Конспект лекций по геологии
.pdfВсе сооружения принято подразделять на 5 классов.
Не подлежат классификации монументальные сооружения исключительного и исторического значения, рассчитанные на службу более 100 лет (памятники, музеи).
1-й класс – сооружения особо ответственные большой капитальности, рассчитанные на службу более 60 лет (ГЭС, крупные мосты, метрополитены, здания государственных и научных, учебных и общественных учреждений, железнодорожные вокзалы в крупных городах).
2-й класс – обычные капитальные сооружения в транспортном, коммунальном и промышленном строительстве, рассчитанные на срок службы более
40 лет.
3-й класс – сооружения облегченного типа, применяемые в массовом строительстве (промышленном и жилищном), рассчитанные на срок службы
менее 40 лет.
4-й класс – сооружения временного характера, а также всякого рода строения, рассчитанные на срок службы не более 5 лет, а гражданские – не более 10 лет.
5.4. Стадии проектирования сооружений и выполнения инженерно-геологических исследований
Во вновь осваиваемых районах, а также перед началом проектирования крупных и сложных объектов перед техническим проектированием принято разрабатывать технико-экономическое обоснование (ТЭО). Задача этого документа – определить целесообразность строительства и установить основные технические параметры сооружения, которые будут использованы в проектировании.
Техническое проектирование сооружений начинается с составления технического проекта (ТП). При этом уточняют расположение сооружений на выбранной площадке, определяют их типы, конструкцию и параметры, компоновку, условия строительства и эксплуатации. На стадии технического проектирования обосновывают все мероприятия, обеспечивающие полную устойчивость, долговечность сооружений и безопасность их эксплуатации.
На стадии составления рабочих чертежей (РЧ) проводят плановую и высотную привязку проектируемых сооружений на местности; уточняют детали природных условий и отдельных технических решений, которые могут повлиять на устойчивость сооружений, организацию строительных работ.
При планировании массового строительства несложных объектов с использованием типовых проектов или при повторном использовании индиви-
111
дуальных проектов проектирование сооружений ведут в одну стадию, на которой составляют технорабочий проект (ТРП).
Рассмотренная выше технологическая последовательность проектирования сооружений обусловливает постадийное ведение инженерно-геологических исследований (рис. 5.1).
Стадии инженерно-геологических исследований
Технико- |
|
|
|
Технический проект (ТП) |
|
|
Рабочие чертежи (РЧ) |
||||
экономическое |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
обоснование |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Рекогносциро- |
|
Предварительные |
|
Детальные |
|
|
|
||||
вочные |
|
|
исследования |
|
исследования |
|
|
||||
исследования |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Дополнительные |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
исследования |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Рис. 5.1. Стадии инженерно-геологических исследований
После инженерно-геологических исследований приступают к выполнению инженерно-геологических работ (табл. 5.1.): к ним относятся:
камеральные работы;
инженерно-геологическая съемка;
разведочные работы;
полевые опытные работы;
режимные стационарные наблюдения;
лабораторные работы;
организация и ликвидация работ.
112
|
|
|
|
|
|
Таблица 5.1 |
|
|
Виды инженерно-геологических работ |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
Название |
|
|
Инженерно-геологические исследования |
||||
работ |
|
|
|
|
|
|
|
рекогносцировочные |
предварительные |
детальные |
дополнительные |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
Камеральные |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Инженерно- |
|
|
|
|
|
|
|
геологическая |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
съемка |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Разведочные |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Полевые |
|
|
|
|
|
|
|
опытные |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Режимные |
|
|
|
|
|
|
|
стационарные |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
наблюдения |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Лабораторные |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Организация |
|
|
|
|
|
|
|
и ликвидация |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
работ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Камеральные работы. Выполняются непрерывно, начиная с подготовки к рекогносцировочным исследованиям, на протяжении всех этапов полевых исследований и по завершении каждого из них. Эти работы предусматривают изучение литературных, фондовых материалов, характеризующих инженерногеологические условия рассматриваемой территории, составление программ и проектов исследований на каждой стадии, выполнение полевой обработки материалов, окончательную обработку материалов по завершении полевых исследований, составление отчетов, заключений, выдачу исходных данных для проектирования.
Инженерно-геологическая съемка. Является основным видом изучения территории в инженерном аспекте на начальной стадии изысканий. Основная ее задача состоит в изучении и топографическом изображении инженерно-геоло- гических условий территории в расчете на ее рациональное использование и охрану от техногенного воздействия, а также определение пригодности для строительства различных сооружений, выполнения строительных, горных и других инженерных работ. Конечным итогом съемки является составление инженерно-геологической карты, описания, характеристики и оценки инже-
113
нерно-геологических условий изученной территории. Материалы съемки необходимы для правильной организации других видов геологических работ, позволяющих с достаточной полнотой на той или иной стадии изысканий осветить инженерно-геологические условия.
Разведочные работы. При инженерно-геологической съемке условия территорий чаще всего изучаются путем непосредственных наблюдений за природными элементами, которые проявляются в рельефе, в естественных обнажениях или в существующих откосах котлованов, выемок и т. д. Однако таких наблюдений недостаточно для достоверного суждения об условиях территории. Таким образом, возникает необходимость проводить разведочные работы.
Основными техническими средствами, с помощью которых выполняют разведку, являются геофизическая аппаратура, буровое и горнопроходческое оборудование, станки. Обычно все методы разведки применяют в комплексе, хотя и в неодинаковых масштабах на разных стадиях изысканий. Сначала целесообразно отдавать предпочтение геофизическим методам, использующим наиболее транспортабельную аппаратуру, что позволяет охватывать исследованиями значительные площади при сравнительно небольших затратах времени и средств, а потому наиболее экономичным.
На стадии рекогносцировки разведочные работы выполняют вначале с целью изучения общих, региональных геологических условий территории, т. е. для уточнения геологического разреза, оценки распространения четвертичных отложений, водоносных горизонтов.
На стадии предварительных и детальных исследований основной объем разведочных работ составляют бурение скважин и горные работы. Полученная на этой стадии информация должна иметь такую степень детализации и достоверности, чтобы отвечать следующим требованиям:
1.В процессе проектирования не должно возникать необходимости рассматривать дополнительные варианты компоновки сооружений, глубины их врезки, оценки устойчивости, организации и выполнения строительных работ из-за неопределенности геологической характеристики.
2.Во время строительства нужно исключить возможность возникновения непредвиденных обстоятельств геологической природы, осложняющих
проведение строительных работ, вызывающих изменения в проектных решениях, в стоимости сооружений и сроках их возведения.
Нередко значительные объемы горнобуровых работ приходится осуществлять на стадии дополнительных исследований, например, при обосновании рабочих чертежей, с целью уточнения различных данных, необходимых для решения конкретных практических задач строительства.
114
Отдавая предпочтения горнобуровым работам на стадии предварительных и детальных исследований, в комплексе с ними необходимо применять геофизические методы разведки и другие виды работ.
Бурение. В практике инженерных изысканий производят бурение скважин диаметром от 36 до 273 мм на глубину до 100 – 150 м. Из всех наиболее распространённых способов разведочного бурения – колонкового, ударно-
канатного, вибрационного, шнекового и ручного – первые два являются наи-
более эффективными, поскольку позволяют обеспечить наиболее полное соблюдение следующих требований:
1.Изучение всего геологического разреза независимо от мощности слоев, линз, прослоев грунтов.
2.Точное установление положения любых геологических границ – контактов, слабых прослоев, трещин, водоносных горизонтов.
3.Обеспечение минимальной нарушенности физического состояния грунтов, извлекаемых из скважин в виде керна и образцов.
4.Возможность отбора грунтов с любой глубины для изучения их состава, строения и физико-механических свойств.
5.Возможность выполнения комплекса наблюдений за изменением физического состояния грунтов с увеличением глубины, за появлением
подземных вод, а также установления их уровня.
6. Качественное выполнение опытных работ в скважинах.
7. Использование скважин для проведения режимных (стационарных) наблюдений.
Проходка горных выработок. Наблюдения в горных выработках позволяют получать наиболее точные и достоверные данные. На предварительной стадии изысканий чаще всего делают закопушки, расчистки, канавы, проходят неглубокие шурфы и дудки. В процессе детальных изысканий проходят более глубокие шурфы и дудки, а подготовка к проектированию таких ответственных сооружений, как тоннели, плотины, электростанции и т. д. требует разработки штолен и шахт. В целом объем горных работ при инженерных изысканиях обычно невелик, он составляет примерно 10 % объема разведочных или буровых работ.
Опробование грунтов. В процессе бурения и проходки горных выработок отбираются образцы грунтов для их визуального изучения и лабораторного исследования. Образцом грунта или пробой следует считать любой его объем, отобранный с целью дальнейшего изучения. Образец, в котором сохранены естественная структура и влажность, называется монолитом.
При отборе проб следует придерживаться следующих правил:
115
1.Пробы отбирают отдельно из каждого слоя грунтов, независимо от их мощности и распространения по простиранию.
2.В петрографических однородных толщах грунтов пробы берут в каждой отдельной зоне из тех, которые различаются по строительным качествам.
3.В мощных толщах тонкопереслаивающихся грунтов при помощи проб исследуется каждая пачка с однотипным чередованием слоев, одинаковых или близких по составу и состоянию.
Количество опытов по определению характеристик грунтов оснований, необходимое для вычисления их нормативных и расчетных значений, должно устанавливаться в зависимости от степени неоднородности этих пород, требуемой точности вычисления каждого параметра и класса здания или сооружения.
При изучении физических свойств каждого выделенного на площадке инженерно-геологического элемента опытов должно быть не менее 10, а для механических свойств – не менее 6.
Геофизические методы разведки. В практике изысканий при помощи этих методов удается решить немало задач, в частности:
1.Определить структурно-тектонические особенности района, разделив его на части в зависимости от расположения геологических структур или тектонических нарушений.
2.Установить, каким образом распространяются четвертичные отложения и какой рельеф поверхности коренных грунтов.
3.Выделить и изучить зоны выветривания и разрушения грунтов.
4.Определить глубину залегания, а также распространение водопроницаемых и водоупорных слоев.
5.Исследовать глубину и условия залегания подземных вод, направление
искорость их движения, выявить области питания и разгрузки водоносных пластов.
6.Изучить глубину залегания и распространение карстовых полостей, определить примерный состав их заполнителя.
7.Установить расположение заброшенных подземных горных выработок, остатков или частей сооружений.
8.Определить мощность и распространение оползневых накоплений, искусственно отсыпанных грунтов и отвалов.
9.Обнаружить некоторые виды минеральных строительных материалов.
10.Исследовать влажность, плотность, деформационные свойства и сейсмическую жесткость грунтов.
11.Изучить напряженное состояние грунтового массива.
116
Полевые опытные работы. В процессе проектирования различных сооружений и ведения инженерных работ обычно используют данные, характеризующие физические, водные и механические свойства грунтов, а также параметры водоносных горизонтов. Эту информацию сравнительно легко получить при помощи лабораторных исследований. Известно, что их выполняют на образцах малых размеров, полную сохранность естественной структуры которых гарантировать нельзя. По этой причине результаты таких исследований, особенно касающиеся обоснования технического и рабочего проектов ответственных сооружений, необходимо проверять и уточнять более надежными полевыми методами.
Полевые опытные работы выполняют, чтобы изучить перечисленные ниже показатели:
1.Направление и скорость движения подземных вод – методами запуска индикаторов и электрометрическим и т. д..
2.Водообильность водоносных горизонтов и дебит скважин, водопроницаемость грунтов, взаимосвязь между водозаборами и водоносными горизонтами – методом опытных откачек.
3.Водопроницаемость грунтовых массивов – методом налива воды в шурфы и скважины.
4.Водопроницаемость, трещиноватость и наличие в массивах карстов методом опытного нагнетания жидкости.
5.Сравнительную сжимаемость и деформационные свойства грунтов методом пробных нагрузок.
6.Деформационные свойства грунтов в скважинах с применением прессиометра.
7.Просадочность лессовых грунтов – методом пробных нагрузок в шурфах и скважинах.
8.Сопротивление грунтов сдвигу – методом плоского сдвига в шурфах и в скважинах с применением лопастных приборов, а также методом выдавливания и раздавливания грунтовых целиков.
9.Плотность и прочность грунтов – методами статического и динамического зондирования.
10.Напряженное состояние грунтов в условиях естественного залегания – методом разгрузки.
Режимные стационарные наблюдения. Для геологического обоснова-
ния проектов сооружений и инженерных работ требуется полная характе-
117
ристика инженерно-геологических условий, причем не только на момент наблюдений, но и в динамике.
Наблюдения за развитием процессов и явлений во времени преследуют такие цели:
1.Получение их качественных и количественных характеристик.
2.Установление закономерностей развития и выявление причин их возникновения.
3.Предупреждение опасных и катастрофических проявлений процессов.
4.Составление прогноза развития процессов и опасных явлений.
5.Обоснование необходимых мероприятий по охране геологической среды, обеспечение устойчивости сооружений, безопасности жизни и
деятельности людей, а также по эффективности управления геологическими процессами и явлениями в нужном для человека направлении.
Проектирование, строительство и эксплуатация сооружений, а также хозяйственное использование территорий – все это чаще всего требует выполнения следующих видов режимных стационарных наблюдений:
1.Метеорологические и гидрологические.
2.Гидрогеологические.
3.Геотермические.
4.За деформацией грунтовых масс на склонах, откосах, на оползневых участках, в подземных выработках и котлованах.
5.За осадкой и деформацией сооружений.
6.За динамикой и характером развития процессов выветривания, эрозии, абразии, пучения.
Лабораторные исследования физико-механических свойств грунтов
Необходимость изучения грунтов возникает как в процессе инженерногеологической съемки, так и при выполнении разведочных, опытных работ и стационарных наблюдений.
Этот вид исследований призван решать следующие задачи:
1.Получение данных для полной характеристики, описания и классификации грунтов в каждой толще, слое, которые обнаружены в геологическом разрезе, определение степени их однородности и изменчивости с увеличением глубины и по простиранию.
2.Определение нормативных показателей для предварительной оценки физического состояния и свойств грунтов.
3.Установление расчетных показателей, которые характеризуют плотность, влажность, водопроницаемость, прочность и деформируемость грунтов, что необходимо с целью окончательной оценки условий
строительства и устойчивости конкретных зданий и сооружений.
118
Вопросы для самоконтроля
1.Какую часть литосферы называют геологической средой?
2.Каким образом в инженерной геологии дают определение грунтам?
3.Что называют инженерно-геологическим элементом?
4.На какие основные классы подразделяются все сооружения?
5.На какие основные стадии можно разделить инженерно-геологи- ческие исследования?
6.Выполнение каких инженерно-геологических работ предусмотрено на стадиях проектирования и возведения сооружений?
7. В чем состоит главная цель проведения горных выработок при инже- нерно-геологических исследованиях?
8.С какой целью проводятся режимные стационарные наблюдения?
9.Какие задачи ставятся при изучении свойств грунтов?
10.Какие виды режимных стационарных наблюдений существуют?
11.Какие задачи решаются при выполнении лабораторных исследований физико-механических свойств грунтов?
119
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
Учебная литература (основная)
1.Кусков В.С. Основы геодезии, картографии и космоаэросъемки: учеб. пособие для студ. высших учеб. заведений, спец. «Геология» / В.С. Кусков.
– М. : Академия, 2009. – 225 [1] с.
2.Ананьев В.П. Инженерная геология: учеб. / В.П. Ананьев, А.Д. Потапов. –
4-е изд., стер. – М. : Высш. шк., 2006. – 575 с.
3.Ананьев В.П. Инженерная геология: учеб. / В.П. Ананьев, А.Д. Потапов. – 3-е изд., перераб. испр. – М. : Высш. шк., 2005. – 575 с.
4.Зоценко М. Л. Інженерна геологія. Механіка ґрунтів, основи і фундаменти: підручник / М.Л. Зоценко та ін. – Полтава: ПНТУ, 2003. – 556 с.
Учебная литература (для углубленного изучения)
1.Кусков В.С., Основы геодезии, картографии и космоаэросъемки: учеб. пособие для студ. высш. учеб. заведен., спец. «Геология» / В.С. Кусков. – М. :
Академия, 2009. – 225 с.
Учебно-методические издания
1.Методические указания к лабораторной работе по курсу «Инженерная геология» (раздел «Минералы»): дисциплина «Инженерная геология»: специальность 270103, 270105, 270115, д/о, з/о / ВятГУ, ФСА, каф. СиДМ / сост. Л.И. Песков. – Киров: [б. и.], 2011. – 20 с.
2.Пестов Л.И. Породообразующие минералы [Электронный ресурс] : учеб. пособие: дисциплина «Инженерная геология»: спец. 270102 (ПГС), 270105 (ГХС) для дневной, заочной форм обучения / Л. И. Пестов. – ВятГУ, Ф.
3.Пестов Л.И. Геологические и инженерно-геологические процессы [Электронный ресурс] : учеб. пособие: дисциплина «Инженерная геология» : спец. 270102 (ПГС), 270105 (ГХС) для дневной, заочной форм обучения / Л. И. Пестов. – ВятГУ, ФСА.
4.Пестов Л.И. Горные породы : метод. указания к лаб. работам: спец. 290300,
290500 для д/о, з/о / ВятГУ, ФСА, каф. СиДМ. – Киров : [б. и.], 2011. – 22 с.
120