Организация инженерно-геологических изысканий.

Состав и объем изысканий.

Инженерно-геологические изыскания проводятся специальными организациями, которые имеют специальную лицензию на данный вид работ.

Проектирование крупных объектов осуществляется по стадиям: технико-экономическое обоснование (ТЭО), технический проект и рабочие чертежи. Название стадий инженерно-геологических изысканий соответствует стадиям проектных работ, за исключением стадии ТЭО, где геологические работы получили название рекогносцировочных инженерно-геологических изысканий (осмотр территории для строительства). Следует отметить, что на практике строительства последовательность стадий проектирования не соблюдается. Инженерно-геологические работы в три, в два или в один этап (в зависимости от состава). Трёх этапные изыскания проводят, если сооружение находится в каком-либо неизвестном месте:

1. ТЭО – технико-экономическое обоснование. Основой всех изысканий является топографическая съемка (масштаб 1:25000 – 1:10000);

2. Стадия проектная (ПР.) – детально изучают площадку строительства (масштаб 1:2000 – 1:1000);

3. Рабочая документация (РД) – (1:500 – 1:200).

В зависимости от масштаба изысканий изменяется число точек, в которых производят исследования.

На ранних стадиях проектирования инженерно-геологические изыскания охватывают обширные площади, применяются не очень точные, но сравнительно простые и экономичные технические средства. По мере перехода к более поздним стадиям площади изысканий сужаются и применяются более сложные и точные методы геологических работ.

Виды работ перед изысканиями.

В комплекс инженерно-геологических работ входят следующие виды работ:

· собирают общие сведения по территории из литературных публикаций и архивных материалов изыскательских организаций; сведения о климате, рельефе, населении, речной сети и т.д.;

· производят осмотр строительной площадки инженеры-проектировщики, совместно с инженером-геологом; определяют степень её застройки, осматривают ранее построенные здания (сооружения), дорожную сеть, рельеф, растительность и т.д., в целом определяют пригодность участка под застройку и вырабатывают техническое задание на изыскания;

· выполняют инженерно-геологические изыскания; в полевых условиях изучают геологическое строение площадки, гидрогеологию, геологические процессы, при необходимости на грунтах ставят опытные работы; отобранные пробы грунтов и подземных вод изучают в лабораториях;

· по окончанию полевых работ и лабораторных работ в камеральный период составляют инженерно-геологический отчёт, который защищают в проектной организации, после чего он становится документом и используется для проектирования объекта.

Документация, которая составляется при изысканиях.

Инженерно-геологические изыскания проводят на основании технического задания (ТЗ). Техническое задание на проведение изысканий составляет организация, которая их заказывает.

В техническом задании заказчик должен указать в обязательном порядке наименование объекта, приложить топографический план, дать краткое описание параметров возводимого сооружения. В техническом задании должны быть оговорены сроки проведения работ.

На основании технического задания исполнитель составляет программу инженерно-геологических изысканий. В ней должны быть сформулированы условия и задачи, сведения из архивов.

Инженерно-геологический отчет состоит из следующих частей:

Введение — основание для производства работ, задачи инженерно-геологических изысканий, местоположение района (площадок, трасс, их вариантов) инженерных изысканий, данные о проектируемом объекте, виды и объемы выполненных работ, сроки их проведения, методы производства отдельных видов работ, состав исполнителей, отступления от программы и их обоснование и др.

Изученность инженерно-геологических условий — характер, назначение и границы участков ранее выполненных инженерных изысканий и исследований, наименование организаций-исполнителей, период производства и основные результаты работ, возможности их использования для установления инженерно-геологических условий.

Физико-географические и техногенные условия — климат, рельеф, геоморфология, растительность, почвы, гидрография, сведения о хозяйственном освоении и использовании территории, техногенных нагрузках, опыт местного строительства, включая состояние и эффективность инженерной защиты, характер и причины деформаций оснований зданий и сооружений (если они имеются и установлены).

Геологическое строение — стратиграфо-генетические комплексы, условия залегания грунтов, литологическая и петрографическая характеристика выделенных слоев грунтов по генетическим типам, тектоническое строение и неотектоника.

Гидрогеологические условия — характеристика в сфере взаимодействия проектируемого объекта с геологической средой вскрытых выработками водоносных горизонтов, влияющих на условия строительства и (или) эксплуатацию предприятий, зданий и сооружений: положение уровня подземных вод, распространение, условия залегания, источники питания, химический состав подземных вод, прогноз изменений гидрогеологических условий в процессе строительства и эксплуатации объектов.

Свойства грунтов — характеристика состава, состояния, физических, механических и химических свойств выделенных типов (слоев) грунтов и их пространственной изменчивости.

Геологические и инженерно-геологические процессы — наличие, распространение и контуры проявления геологических и инженерно-геологических процессов (карст, склоновые процессы, сели, переработка берегов рек, озер, морей и водохранилищ, подтопление, подрабатываемые территории, сейсмические районы); зоны и глубины их развития; типизация и приуроченность процессов к определенным формам рельефа, геоморфологическим элементам, типам грунтов, гидрогеологическим условиям, видам и зонам техногенного воздействия; особенности развития каждого из процессов, причины, факторы и условия развития процессов; состояние и эффективность существующих сооружений инженерной защиты; прогноз развития процессов во времени и в пространстве в сфере взаимодействия проектируемого объекта с геологической средой; оценка опасности и риска от геологических и инженерно-геологических процессов; рекомендации по использованию территории, мероприятиям и сооружениям инженерной защиты, в том числе по реконструкции существующих.

Инженерно-геологическое районирование — инженерно-геологическое районирование территории с обоснованием и характеристикой выделенных на инженерно-геологической карте таксонов (районов, подрайонов, участков и т.п.); сопоставительная оценка вариантов площадок и трасс по степени благоприятности для строительного освоения с учетом прогноза изменения геологической среды в процессе строительства и эксплуатации объектов; рекомендации по инженерной защите, подготовке и возможному использованию территории.

Заключение — краткие результаты выполненных инженерно-геологических изысканий и рекомендации для принятия проектных решений, по проведению дальнейших инженерных изысканий и необходимости выполнения специальных работ и исследований.

Список использованных материалов — перечень фондовых и опубликованных материалов, использованных при составлении отчета.

Глава II. Технические средства изысканий.

1. Горнопроходческие работы.

БУРОВЫЕ РАБОТЫ

Эти работы имеют целью ознакомить студентов с видами бурения (ручного, механического, ударного, шнекового, колонкового и вибрационного).

РУЧНОЕ БУРЕНИЕ

На площадке, отведённой для этого вида работ, студенты знакомятся с типами буровых наконечников, штангами, обсадными трубами, приспособлениями и приемами, применяемыми при ручном бурении. Работа начинается со сборки ручного комплекта. В качестве буровых наконечников в зависимости от типа и состояния проходимых грунтов используются ложковый бур (буровая ложка), спиральный бур (змеевик), желонка, долото. Бурение в зоне выше уровня грунтовых вод, а также глинистых (не текучих) грунтов ниже уровня грунтовых вод выполняют спиральным или ложковым бурами. Для проходки текучих глинистых, а также песчаных грунтов ниже уровня грунтовых вод необходимо применять желонку. В тех случаях, когда в забое будут встречены крупные твердые включения (типа валунов), для углубления скважины следует применять долото.

Спуск бурового снаряда в скважину, его вращение, подъем над забоем скважины и сбрасывание, а также извлечение на поверхность студенты выполняют вручную с использованием металлического хомута, укрепляемого на штанге. Для удобства вращения бурового снаряда ручки хомута удлиняются ручками труб.

Бурение выполняется с креплением стенок скважины обсадными трубками. Обсадку производят при помощи деревянного хомута, вращая обсадные трубы по часовой стрелке.

В процессе бурения из каждой литологической разновидности проходимых грунтов отбирают образцы, которые укладывают в ящик с ячейками, обозначая глубину взятия образца.

Результаты бурения заносят в буровой журнал.

МЕХАНИЧЕСКОЕ БУРЕНИЕ

Практика по механическому бурению носит в основном демонстрационный характер, так как работа на буровых установках разрешена только лицам определенной квалификации.

При работе на буровой площадке студенты продолжают ведение записей технических характеристик установок, и кинематических схем, приёмов и методики работ, пояснения которые дают учебные мастера. Желательно фотографирование отдельных этапов и зарисовка принципиальных схем работы установок.

 

2. Полевые испытания грунтов.

Опытные инженерно-геологические (полевые) исследования включают:

· ­­­испытание грунтов методом зондирования (динамического и статического);

· испытание грунтов статическими нагрузками (опытные штампы в шурфе) и испытание грунтов прессиометром в скважине и лопастным прибором.

 

Определение модуля общей деформации грунтов статическими

нагрузками на штамп

Цель и результаты работы - ознакомиться с методом испытания грунтов статическими нагрузками на штампы для оценки их сжимаемости в полевых условиях и произвести пробное испытание грунтов штампом площадью 5000 см².

Основные положения метода и техническая характеристика

штамповой установки

Все грунты в той или иной степени деформируются - сжимаются за счёт уплотнения под действием приложенной к ним статической нагрузкой. Деформация грунтов слагается из упругой нагрузки, восстанавливающейся после снятия, и остаточной. Последняя преобладает в обломочных, песчаных, глинистых и сильно трещиноватых скальных грунтах. Количественной характеристикой упругой и остаточной деформации, т.е. сжимаемости, является модуль общей деформации Е₀, используемой проектировщиками для расчёта осадок сооружений. Модулем деформации называется коэффициент пропорциональности между приращениями нагрузки и осадки.

Модуль общей деформации в полевых условиях чаще всего определяются по результатам испытания грунтов с помощью штампов в шурфах, скважинах, строительных котлованах. Для испытаний в котлованах и горных выработках применяют стандартные диски площадью 2500, 5000 и 10000 см², в скважинах - площадью 600 см². На штамп передаётся нагрузка, на грунт - давление Р и измеряется осадка грунта S. При этом объем сжимаемого грунта значителен и по глубине составляет около двух диаметров штампа, что по сравнению с другими методами наилучшим образом моделирует деформируемость грунтов в основании сооружений или в теле земляных сооружений (плотин, дамб, насыпей). Испытания грунтов штампом трудоемки, длительны и дорогостоящи, но возможность использования при проектировании сооружений наиболее достоверного прямого расчетного показателя грунтов Е₀ определяет достаточно широкое применение этого вида опытных работ в инженерно-геологических изысканиях.

 

Изучение установки динамического зондирования УБП-15М и

предварительная оценка физико-механических свойств

песчаных грунтов

Цель работы - ознакомление с назначением, принципом работы и основными узлами буровой пенетрационной установки УБП-15М, с особенностями оценки свойств песчаных грунтов по результатам динамического зондирования.

Основные положения метода

Динамическое зондирование является полевым методом непрерывного изучения свойств грунтов вдоль вертикальной оси зондированной скважины. Метод заключается в определении сопротивления грунтов внедрению зонда, состоящего из конического наконечника и штанги под действием динамической нагрузки. Разница в сопротивлении грунтов объясняется отличием их состава, состояния и свойств. Метод применим для глинистых, песчано-глинистых, песчаных и песчано-гравийных отложений.

Методом динамического зондирования решаются следующие задачи:

· расчленение разреза песчано-глинистых грунтов на слои и линзы;

· ориентировочная оценка физико-механических свойств грунтов;

· выбор мест расположения опытных площадок и отбора образцов грунтов для уточнения их физико-механических свойств путем лабораторных исследований, штампов и др. опытов в поле.

Сопротивление, оказываемое грунтом внедрению в него зонда, называется условным динамическим сопротивлением зондированию. Количественно оно оценивается условным динамическим сопротивлением грунтов Р_Д (МПа) в соответствии с ГОСТ 19912-81 и определяется по формуле:

Р_Д= (K*A*Ф*n) / h,

где К - коэффициент, учитывающий потери энергии при ударе; А - показатель удельной кинетической энергии, Н/см (кгс/см); Ф - коэффициент для учета потерь энергии на трение штанг о грунт; число ударов в серии (залоге); h - глубина погружения зонда на залог, см.

Метод динамического зондирования широко используется при проведении инженерно-геологических изысканий под жилищное и промышленное строительство, строительство дорог, возведение ЛЭП, газо и нефтепроводов и т.д. Метод широко применяется из-за простоты конструкций зондировочных установок, их небольшой массы, удобства в обслуживании (бригада из двух человек).

Динамическое зондирование значительно сокращает стоимость изысканий и срок проведения полевых работ, т.к. зондировочные испытания выполняются гораздо быстрее и стоимость их значительно ниже буровых и горнопроходческих работ, лабораторных исследований и других опытных испытаний грунтов. Так, геологический разрез глубиной 15-20 м получается в 2-3 раза быстрее, чем с помощью данных бурения, а его стоимость в 3-4 раза дешевле.