Лекция 5. Инженерно-геологические изыскания. Задачи и стадийность инженерно-геологических изысканий для обоснования проектирования градостроительства

Инженерно-геологические изыскания – составная часть инженерных изысканий для строительства, порядок проведения которых регламентируется СП 47.13330.2012 «Инженерные изыскания для строительства. Основные положения».

Инженерно-геологические изыскания выполняются при проектировании различных зданий, сооружений и их комплексов. В необходимых случаях они могут быть продолжены в период строительства, эксплуатации, реконструкции и ликвидации объектов. В состав инженерных изысканий, помимо инженерно-геологических входят и другие виды изысканий:

Рисунок 4. Основные виды инженерных изысканий.

-геодезические – получение топографо-геодезических материалов, данные о рельефе местности.

Инженерно-гидрометеорологические – климатические условия, гидрологический режим рек.

Инженерно-экологические – оценка и прогноз современного экологического состояния.

Кроме того, к инженерным изысканиям для строительства относят следующие специальные работы:

- геотехнический контроль;

- обследование грунтов оснований фундаментов зданий и сооружений;

- локальный мониторинг компонентов окружающей среды;

- обоснование мероприятий по инженерной защите территорий.

Инженерно-геологические изыскания (ИГИ) – производственный процесс получения, накопления и обработки инженерно-геологической информации для обеспечения строительного проектирования исходными данными об инженерно-геологических условиях района.

Инженерно-геологические условия – это совокупность компонентов геологической среды, которые могут оказать влияние на проектируемы сооружения.

Одной из важнейших задач инженерно-геологических изысканий является прогнозирование возможных изменений в сфере взаимодействия проектируемого сооружения с геологической средой.

В состав ИГИ входит следующий основной комплекс работ:

- сбор и анализ имеющихся геологических материалов;

- дешифрование космо- и аэрофотоматериалов;

- маршрутные наблюдения, буровые и горнопроходческие работы;

- геофизические исследования;

- опытные полевые работы;

- стационарные наблюдения;

- лабораторные исследования;

- камеральная обработка собранных материалов и составление отчета.

Объем и содержание ИГИ в каждом конкретном случае зависит от:

- категории сложности инженерно-геологических условий района (простых, средней сложности и сложные);

- степени их изученности;

- стадий (этапов) проектирования;

- вида (назначения) сооружения и уровня его ответственности.

Наиболее значительные объемы буровых, опытных и других видов работ выполняют при инженерно-геологических изысканиях для строительства зданий и сооружений повышенного уровня ответственности в сложных инженерно-геологических условиях.

Основанием для производства инженерно-геологических изысканий является договор между Заказчиком и Исполнителем инженерно-геологических изысканий. Обязательные приложения к договору:

- техническое задание;

- календарный план;

- смета.

Техническое задание составляется Заказчиком, в нем указывается:

- местоположение площадки предполагаемого строительства;

- вид проектируемого сооружения;

- стадия (этап) проектирования;

- конструктивные особенности проектируемого сооружения;

- предполагаемые нагрузки на грунты основания и другие сведения.

Программа инженерно-геологических изысканий устанавливает состав, объемы, методы и последовательность инженерно-геологических исследований.

Выполнение инженерно-геологических изысканий без программы или предписания не допускается. На их производство Заказчиком должно быть получено разрешение (регистрация) в территориальных органах исполнительной власти – центре по инженерным изысканиям при областной архитектуре. Основанием для выдачи разрешения, помимо программы являются лицензия, техническое задание и смета на производство работ.

Материалы инженерно-геологических изысканий, передаваемые Заказчику в виде технического отчета, подлежат обязательной государственной экспертизе.

Инженерно-геологические изыскания выполняются последовательно, по этапам, в соответствии со стадиями проектирования. Основные этапы комплексных исследований: рекогносцировка, съемка и разведка. При этом выдерживается общий принцип проведения геологических работ, когда от этапа к этапу сокращается площадь исследований, но увеличивается их детальность.

Инженерно-геологическая рекогносцировка предшествует съемке и проводится для предварительной оценки инженерно-геологических условий района строительства для обоснования предпроектной документации. Рекогносцировка может не проводиться если имеется достаточное количество архивных материалов.

В задачу рекогносцировки входит:

- предварительное выявление типов рельефа и геоморфологических элементов;

- уточнение собранных геологических материалов;

- осмотр и описание имеющихся обнажений горных пород, выходов подземных вод на поверхность.

Для этого проводятся маршрутные наблюдения, а в необходимых случаях аэровизуальные наблюдения, проходка неглубоких выработок и др. работы.

По итогам рекогносцировки составляется схематическая карта инженерно-геологических условий района.

Инженерно-геологическая съемка проводится для площадной оценки и картирования инженерно-геологических условий района (участка) строительства. В состав инженерно-геологической съемки входит полный комплекс полевых, лабораторных и камеральных работ.

На основе полученных в ходе съемки данных составляют инженерно-геологическую карту района строительства, это позволяет выделить участки, наиболее пригодные для строительства.

 

Рисунок 5. Работы в составе инженерно-геологической съемки.

Инженерно-геологическая карта – это сведения о важнейших инженерно-геологических факторах в пределах изучаемой территории, состоит из собственно карты, условных обозначений, инженерно-геологических разрезов и пояснительной записки.

 

Рисунок 6. Карта инженерно-геологического районирования.

На инженерно-геологических картах отражают литологический состав и свойства пород, их распространение, условия залегания, возраст и происхождение, сведения о подземных водах и природных геологических и инженерно-геологических процессах.

Для составления инженерно-геологических карт используют различные вспомогательные карты: фактического материала, топографические, геологические, геоморфологические и карты строительных материалов.

Инженерно-геологические карты бывают трех видов:

- инженерно-геологических условий;

- инженерно-геологического районирования;

- инженерно-геологические карты специального назначения.

Карта инженерно-геологических условий содержит информацию с учетом удовлетворения всех видов надземного строительства. ЕЕ используют для общей оценки природных условий местности, где будет осуществлено строительство.

Карта инженерно-геологического районирования отражает разделение территории на части (регионы, области, районы, участки и т.д.), в зависимости от общности их инженерно-геологических условий.

Карты специального назначения составляют применительно к конкретным видам строительства или сооружения. Они содержат оценку инженерно-геологических условий территории строительства и прогноз геологических процессов и явлений.

Инженерно-геологическая разведка производится на завершающем этапе изысканий и служит для уточнения инженерно-геологических условий под отдельным зданием или сооружением. Основанием для ее производства являются материалы инженерно-геологической съемки.

В результате инженерно-геологической разведки должны быть получены исходные данные, необходимые для инженерно-геологической характеристики грунтовых оснований в сфере взаимодействия сооружений с геологической средой и для прогноза изменения свойств грунтов на период строительства и эксплуатации.

Стадийность инженерно-геологических изысканий

Инженерно-геологические изыскания для строительства выполняются последовательно на различных стадиях (этапах).

Различают следующие основные стадии работ:

- предпроектную (она включает прединвестиционную документацию, градостроительную документацию и обоснование инвестиций в строительство);

- проектную (в состав входят проект и рабочая документация для строительства сооружения).

Предпроектная документация разрабатывается с целью обоснования целесообразности строительства объекта, выбора строительных площадок и направления магистральных транспортных и инженерных коммуникаций, основ генеральных схем инженерной защиты от опасных геологических процессов и др.

Инженерно-геологические изыскания на предпроектных стадиях выполняют для крупных и сложных объектов. Они должны обеспечивать изучение основных особенностей инженерно-геологических условий значительных по площади и по протяженности территорий.

На всех предпроектных этапах:

- прединвестиционной документации;

-градостроительной документации;

- обоснование инвестиций в строительство

значительное внимание уделяют прогнозу оценки воздействия объектов строительства на геологическую среду.

При проведении инженерно-геологических изысканий на стадии проект перечень изысканий не меняется, но увеличивается детальность их проведения.

По результатам изысканий составляют технический отчет.

Инженерно-геологические изыскания в период строительства выполняют лишь в особых случаях:

- при строительстве ответственных сооружений, особенно в сложных инженерно-геологических условиях;

- в условиях стесненной городской застройки;

- при длительных перерывах во времени между окончанием изысканий и началом строительства объекта.

В период эксплуатации объектов в необходимых случаях в соответствии с заданием Заказчика проводят обследования грунтов оснований фундаментов существующих зданий и сооружений, а также при их расширении, строительстве новых близко примыкающих зданий и в других случаях.

Инженерно-геологические изыскания для реконструкции зданий и сооружений проводятся, как правило, в условиях плотной застройки и поэтому должны осуществляться с учетом конкретной природно-технической ситуации. Обязательным видом работ является натурное обследование окружающей территории и реконструируемого здания. В ходе обследования устанавливают геотехническую категорию объекта, необходимые объемы работ по изысканиям, принципиальные варианты реконструкции и усиления.

Небольшой объем инженерно-геологических изысканий выполняется в период ликвидации зданий и сооружений. Цель этих работ – обоснование проектных решений по санации (оздоровлению) и рекультивации нарушенной территории, оценка опасности и риска от ликвидации объекта.

Методы и технические средства инженерно-геологических изысканий

Инженерно-геологические изыскания начинают со сбора и обработки материалов изысканий и исследований прошлых лет. Важно располагать также данными о возможных деформациях зданий и сооружений и их причинах на исследуемой территории, существующих способах инженерной защиты, наличии грунтовых строительных материалов, источниках питьевого водоснабжения и др.

Все эти данные можно получить из инженерно-геологических отчетов, хранящихся в территориальных геологических фондах, техархивах трестов инженерно-геологических изысканий (ТИЗИС), проектных и строительных организаций, фондах городских и областных архитектурных управлений и других источников.

На основании сбора и анализа материалов прошлых лет возможно оптимизировать программу инженерно-геологических изысканий, по возможности сократить их объем и снизить затраты на производство.

Дешифрование аэро- и космоматериалов и аэровизуальные наблюдения следует предусматривать при изучении и оценке инженерно-геологических условий значительных по площади (протяженности) территорий, а также при необходимости изучения динамики изменения этих условий.

При дешифровании широко используются телевизионная, сканерная, тепловая (инфрокрасная) и другие виды аэро- и космических съемок, осуществляемых с пилотируемых космических кораблей, орбитальных станций, искусственных спутников, а также с самолетов и вертолетов. В последнее время стали доступными материалы космических съемок очень высокого разрешения (до 2,0 м).

Аэровизуальные наблюдения ведутся при полетах легких самолетов, летающих со скоростью до 100-150 км/ч и высоте полета от 50 до 1500 м. Наиболее эффективны они при обследовании значительных площадей и выборе конкурирующих вариантов в процессе инженерно-геологической рекогносцировки и съемки в труднодоступных и малоисследованных районах.

Буровые и горнопроходческие работы являются важнейшей частью инженерно-геологических исследований. С помощью буровых скважин и горных выработок выясняют геологическое строение и условия строительной площадки на необходимую глубину, отбирают пробы грунтов, проводят опытные работы и стационарные наблюдения.

Буровая скважина – цилиндрическая вертикальная выработка (реже наклонная) малого диаметра, выполняемая специальным буровым инструментом. В буровых скважинах различают устье (начало), стенки и забой или дно.

Сущность бурения заключается в постепенном и последовательном разрушении породы на забое и извлечение ее на поверхность. Образцы породы, извлекаемые из скважин, называются буровым керном.

Наиболее распространенным видом горных выработок является шурф. При изысканиях применяют также и другие выработки: расчистки, канавы, дудки, штольни и шахты.

Шурф – вертикальная горная выработка прямоугольного или круглого сечения, проходимая с поверхности до глубины 20 м. Шурф круглого сечения называют дудкой.

Наиболее распространены на изысканиях мелкие шурфы глубиной до 3-5 м сечением 1х1,25 м.

В настоящее время шурфы разрабатывают с помощью специальных шурфопроходческих установок, оснащенных ковшовыми или шнековыми бурами.

По окончании полевых работ шурфы тщательно засыпают, грунт утрамбовывают, а поверхность земли выравнивают.

Расчистки – неглубокие выработки, применяемые для снятия рыхлого маломощного покрова делювия или элювия с наклонных поверхностей.

Канавы (траншеи) – узкие (до 0,8 м) и неглубокие (до 2 м) выработки, выполняемые вручную или с помощью технических средств с целью вскрытия коренных пород.

Штольни – подземные горизонтальные выработки значительной длины, закладываемые на склонах и вскрывающие толщи горных пород в глубине массива.

Шахты (разведочные) – вертикальные горные выработки, которые отличаются от шурфов значительно большими размерами (глубиной до 30 м, а сечением до 6 кв.м).

Основными геологическими документами разведочных работ являются буровой журнал и журнал горных выработок. В журналах по мере бурения скважин и проходки шурфов подробно описывают состав и состояние вскрываемых пород, указывают глубину отбора проб породы и воды, проводят результаты наблюдений за появлением уровня подземных вод, выходом керна и т.д. По данным буровых и горных журналов составляют разрезы (колонки) отдельных скважин и шурфов.

 

Рисунок 7. Разрез буровой скважины (геологическая колонка).

Данные нескольких разрезов колонок) объединяют в инженерно-геологические профили (разрезы).

Геофизические методы сопутствуют (или предшествуют) буровым и горнопроходческим работам и позволяют значительно сократить их объем, повысить полноту и качество исследований. В большинстве случаев их применяют как вспомогательные методы. Они помогают изучать геологический разрез горных пород, а также геологические процессы и явления.

Геофизические методы исследования основаны на различиях физических свойств горных пород (удельного электрического сопротивления, скорости распространения упругих сейсмических волн, радиоактивности, магнитной восприимчивости).

 

Рисунок 8. Стадии построения геологической колонки.

Геофизические методы разделяют в зависимости от изучаемых физических полей:

- электромагнитные (электроразведка);

- сейсмоакустические (сейсморазведка);

- магнитометрические;

- гравиметрические.

Электроразведка основана на исследовании искусственно создаваемого в массивах пород электрического поля. Каждая порода в зависимости от состава, состояния, водоносности характеризуется своим удельным электрическим сопротивлением. Чем больше разняться эти удельные сопротивления между собой, тем точнее результаты электроразведки.

Электроразведка с поверхности земли применяется в двух модификациях: электрозондирование и электропрофилирование.

 

Рисунок 9. Схема вертикального электрического зондирования.

При методе вертикального электрического зондирования приемные электроды М и N с включенным в цепь потенциометром остаются неподвижными, а питающие электроды А и В последовательно перемещаются от центра зондирования. Чем больше расстояние между А и В, тем на большую глубину проникают токовые линии. Измеряя силу тока между питающими электродами А и В и разность потенциалов между приемными электродами М и N, определяют удельное сопротивление горных пород.

Метод вертикального электрического зондирования широко используется для определения глубины залегания и мощности водоносных горизонтов, включая глубокозалегающие артезианские воды.

Рисунок 10. Обнаружение карстовой полости с помощью электропрофилирования

При электропрофилировании по профилю перемещаются одновременно четыре электрода AMNВ при неизменном расстоянии между ними. Это дает возможность изучить геологическое строение участка в горизонтальном направлении вдоль линии профиля. Методом электропрофилирования определяют границы слоев горных пород и водоносных горизонтов, обнаруживают карстовые полости, обводненные трещиноватые зоны, линзы пресных вод среди соленых и др.

Сейсморазведка основана на измерении скорости распространения упругих колебаний, искусственно возбуждаемых в горных породах (взрывами, ударами). Замерив время пробега упругой волны от точки возбуждения до сейсмоприемника, вычерчивают кривую – годограф, по которому рассчитывают скорость распространения волн в исследованных породах и строят сейсмогеологический разрез.

 

Рисунок 11. Схема сейсморазведочных работ методом отражения волн.

С помощью микросейсмических установок, применяемых для малых глубин исследования, устанавливают глубину залегания скальных пород под наносами, выявляют погребные речные долины, карстовые пустоты, уровень подземных вод, мощность талых пород вечной мерзлоте. В сложных сейсмических условиях этот метод недостаточно точен.

 

Вопросы для подготовки:

1.Какие нормы регламентируют инженерно-геологические изыскания?

2.Виды инженерно-геологических изысканий?

3.Как выполняется программа инженерно-геологических изысканий?

4.Какие работы являются основными при инженерно-геологических изысканиях?

5.Как строится геологическая колонка?

6.Какие геофизические методы бывают?