Инженерные изыскания -2010

31

просадочных грунтах, для определения относительной просадочности и других физико-механических характеристик. В таких случаях открытые горные выработки проходят до глубины 5 – 7 м. Из-за отсутствия специальной шурфопроходческой техники при изысканиях горные выработки, как правило производят ручным способом.

Однако как свидетельствует опыт ряда изыскательских организаций выработки можно проходить механическим способом. Для этого стационарные буровые установки модернизируют: изготавливают в мастерских своими силами широколопастные наконечники (шурфобуры), диаметром 600 – 900 мм., позволяющие бурить отверстия на глубину до 15 м. Кроме того, используют и такую технологию: на необходимую глубину выбуривают две выработки на расстоянии 0,2

– 0,3 м одна от другой. Затем, убрав вручную перемычку между ними, соединяют их. В результате этого опытная выработка приобретает минимальное сечение 0,6 х 1,4 0,9 х 2 м (при проходке наконечником 850 – 900 мм.).

2. Документация разведочных выработок.

Каждая выработка, проходимая при инженерно-геологических и гидрогеологических исследованиях для той или иной цели, должна быть задокументирована.

Для составления документации разведочных выработок отбирают образцы горных работ из каждой литологической разности, но не реже чем через 0,5 –1,0 м., и ведут специальные полевые журналы для каждой выработки в отдельности. Образцы горных пород отбирают из разведочных выработок в процессе проходки, очищают от шлама и укладывают в специальные ячеистые или керновые ящики в порядке последовательности извлечения их из выработки. Каждый образец снабжают специальной этикеткой, содержащей следующие сведения:

а) название организации, выполняющей изыскания, название экспедиции или ее номер;

б) название объекта-пункта и назначение производимых изысканий; в) наименование и номер выработки; г) номер образца и глубина его отбора;

д) наименование грунта по визуальному наблюдению; е) должность и фамилия лица, производившего отбор образца и его подпись; ж) дата отбора образца.

Образцы грунтов нумеруют в порядке последовательности их отбора из разведочных выработок. Порядковый номер образца проставляют на этикетке, а также в соответствующей графе бурового и коллекторского журнала.

Ящики после заполнения образцами закрывают крышками и маркируют: на одной из сторон ящика краской надписывают порядковый номер его, а также наименование, номер и глубину выработки, номера и количество образцов, уложенных в данном ящике.

32

По каждой буровой скважине по мере ее проходки составляют буровой журнал, который ведется буровым мастером, и полевой коллекторский журнал, который заполняется коллектором или техником геологом.

Полевые журналы буровых скважин и горных выработок являются основными материалами первичной геологической документации, по которым составляется первичная характеристика грунтов и гидрогеологических условий

3. Отбор и упаковка проб грунтов для лабораторных анализов

Пробы грунтов для лабораторных анализов и испытаний отбирают с нарушенной и ненарушенной структурой. Методы отбора проб грунтов, их вес, размер и способы упаковки зависят от состава и вида лабораторных исследований и литологического состава грунтов.

Пробы грунтов с нарушенной структурой можно отбирать из различных литологических разностей несцементированных пород из любой горной выработки или естественного обнажения.

Пробы грунтов с нарушенной структурой отбирают для следующих показателей:

Гранулометрический состав

Пластичность

Естественная влажность

Удельный вес (плотность)

Минералогический состав

Угол естественного откоса

Содержание водорастворимых солей

Содержание органических веществ

Коэффициент фильтрации

Химический состав грунта

Объемный вес для рыхлого и плотного состояния

Максимальная молекулярная влагоемкость

Высота капиллярного поднятия

Угол внутреннего трения

Коррозионная активность грунтов.

Отбор проб нарушенной структуры не представляет особых затруднений. Их отбирают со стенок или из забоя расчисток, шурфов, канав с помощью ножа или лопаты.

Пробы грунтов нарушенной структуры без сохранения естественной влажности отбирают в мешочки из плотной ткани или заворачивают в плотную водостойкую бумагу. Пробы с сохранением естественной влажности отбирают в банки из пластмассы или нержавеющей стали. Банки заполняют грунтом полностью и герметически закрывают крышками для предотвращения высыхания грунта при хранении и транспортировке.

Каждая проба должна иметь этикетку принятой формы. Этикетку перед вложением внутрь упаковки завертывают в кальку, пропитанную парафином.

33

Пробы для определения только естественной влажности отбирают в стеклянные или алюминиевые бюксы. Для сохранения естественной влажности сверху пробы заливают парафином, вкладывают этикетку и закрывают крышкой.

Пробы грунтов с ненарушенной структурой отбирают для определения в лаборатории показателей, характеризующих физико-механические, просадочные и фильтрационные свойства грунтов:

Объемный вес;

Коэффициент уплотнения;

Относительная просадочность;

Угол внутреннего трения и сцепления;

Высота капиллярного поднятия;

Коэффициент фильтрации в компрессионных приборах

Усадка;

Набухание;

Размокание.

Пробы грунтов с ненарушенной структурой, отбираемые из выработок, должны быть ориентированы по вертикали (для этого обычно делают вырез в виде бороздки глубиной 1-1.5см на грани, обращенной к дневной поверхности) и немедленно законсервированы для предохранения от высыхания.

4.Отбор проб воды.

Отбор проб воды для химического, газового и бактериологического анализа приводится обычно в бутылки с соблюдением определенных правил во избежание загрязнения посторонними примесями в процессе отбора. Перед наполнением бутылку ополаскивают водой из водоисточника не менее двух-трех раз. Бутылки наполняют с таким расчетом, чтобы под пробкой оставалось воздушное пространство 5-10мм для изменения объема воды при изменении ее температуры. Для закупорки бутылок следует применять стеклянные, корковые или резиновые пробки.

** *

пробы грунтов и воды, отобранные для лабораторных исследований, следует хранить при определенных условиях в подходящих для этих целей складских помещениях. Образцы грунтов следует хранить в помещениях при температуре от +2 до +20оС с относительной влажностью воздуха 50-60%. Если специального хранилища нет, то запарафинированные пробы грунта необходимо хранить во влажных опилках или стружках. То же самое относится и для проб воды (температура в интервале 2-20оС), но должна быть защита от прямых солнечных лучей.

Транспортировка проб осуществляется транспортом в деревянных упаковочных ящиках весом не более 40кг, с надписями на крышках типа «Верх», «Осторожно», «Не бросать».

34

Лекция 7.

Гидрогеологические наблюдения.

1.Наблюдения за уровнем и температурой воды.

Гидрогеологические наблюдения в выработках, проходимых для строительства тех или иных сооружений, являются очень важным составным элементом работ.

Глубина залегания грунтовых вод, их статический уровень и величина напора, установленные в процессе изысканий с необходимой точностью, позволяют проектировщику правильно выбрать тип фундамента и его заглубление, способ проходки котлованов и систему водоотлива, предусмотреть гидроизоляцию.

Наблюдения за уровнем воды должны вестись по всем разведочным выработкам, вскрывающим грунтовые воды. Гидрологические наблюдения, связанные с определением глубины появления воды и ее статического уровня и температуры, когда бурение производится без промывки, не представляет особых затруднений. В процессе наблюдения за геолого-литологическим составом пород при бурении ведут наблюдение и за их влажностью. О появлении воды судят по мокрому наконечнику. В солнечный день момент появления воды легко заметить визуально, периодически просматривая забой скважины с помощью зеркала.

При бурении скважин в таких породах как глины, суглинки вследствие слабой водоотдачи пород, момент появления воды бывает заменить трудно. Однако если приостановить буровые работы на несколько часов, то грунтовые воды заполнив стояк скважины, достигнут статического уровня водоносного горизонта и могут быть зафиксированы при контрольных промерах.

Если при бурении отмечены признаки, свидетельствующие о наличии грунтовых вод, или они вскрыты достоверно, определяют глубину скважины и глубину появления воды.

Для определения статического уровня бурение скважины временно приостанавливают и производят несколько замеров уровня воды в выработке, чередующихся через 10-15 мин. Уровень считается установившимся, если два-три последних замера дадут одинаковые результаты или разность между ними не будет превышать 1-2 см.

Пьезометрический уровень фонтанирующих подземных вод измеряют путем наращивания обсадных труб над устьем скважины на высоту, достаточную для прекращения фонтанирования (рис.7.1.). Пьезометрический уровень определяют от устья скважины, а в журнале результаты измерений записывают со знаком «+».

35

Рис. 7.1. Измерение высоты фонтана, статического и динамического уровня при самоизливе.

1.	высота фонтана;
2.	высота	расположения	статического
	уровня;
3.	высота	расположения	диамического
	уровня;
4.	понижение;

Если в процессе проходки скважины наблюдается резкое падение уровня, свидетельствующее о перекрытии водоносного горизонта обсадными трубами, бурение следует прекратить, скважину полностью осушить и сделать перерыв в бурении на 5 – 6 час. Если после истечения указанного времени вода в скважине не появилась, отмечают, что скважина врезалась в водоупорные породы.

Разовые измерения уровней воды в шурфах и скважинах могут производиться рейкой, гидрорулеткой с хлопушкой, электроуровнемером и другими приборами.

Наблюдения за температурой воды, вскрываемой выработками производят выборочно обычно для целей водоснабжения и установления гидравлической связи вскрываемых водоносных горизонтов.

Температуры воды в неглубоких и фонтанирующих скважинах и шурфах измеряют ленивыми и максимальными термометрами. Так называемые ленивые термометры изготовлены таким образом, что сохраняют температуру неизменно в течение 5-10 мин. и более.

После извлечения термометра из скважины делают отсчет сначала десятых долей градуса, а затем – целых градусов.

В фонтанирующих скважинах температуру воды измеряют на поверхности путем погружения термометров в фонтан. Одновременно необходимо измерить и температуру воздуха.

2.Стационарные гидрогеологические наблюдения.

Режим грунтовых вод на строительных площадках необходимо знать для того, чтобы определить возможности подтопления проектируемых сооружений и выработать соответствующие защитные меры. На участках проектируемых подземных водозаборов наблюдения проводятся с целью определения изменений баланса и ресурсов подземных вод и их качественных показателей в процессе эксплуатации.

Наблюдения могут быть:

Эпизодическими;

Сезонными;

Стационарными;

Стационарные наблюдения по продолжительности охватывают минимум гидрологический год.

36

Для стационарных наблюдений оборудуют специальную наблюдательную сеть выработок (скважины, шурфы). При однообразных гидрогеологических условиях наблюдательные выработки располагают по створам, перпендикулярным потоку грунтовых вод, на расстоянии не более 400 метров (обычно 100 – 400 м.)

Скважины и шурфы изолируют от возможного показания атмосферных и поверхностных вод путем трамбовки глиной вокруг скважин, либо обсыпки обваловкой.

Замеры уровня воды в наблюдательных пунктах производят от одной постоянной точки: в скважинах от верха кола, вбитого вровень с землей рядом с глухой трубой фильтра, или от верха трубы; в шурфах и колодцах – от верха крепи или сруба, или от верха вбитого рядом кола.

Точки замера (кол, верх трубы) нивелируют от специально установленного репера.

Уровни воды в точках режимной гидрогеологической сети можно измерять приборами, предназначеннными для единовременных измерений (гидрорулетки, электроуровнемеры), самописцами различных конструкций: СУВ – 3; «Валдай» и др.

Замеры ведутся по всем наблюдательным пунктам стационарной сети (скважинам, шурфам, водомерным постам) в один и тот же день, не реже одного раза в пятидневку, а в период снеготаяния или обильных дождей – ежедневно.Одновременно измеряют температуру воды.

Пробы воды для химанализа отбирают один раз в 2 – 3 месяца и обязательно после предварительной прокачки выработки.

Если вблизи участка нет метеорологической станции, организуется пост для наблюдения за количеством выпадающих осадков и температурой воздуха. Данные замеров уровня воды и температуры по точкам наблюдательный сети заносят в полевой журнал, являющийся первичным полевым документом режимных наблюдений.

Камеральная обработка результатов стационарных наблюдений производится в соответствии с методическими указаниями. При камеральной обработке составляются таблицы, графики колебания уровня грунтовых вод и карты гидроизогипс.

На график наносят кривые изменения метеорологических элементов (атмосферных осадков и температуры воздуха), а в ряде случаев и кривую колебания уровня воды в водоеме за период режимных наблюдений. Сопоставление кривых позволяет выявить зависимость режима колебаний уровня грунтовых вод от метеорологических и гидрогеологических факторов, что особенно важно знать для прогноза режима грунтовых вод. Эти выводы будут тем точнее, чем длительно вились стационарные наблюдения.

На ряду с гидрогеологическими наблюдениями за колебания уровня грунтовых вод при изысканиях для водоснабжения и строительства водохранилищ изучают также режим источников.

Режим источников – изменение во времени его дебита, температуры и химического состава в зависимости от естественных и искусственных факторов – устанавливают по данным наблюдений. Наблюдения по возможности должны

37

вестись от года до нескольких лет. Они должны обязательно охватывать зимний и наиболее засушливый периоды года.

Наблюдения за источником состоят в периодическом (1 раз в 3 – 10 дней) измерении дебита и температуры воды и отбора проб воды ежемесячно для определения химсостава.

На практике дебит источников измеряют с помощью незатопляемых водосливов, представляющих собой пластину с треугольным, прямоугольным или трапецеидальным вырезом для воды. Методика определения дебита с помощью таких водосливов, приведены в соответствующих инструкциях и справочниках.

3.Задачи опытно-фильтрационных исследований.

При проектировании ряда инженерных сооружений для расчетов необходимы данные о направлении движения потока грунтовых вод, коэффициенте фильтрации, радиусе влияния, дебите выработок, удельном водопоглощении и пр.

Наиболее точные значения указанных гидрогеологических параметров получают путем постановки соответствующих опытов в полевых условиях.

При изысканиях при определении фильтрационных свойств пород выполняют следующие опытные работы.

1.устанавливают направление движения грунтовых вод;

2.определяют действительную скорость движения грунтовых вод;

3.производят откачки воды из одиночных скважин и кустовые откачки;

4.производят нагнетание в скважины;

5.производят наливы в шурфы и скважины;

Методика выполнения этих работ приведена в специальных инструкциях, в которых также приводятся основные расчетные формулы.

Например, определив по данным опытных откачек коэффициенты фильтрации

К водоносных пород и зная мощность водоносного горизонта hср, ширину потока L и его уклон У, оценивают производительность потока грунтовых вод по формуле:

Q = hсрLКУ;

Схема расположения скважин и определение искомых параметров приведены на рис. 7.2.

Рис. 7.2. Расположение скважин в безнапорном водоносном горизонте.

38

Откачка производится, как правило, с использованием эрлифта.

Для определения трещиноватости скальных или полускальных пород или для определения водопоглощения грунтов проводят опытное нагнетание жидкости в скважины. При этом выбирают интервал скважины по глубине (например 5м), затем с помощью насоса нагнетают в скважину воду, контролируя ее расход водомером, а давление с помощью манометра и ведя наблюдения через каждые 10 – 15 мин, строят зависимость вида Q = F (H), где Q – расход воды, а H – напор. В результате определяют водопоглощение (расход воды в л.в 1 мин.на 1 м.длины опробуемого интервала скважины при напоре в 1м). По формулам, приведенным в соответствующих инструкциях, можно рассчитать коэффициент фильтрации горной породы. Однако его величина будет заниженной в сравнении с величиной, полученной при опытных откачках. Это объясняется тем, что при нагнетании происходит кольмотация пор поверхности скважин.

Для определения водопроницаемости неводоносных пород производят опытные наливы в шурфы и скважины. При неглубоком залегании неводоносных пород применяют наливы в шурфы, при глубоком – в скважины.

Для проведения опыта воды наливают в зумпф , пройденный на дне шурфа. Поддерживая постоянный уровень, регистрируют расход поглощающей воды через определенные промежутки времени. Методика по проведению опытных наливов приведена в специальных руководствах и инструкциях.

№	на				Ограничение
	з
	ва	T	обо	ори	a х b,	А		К					Qогр	Qв	Qн	Qб	Qсо
		в,	з
	ни	о	нач	ент	м	м2		Вт		tв-	n	1+∑	Вт	Вт	Вт	Вт
	е	С	е	а				м2о		tн
			ния	аци
				я				С
1	2	3	4	5	6	7		8		9	10	11	12	13	14	15	16
10	Ж	2	НС	Ю	5,7х3,5	20		0,71		53	1	1,0	752
1	К	2	НС	З	4,1х3,5	14,4		0,71		53	1	1,05	569
			ТО	З	1,2х1,5	1,8		1,1		53	1	1,05	110
			БД	З	0,6х2,1	1,3		1,1		53	1	1,05	80
			ПЛ	З	5,1х3,5	17,9		0,77		53	0,6	1,5	437
												1,0
													197	66	381	16	245
													8	8		8	0
10		2	НС	З	3,6х3,5	12,6		0,71		51	1	1,05	479
2	Ку	0	ТО	З	1,2х1,5	1,8		1,10		51	1	1,05	106
10	х		ПЛ	З	3,6х5,1	18,4		0,71		51	0,6	1,0	400
5
													985	72	372	18	152

39

												3		4	0
10	Ж	2	НС	З	3,6х3,5	12,6	0,71	51	1	1,05	479
3	К	0	ТО	З	1,2х1,5	1,8	1,10	51	1	1,05	106
10			ПЛ	З	3,6х5,1	18,4	0,71	51	0,6	1,0	400
4
											985	72	372	18	152
												3		4	0
	Л	1	НС	З	3,6х23,	80,7	0,71	47	1	1,05	282
	К	6			1						6
	А,		ТО	З	-2,5	16,8	1,10	47	1	1,05
	Б		Дв	З	7х0,8х3	2,5	1,2	47	1	7,3	812
			Пл	З	1,2х2,1	18,4	0,77	47	0,6	1,0	102
			Пт	З	3,6х5,1	18,4	0,59	47	0,9	1,0	9
					3,6х5,1						400
											460
											552		345		908
											7		4		0
10	Ж	2	НС	С	5,7х3,5	20	0,71	53	1	1,0	752
6	К	2	НС	З	4,1х3,5	14,4	0,71	53	1	1,05	569
			ТО	З	1,2х1,5	1,8	1,1	53	1	1,05	110
			БД	З	0,6х2,1	1,3	1,1	53	1	1,05	80
			Пл	З	5,1х3,5	17,9	0,77	53	0,6	1,5	437
										1,0
											202	66	381	17	251
											3	8		9	0
10	Ж	2	НС	В	3,6х3,5	12,6	0,71	51	1	1,10	502
9	К	0	ТО	В	1,2х1,5	1,8	1,10	51	1	1,10	111
11			ПЛ	В	3,6х5,1	18,4	0,71	51	0,6	1,0	433
2
11
3
											104	72	372	18	159
											6	3		4	0
11	Ку	2	НС	В	3,6х3,5	12,6	0,71	51	1	1,10	502
0	х	0	ТО	В	1,2х1,5	1,8	1,10	51	1	1,10	111
11			ПЛ	В	3,6х5,1	18,4	0,71	51	0,6	1,0	433
1
											104	72	372	18	159
											6	3		4	0

11 Ж 2 НС Ю 5,7х3,5 20 0,71 53 1 1,0 752

40

4	К	2	НС	В	4,1х3,5	14,4	0,71	53	1	1,05	569
			ТО	В	1,2х1,5	1,8	1,1	53	1	1,05	110
			БД	В	0,6х2,1	1,3	1,1	53	1	1,05	80
			Пл	В	5,1х3,5	17,9	0,77	53	0,6	1,5	437
										1,0
											198	66	398	17	247
											4	8		9	0
10	Ж	2	НС	С	5,7х3,5	20	0,71	53	1	1,0	752
7	К	2	НС	В	4,1х3,5	14,4	0,71	53	1	1,05	569
			ТО	В	1,2х1,5	1,8	1,1	53	1	1,05	110
			БД	В	0,6х2,1	1,3	1,1	53	1	1,05	80
			Пл	В	5,1х3,5	17,9	0,77	53	0,6	1,5	437
										1,0
											205	66	398	17	255
											9	8		9	0

= 43760 Вт.