Инженерно-геологические изыскания

Содержание

 

 

Введение

Инженерные изыскания — это комплекс работ, проводимых для изучения природных условий района, участка, площадки, трассы проектируемого строительства и получения необходимых и достаточных сведений для экономически целесообразных, технически обоснованных и экологически безопасных решений при проектировании и строительстве объектов.

Инженерные изыскания  предполагают также получение данных для составления прогноза изменений природной среды под воздействием строительства и дальнейшей эксплуатации намечаемого к реализации строительного проекта. Это особенно актуально для таких объектов, как автомобильные дороги и аэродромы, которые либо имеют значительную протяженность, либо занимают большие по площади территории и имеют свою, характерную только для них, специфику воздействия на окружающую среду.

Основными задачами инженерно-геологических  изысканий являются изучение рельефа, геологического строения и особенностей грунтов, гидрогеологических условий, геодинамических процессов и явлений на территории, которая будет использована под строительство.

Объемы изыскательских работ зависят от многих факторов:

1. Категории будущего  инженерного сооружения и его  административной значимости;

2. Рельефа местности (горы, равнины, холмы и т. д.);
3. Климата и природных условий (север, юг, степь, тайга и т. д.);
4. Сложности геологических и грунтовых условий (горизонтальное залегание слоев пород, дислокации, вечная мерзлота, болота и т. д.).

В зависимости от объемов работ стоимость инженерно-геологических изысканий составляет 7—12% общей стоимости строящегося объекта.

Инженерно-геологические  изыскания проводят геологические  организации, которые специализируются на выполнении работ для дорожных сооружений. Дорожные проекгно-изыскательские и научно-исследовательские институты обычно имеют специализированные отделы. В этих отделах работают инженеры-геологи, которые в своей работе руководствуются нормативными документами, предназначенными для дорожного строительства (СНиПы, СП, ГОСТы, ТСН, РСН, методические и технические указания и т.д.).

В процессе эксплуатации инженерных объектов могут возникать  различного рода и масштаба нарушения  в земляном полотне, насыпях, мостовых переходах, в дорожных одеждах или  в массивах грунтов, на которых располагаются сооружения. Это может происходить, например, за счет активизации оползней, осыпей, оврагов или появления бугров пучения в вечной мерзлоте и т. д. Все это приводит к нарушению нормальной эксплуатации сооружений и требует проведения необходимых мероприятий. В таких случаях создают комиссии, в которые входят инженеры и геологи, а при необходимости и другие специалисты. Основными целями работы комиссии являются поиск причин породивших нарушения и выработка мероприятий по их устранению. При необходимости проводят некоторые инженерно-геологические работы по геологии, грунтам, гидрогеологии, а также анализируют состояние конструкций.

Работа комиссий завершается  созданием проекта на устранение нарушений. В зависимости от серьезности нарушений и объема работ, которые необходимо выполнить, экспертиза может быть кратковременной или длительной. Основную роль в работе таких экспертиз обычно играет проектная организация.

 

1. Методы инженерно-геологических изысканий

Для получения инженерно-геологической информации, которая принимается за основу при оценке инженерно-геологических условий местности и составлении проекта того или иного сооружения, используют многочисленные методы исследований. Традиционные методы постоянно совершенствуются, появляются новые методики, приборы, оборудование, программное обеспечение для современных информационных технологий. Все это позволяет выявлять дополнительные признаки и ускоренно определять показатели инженерно-геологических условий строительства и эксплуатации инженерных сооружений.

Далее рассматриваются  в основном полевые методы, применяемые  при изысканиях, т. е. методы, позволяющие  получать инженерно-геологическую  информацию непосредственно на месте  проектируемого сооружения.

Одним из основных методов  инженерно-геологического изучения местности является инженерно-геологическая съемка — комплекс визуальных и инструментальных маршрутных исследований, заключающийся в измерении, описании и нанесении на карту всех природных и искусственных факторов, определяющих инженерно-геологические условия территории.

В зависимости от необходимой  детальности сведений и объема задач, стоящих перед проектными организациями, проводят инженерно-геологическую  съемку того или иного масштаба. Для очень больших территорий применяется съемка масштаба 1:200000 и мельче. Это так называемая мелкомасштабная или обзорная съемка. Средне- масштабная съемка ограничена масштабами 1:50000— 1:10000. Крупномасштабная или детальная съемка имеет масштабы 1:5000 и крупнее. Естественно, что при инженерно-геологической съемке используют топографические карты соответствующих масштабов, на которые и наносят все полученные сведения.

Инженерно-геологическая  съемка может производиться на готовой  геологической основе, если на данной территории уже была проведена геологическая съемка соответствующего (или более крупного) масштаба. В том случае, если геологической съемки не было, то проводят комплексную инженерно-геологическую съемку. При этом помимо изучения инженерно-геологических условий для проектируемого строительства должна быть проведена собственно геологическая съемка с выяснением геологического строения территории и предварительной оценкой месторождений полезных ископаемых, которые могут быть выявлены в процессе съемки.

При изысканиях практически  всегда проводят комплексную инженерно-геологическую съемку, в процессе которой должны быть изучены:

1. Геологическое строение  местности (стратиграфия, литология,  тектоника и т. д.);

2. Геоморфологические  особенности территории будущего  сооружения (сведения о рельефе);

3. Гидрогеологические  условия (уровни подземных вод,  их динамика, химический состав  и агрессивность по отношению  к бетону, источники подземных  вод и их дебит);

4. Неблагоприятные геодинамические  процессы и явления (оползни,  заболоченность, карст, суффозия и т.д.);

5. Физико-механические  свойства грунтов;

6. Состояние существующих  сооружений (если они имеются)  и возможность появления техногенных  процессов и явлений;

7. Месторождения местных  строительных материалов с их  предварительной оценкой.

Все указанные сведения в процессе инженерно-геологической съемки получают либо при изучении естественных обнажений (выходов на поверхность слоев горных пород на склонах гор, в оврагах, в бортах речных долин и т. п.), либо в результате проведения разведочных работ.

Разведочные работы могут  включать в себя проходку горных выработок, геофизические исследования, аэрокосмические  методы, опытные полевые работы по определению свойств грунтов, гидрогеологические опытные работы и др.

Прочностные показатели свойств грунтов в полевых условиях определяют в песках, глинистых и органоминеральных грунтах, которые не содержат примесей в виде щебня или гравия. Чаще всего используют два экспресс-метода: статическое и динамическое зондирование.

Динамическое  зондирование выполняют путем ручной или механической забивки в грунты конуса (зонда). Забивку осуществляют стандартными ударами свободно падающего молота. В процессе зондирования фиксируют величину погружения зонда в зависимости от числа ударов молота и определяют сопротивление грунтов внедрением конуса.

Статическое зондирование осуществляют путем плавного вдавливания в грунты конического зонда. Вдавливание осуществляют с помощью гидравлических, винтовых или реечных домкратов. При погружении зонда замеряют сопротивление грунтов его внедрению.

Считается, что статическое  зондирование дает более верные результаты в силу непрерывности и плавности  приложения нагрузки, это особенно предпочтительно при определении  физико-механических показателей грунтов.

Статическое и динамическое зондирования позволяют оценивать несущую способность грунтов, степень их уплотнения в насыпях и намывных образованиях, определять глубину залегания скальных и крупнообломочных, грунтов, устанавливать консистенцию глин и определять модуль деформации Е.

Метод зондирования нашел широкое применение при инженерно-геологических полевых изысканиях при строительстве автодорог и аэродромов. Этот метод позволяет ускорить изыскательские работы, сократить объем буровых и лабораторных исследований грунтов, но при этом следует заметить, что в глинистых грунтах он дает несколько завышенные значения модуля деформации Eq в сравнении с более высокоточным методом штампов. Потому результаты испытаний глинистых грунтов зондированием следует сравнивать с методом штампа и компрессионных испытаний образцов грунтов в грунтоведческих лабораториях.

Деформационные показатели в полевых условиях определяют в  скальных и нескальных грунтах. Наибольшее применение в полевых условиях получил метод штампов, позволяющий определять значения допустимых нагрузок по предельным значениям напряжений, при которых структуры грунтов начинают разрушаться. Так определяют модуль общей деформации Е, МПа.

2. Геологические и инженерно-геологические карты и разрезы

Результаты изучения природных условий территории с  помощью инженерно-геологической съемки и других методов оформляют в виде разнообразной геологической документации, которую должен уметь прочитать и грамотно использовать инженер-строитель, проектирующий и возводящий строительный объект.

Главными итоговыми документами в этом случае являются геологические и инженерно-геологические карты и разрезы с различными приложениями, которые служат основой для создания проектов_, в частности, проектов автомобильных дорог, городских путей сообщений и аэродромов с присущей им инфраструктурой. Инженерно-геологическая карта занимает особое место. Она является итоговой комплексной картой, содержащей все данные по геологии, гидрогеологии, свойствам грунтов, опасным геологическим и техногенным процессам. Именно такую карту создают в процессе инженерно-геологических изысканий и передают проектной организации для выполнения проекта, в данном случае дорожного сооружения.

Мелкомасштабные карты, создаваемые, как правило, на большие по площади  территории, являются основой для  перспективного планирования освоения этих территорий, в том числе и для генерального планирования дорожной сети и примерных мест расположения аэродромов.

Среднемасштабные карты чаще всего  используют для поисков и сравнения  конкретных конкурирующих вариантов  мест строительства.

Детальные карты необходимы для  решения вопросов по отдельным сооружениям, например при проектировании и строительстве  крупных мостов.

В большинстве случаев на инженерно-геологических  картах проводится районирование —  деление обследованной территории на части (регионы, области, районы) в зависимости от общности их инженерно-геологических условий. Такие карты обычно называют картами инженерно-геологического районирования.

3. Стадии инженерно-геологических изысканий

Проектирование различных  сооружений в соответствии со Сводом правил по инженерно-геологическим изысканиям для строительства (СП 11-105—97) должно состоять из двух стадий:

1. Разработка предпроектной документации.
2. Разработка проекта и создание рабочей документации

Инженерно-геологические  изыскания выполняют отдельно под  каждую стадию на основании выданного  заказчиком (проектной организацией) технического задания и составленной исполнителем (изыскательской организацией) и утвержденной заказчиком программы  работ.

Первую стадию называют предварительной стадией или стадией проектного задания.

Стадия разработки предпроектной документации (стадия проектного задания) должна обеспечить:

• определение цели инвестирования;
• разработку ходатайства (декларации) о намерениях;
• разработку обоснования инвестиций в строительство с учетом намеченных конкурирующих вариантов месторасположения строительства.

Инженерно-геологические  исследования на этом этапе заключаются  прежде всего в сборе и обработке  материалов изысканий прошлых лет  и других данных об инженерно-геологических условиях конкурирующих вариантов, а также в дешифрировании аэрокосмоматериалов. Последнее позволяет познать и раскрыть имеющиеся в натуре объекты и элементы местности, их характеристику и особенности.

При недостаточности имеющихся материалов обычно выполняют полевое рекогносцировочное обследование территории или (реже) инженерно-геологическую съемку в масштабе 1:50000—1:25000, сопровождающуюся использованием полевых методов исследований грунтов. На этом этапе изысканий рекомендуется применять в основном геофизические методы, а также статическое и (или) динамическое зондирование и другие экспресс-методы.

В техническом отчете (заключении) по результатам изысканий  для разработки предпроектной документации должны быть сформулированы предложения по выбору одного из конкурирующих вариантов трассы (места) строительства, а также рекомендации по проведению последующих изысканий.

На стадии рабочей документации инженерно-геологические изыскания должны обеспечивать комплексное изучение инженерно-геологических условий выбранного варианта места расположения сооружения и прогноз их изменений в период строи- теяьства и эксплуатации. Исследования проводят с детальностью, достаточной для выделения в плане и по глубине инженерно-геологических элементов по ГОСТ 20522—96 с определением для них прочностных и деформационных характеристик грунтов, их нормативных и расчетных значений. Одновременно должны быть установлены гидрогеологические параметры территории, количественные показатели интенсивности развития геологических и инженерно-геологических процессов и явлений, агрессивность подземных вод по отношению к бетону и их коррозионная активность к металлам в зоне взаимодействия проектируемого объекта с геологической средой.