для особо важных сооружений и на последних стадиях проектирования, когда уже существует полная картина геологического строения участка, имеются геологические разрезы, данные о физико-механических свойствах грунтов, генеральный план сооружения.

Наиболее важные характеристики грунтов, определяемые при полевых испытаниях и необходимые для расчета основания сооружения, это — сжимаемость грунта и сопротивление сдвигу.

Сжимаемость грунта характеризуется модулем деформации и коэффициентом Пуассона, сопротивление грунтов сдвигу — углом внутреннего трения и удельным сцеплением.

При полевых исследованиях модуль деформации грунта можно определить испытанием грунта статическими нагрузками (штампом) и прессиометром.

Цель испытания грунта статическими нагрузками (штампом) — по величине нагрузки и соответствующей этой нагрузке осадке получить достоверные сведения о сжимаемости грунта (модуле деформации) в слое глубиной, равной полуторной ширине штампа. В просадочных грунтах определяется дополнительная величина осадки — просадка, которая происходит при их увлажнении.

Испытания штампами выполняются в шурфах и скважинах.

Штампы состоят из толстых металлических пластин (усиленных ребрами жесткости) квадратных — площадью 5000 см со стороной 0,71 м или круглых той же площади диаметром 0,8 м. При испытаниях в скважинах применяют штампы диаметром не более 0,6 м. Размер шурфа в плане должен быть не менее 1,5 х 1,5 м, минимальный диаметр скважины — 0,325 м. Для обеспечения подземного контакта штампа с грунтом по всей площади иногда используют завинчивающийся штамп.

На штамп передается равномерное давление ступенями по 0,01…0,1МПа. Каждую ступень выдерживают до стабилизации осадки. Общее число ступеней должно быть не менее четырех. Режим испытания подробно регламентирован инструкциями и ДСТУ. Значение модуля деформации грунта получают для выбранных интервалов давлений в зависимости от величины приращения осадок.

Основные элементы оборудования при полевых испытаниях грунтов статическими нагрузками показаны на рис. 2.7: 1 — штамп;

Рис. 2.7. Установка для испытания грунтов на сжатие:

а — с балкой и анкерными сваями; б — с упором в стенки шурфа.

2 — установка для нагружения штампа в виде платформы или гидравлического домкрата. В комплект также входят прогибомеры — приборы для регистрации осадки с точностью до 0,1 мм и другое дополнительное оборудование.

И с п ы т а н и я с п о м о щ ь ю п р е с с и о м е т р а. Прибор состоит из цилиндрической резиновой герметической камеры, которую опускают в пробуренную скважину (рис. 2.8) на глубину, где требуется определить показатели сжимаемости грунта. Затем в камере создают внутреннее давление при помощи специальных гидравлической или пневматической систем.

Оболочка камеры плотно прижимается к стенкам скважины и начинает расширять последнюю, деформируя грунт. На поверхности земли находятся аппаратура для создания и измерения давления в камере и приборы, регистрирующие деформацию грунта. Значения модуля деформации определяются по величине деформации грунта при соответствующем давлении.

Рис. 2.8 Схема прессиометра

1 — зонд; 2 — обсадная труба; 3 — измерительная аппаратура.

Испытание пород на сдвиг может вестись в шурфах и скважинах. Существует четыре метода испытаний в шурфах: раздавливание четырехгранной призмы или цилиндра грунта вертикальной нагрузкой, сдвиг целика по заранее намечаемой горизонтальной плоскости, выпирание треугольной призмы в сторону, обрушение треугольной призмы вниз (рис. 2.9, а, б, в). Зная разрушающее усилие и площадь поверхности сдвига, рассчитывают прочность грунта.

Испытания грунта на сдвиг могут вестись и в скважинах лопастными приборами — крыльчатками (рис. 2.10). Для этого двух- или четырех-лопастная крыльчатка 1, закрепленная на штанге 2, вдавливается в забой скважины ниже обреза обсадных труб 3. Вверху вращением сердечника штанг распорными пластинами крыльчатки создается боковое давление на грунт и затем крыльчатка поворачивается.

Этот метод испытания основан на измерении предельного крутящего момента, при котором начинается сдвиг (вращение) лопастей крыльчатки. Сопротивление же сдвигу зависит от свойства грунта и размеров лопастей крыльчатки. Измерив сопротивление сдвигу при разных давлениях к поверхности среза и зная размеры крыльчатки, можно вычислить показатели прочностных свойств грунтов.

Такие испытания для одного слоя породы повторяют в одной скважине несколько раз, постепенно углубляя скважину.

Испытания грунта лопастными приборами можно вести до глубины 15-20 м. Лопастные приборы позволяют косвенно определить и модуль деформации грунта.

Динамическое зондирование заключается в определении сопротивления которое оказывает грунт забивке в него штанги с навинченным на нее специальным стальным наконечником — зондом в виде конуса, имеющего диаметр до 74 мм и угол при вершине 60°. Забивка зонда производится молотом определенного веса, свободно падающим с постоянной высоты; при этом фиксируется число ударов, необходимое для погружения зонда на определенную глубину (10 см), или глубина погружения зонда после 10 ударов.

Рис. 2.9. Схемы испытания целиков на сдвиг:

а – разрушение цилиндрического целика путем сдвига в обойме;
б – выпирание трехгранного целика в горизонтальном направлении; в-обрушение трехгранного целика; 1 – целик; 2 – домкрат;
3 – упорные балки; 4 – каретка для перемещения головки домкрата

Результаты наблюдений при динамическом зондировании представляют в виде ступенчатых графиков, наглядно показывающих, как меняется сопротивление грунта внедрению зонда. Если зондирование охватывает целые площади, то строят профили и карты.

Статическое зондирование отличается от динамического тем, что погружение зонда осуществляется не забивкой, а вдавливанием при помощи гидравлического домкрата. Развиваемое домкратом усилие измеряется манометром. Зонд также снабжен датчиком, позволяющим в любой момент определять величину сопротивления грунта внедрению конуса.

При помощи статического зондирования можно вести изучение мягких грунтов на глубину 15-25 м со скоростью 0,5-1 м/мин. Итоговым материалом статического зондирования является график, на котором показывают две кривые: кривую сопротивления грунта под зондом и кривую сопротивления трения.

Статическое зондирование применяется для:

— выделения инженерно геологических элементов;

— определение глубины залегания кровли несущего слоя;

— определение сопротивления грунтов под нижним концом и по боковой поверхности свай;

— определение характеристик грунтов;

Испытание свай статическими нагрузками. Результаты испытаний статическими нагрузками используют для определения несущей способности свай. Схема испытания сваи на вертикальную вдавливающую нагрузку приведена на рис. 2.11. К испытанию приступают после «отдыха» сваи, минимальная продолжительность которого составляет в песчаных грунтах 3 суток, а в пылевато-глинистых — 6 суток.

При испытании сваи вертикальную вдавливающую нагрузку прикладывают ступенями, равными 1/10 предполагаемой предельной ее нагрузки. После приложения ступени нагрузки по показаниям прогибомеров регистрируют осадку сваи. Каждую ступень выдерживают до условной стабилизации.

Результаты испытания оформляют в виде графика зависимости осадки от нагрузки. Полученный график используют для определения несущей способности сваи.

Рис. 2.11. Схема испытания свай с гидравлическим домкратом и анкерными сваями.

1 — испытуемая свая; 2 — анкерная свая; 3 — домкрат; 4 — хомуты, 5 — балки

Достоверные значения величины коэффициента фильтрации, особенно для связных грунтов, можно получить только в полевых условиях. Фильтрационные свойства пород в полевых условиях определяются следующими методами:

— откачки — если коэффициента фильтрации определяется ниже уровня подземных вод (УПВ);

— налива и нагнетания води в шурфы и скважины — в неводонасыщенных породах;

— экспресс методом — для быстрой предварительной оценки фильтрационных показателей.

Для определения коэффициента фильтрации могут также использоваться режимные наблюдения за состоянием гидрогеологической ситуации, как правило, при изменчивых гидрогеологических условиях и при наличии банка данных о наблюдениях.

Метод откачки заключается в откачке определенного объема воды из центральной скважины. При этом регистрируется понижение уровня воды в скважине. С помощью нескольких наблюдательных скважин определяется форма депрессионной воронки, образующейся вокруг основной скважины Коэффициент фильтрации определяется как функция расхода воды в цетральной скважине с учетом величины понижения УПВ во вспомагательных скважинах (рис. 2.12).

Рис. 2.12. Расчетная схема по определению коэффициента фильтрации в полевых условиях методом откачки

Метод налива заключится в нагнетании воды в неводонасыщенный слой породы и последующего отбора проб породы для определения влажности при полном водонасыщении непосредственно под площадкой впитывания воды. При этом фиксируется расход воды и скорость движения фронта смачивание породы. Испытания могут проводиться двумя способами:

— при постоянном гидравлическом напоре;

— при установленном расходе воды.

Экспресс метод заключается в мгновенном наливе определенного объема воды с последующим замером времени свободного понижения ее уровня.

Источник: olymp.in