учебное пособие. Основы инженерной геологии
 Скачать 1.18 Mb.
|
|
6.3. Геофизические методы при инженерно-геологических исследованиях Геофизические исследования являются самостоятельным видом ра- бот, выполняемых на всех этапах (стадиях) проектирования инженерно- геологических изысканий, и регламентируются «Правилами производ- ства геофизических исследований» – СП11-105-97, ч. VI. Геофизические методы позволяют решать следующие геологические задачи: 1. Определять геологическое строение инженерно-геологических 81 массивов, в том числе выделять границы мерзлых и немерзлых горных пород. 2. Диагностировать элементы тектоники, в том числе зоны повы- шенной трещиноватости и обводненности. 3. Определять параметры вод- ных горизонтов – глубины залегания, водоупоры, динамику потоков и др. 4. Определять состав, состояние и свойства грунтов в инженерно- геологических массивах и их изменение во времени, в том числе положе- ние ледяных тел в разрезе отложений и мощность ледников. 5. Осуществлять сейсмическое микрорайонирование территорий. 6. Вы- явление, изучение и мониторинг опасных геологических и инженерно- геологических процессов. Для решения геологических задач используются геофизические мето- ды: 1. Электромагнитные: а) естественного электрического поля; б) по- стоянного (низкочастотного) поля; в) вызванной поляризации; г) пере- менных электромагнитных полей. 2. Сейсмоакустические. 3. Магнито- разведочные. 4. Гравиразведочные. 5. Ядерно-физические. 6. Газово- эманационные. 7. Термометрия. Сопутствующие методы: а) каверномет- рия (измерение диаметра скважин); б) циклинометрия (измерение ис- кривления скважин). 6.4. Инженерно-геологическая рекогносцировка Термин «рекогносцировка» следует понимать как осмотр и обследо- вание местности для обоснования и постановки более детальных работ. После получения технического задания на инженерно-геологическую рекогносцировку составляется программа работ (с определением объема работ и сметы). Её содержание: 1. Выполнение организационно-тех- нических мероприятий. 2. Обобщение накопленной информации об ин- женерно-геологических условиях района, ее анализ и уточнение вопро- сов, оставшихся нерешенными. 3. Определение задач, которые должны быть решены на данном этапе инженерно-геологических изысканий. Для решения поставленных задач следующие шаги. 1. Составляется предварительная схематическая инженерно-геологическая карта района с разрезами по результатам дополнительного дешифрирования аэрокосмо- фотоматериалов и анализа накопленных материалов прошлых лет. 2. Аэровизуальные и наземные наблюдения. 3. Наземные геологические маршруты. 4. Горные и буровые работы. 5. Опробование. 6. Геофизиче- ские исследования. 7. Полевые опытные работы для определения проч- ностных и деформационных свойств грунтов. 8. Оконтуривание участков с активным проявлением экзогенных геологических процессов и выясне- нием их генезиса. 9. Обследование имеющихся сооружений для обнару- 82 жения возможных деформаций. 10. Оценка эффективности защитных мероприятий. По результатам инженерно-геологической рекогносцировки составля- ется заключение с графическими приложениями: 1) схематическая инже- нерно-геологическая карта с разрезами и сводной колонкой; 2) карта фак- тического материала. 6.5. Инженерно-геологическая съемка Инженерно-геологическая съемка – это основной вид полевых изыс- каний для выяснения инженерно-геологических условий строительства, эксплуатации сооружений и хозяйственного освоения территорий в це- лом. По ее результатам составляются инженерно-геологические карты, описания и оценки инженерно-геологических условий местности. Цели инженерно-геологических съемок: 1. Обоснование схем размещения производительных сил (промыш- ленных предприятий и других отраслевых инженерных объектов). 2. Сравнительная оценка инженерно-геологических условий строи- тельства и выбор оптимальных участков для возведения инженерных сооружений. 3. Проектирование отдельных видов строительства и размещение кон- кретных сооружений на строительных площадках. 4. Разработка прогнозов изменения свойств геологической среды при освоении территорий и решение экологических задач (оценка экологиче- ской опасности и риска, экологический мониторинг на разных этапах работ и др.). В зависимости от масштаба Г.К. Бондарик и Л.А. Ярг (2008) выделя- ют инженерно-геологические съемки: 1) среднего масштаба (1:500 000– 1:100 000) и 2) крупного масштаба (1:500 000 и крупнее). Ранее самостоя- тельно выделялись детальные инженерно-геологические съемки. Их масштаб – 1:10000 и крупнее. На выбор масштаба инженерно-геологической съемки влияют следу- ющие факторы: 1) цели и решения поставленных задач; 2) стадия инже- нерно-геологических изысканий; 3) категория сложности района по ин- женерно-геологическим условиям; 4) тип проектируемых сооружений или инженерных работ; 5) размер территории, её доступность и обнажен- ность. Виды проводимых работ: 1) наземные (полевые маршруты и др.) и аэровизуальные наблюдения; 2) аэрокосмофотосъемка и дешифрирова- ние аэрокосмофотоматериалов; 3) горные и буровые работы; 4) инженер- 83 но-геологическое опробование; 5) геофизические работы; 6) полевые опытные работы; 7) гидрогеологические исследования; 8) лабораторные методы изучения и камеральная обработка полевых материалов. В про- цессе инженернро-геологической съемки необходимо соблюдать опреде- ленную последовательность в проведении отдельных видов работ для максимального использования их результатов и корректировки планов их дальнейшего проведения. Все виды полевых инженерно-геологических работ должны прово- диться при строгом соблюдении правил техники безопасности. При среднемасштабных инженерно-геологических съемках произво- дится ландшафтное районирование территории с использованием метода ландшафтных индикаторов. Выделяются ключевые участки для деталь- ного изучения инженерно-геологических условий местности и разраба- тывается план размещения опорных профилей, охватывающих главные направления изменчивости инженерно-геологических условий. По лини- ям опорных профилей будут закладываться основные объемы горно- буровых, геофизических специальных и опробовательских работ и со- ставляться инженерно-геологические разрезы. С ростом масштаба инженерно-геологических съемок возрастет роль и объемы горно-буровых, специальных работ и инженерно-геологи- ческого опробования. Вся площадь съемки при крупномасштабном кар- тировании изучается равномерно детально в зависимости от принятого масштаба. Особое внимание уделяется изучению инженерно-геоло- гических условий участков активного проявления инженерно-геоло- гических процессов и расположения месторождений полезных ископаемых. Основанием для организации инженерно-геологической съемки явля- ется техническое задание. Его содержание: этапы или стадии проектиро- вания хозяйственных объектов, техническая характеристика сооружений и их фундаментов, наличие подземных сооружений, генеральный план размещения объектов, сроки выполнения работ, перечень необходимых материалов, которые должны быть получены в результате организуемых работ, и др. Проектирование и методика инженерно-геологических съе- мок регламентируются соответствующими Методическими руководства- ми. Инженерно-геологические съемки выполняются в три основных эта- па: 1) подготовительный; 2) полевой; 3) камеральный. Подготовительный этап. Его содержание: 1) изучение и анализ всех предшествующих материалов – опубликованных, фондовых, архивных, с составлением предварительных графических документов (карта фактиче- ского материала и др.), разработкой рабочей инженерно-геологической гипотезы и определением задач, которые должны быть решены в процес- 84 се съемки; 2) составление программы (проекта) работ, в которой обосно- вываются: методики исследований, объемы и виды проводимых работ, сметно-финансовые расчеты, трудовые и материальные затраты, кален- дарный график работ, потребности в стройматериалах, источники и орга- низация водоснабжения и др.; 3) подготовка к полевым работам, решение организационных вопросов, комплектование полевой партии материала- ми, оборудованием, снаряжением, рабочей силой и транспортом. Полевой этап. Реализуется программа полевых работ. Выполняются объемы и виды работ. Ведется документация всех горных выработок и скважин. Производится предварительная камеральная обработка поступа- ющих полевых материалов. Уточняется рабочая инженерно-геологическая гипотеза. Составляются предварительные графические документы – карта фактического материала, колонки буровых скважин, инженерно- геологические разрезы и карты разного содержания, графики полевых ис- пытаний грунтов и т.п. Предварительно обрабатываются данные полевых опытных испытаний. Глубина изучения инженерно-геологических условий местности определяется зоной влияния инженерных сооружений на геоло- гическую среду и составляет 15–20 м (Бондарик, Ярг, 2008). Камеральный этап. Производится окончательная обработка полевых материалов. Выполняются объемы лабораторных работ по определению состава горных пород, их физико-механических свойств и лабораторные испытания грунтов. Составляется окончательный отчет, оформляются инженерно-геологические карты и другие графические и текстовые при- ложения в соответствии с целевым техническим заданием. 6.6. Инженерно-геологическая разведка Инженерно-геологическая разведка осуществляется с использованием горных, буровых, геофизических, гидрогеологических, полевых опытных работ, инженерно-геологического опробования, режимных стационарных наблюдений и, в зависимости от стадии проектирования, разделяется на предварительную, детальную и оперативную (Бондарик, Ярг, 2008). Предварительная инженерно-геологическая разведка проводится в границах будущей строительной площадки с целью получения инженер- но-геологической информации для эффективного размещения сооруже- ний на строительной площадке, сбора данных для проведения проектных расчетов оснований фундаментов, выбора их типов и разработки проекта защитных мероприятий. Изучается инженерно-геологический разрез участка, в котором по со- ставу и свойствам горных пород выделяются монопородные геологиче- 85 ские тела второго уровня расчленения (по гранулометрическому составу рыхлых осадков) – МГТ-2 (Бондарик, Ярг, 2008). По данным опробова- ния определяются классификационные показатели свойств грунтов, ко- торые используются в предварительных расчетах оснований фундамен- тов (прочностные и деформационные характеристики). В ходе гидрогеологических исследований определяются уровни грун- товых вод, изучаются химический состав подземных вод, их агрессив- ность, возможности их загрязнения и изменения состава, водопроницае- мость горных пород, вероятность подтопления территории и др. При обнаружении активно протекающих экзогенных геологических про- цессов составляется программа режимных наблюдений за их динамикой. Детальная инженерно-геологическая разведка проводится в грани- цах зоны предполагаемого влияния инженерных сооружений на геологи- ческую среду с целью решения задач: 1) определения проектных конту- ров размещения инженерных сооружений; 2) получения данных для окончательных расчетов оснований фундаментов сооружений. Решения поставленных задач излагаются в рабочей документации. Используются следующие виды проводимых работ: горные, буровые, полевые опытные и гидрогеологические исследования. Изучается инженерно-геологи- ческий разрез в границах предполагаемой зоны взаимодействия инже- нерных сооружений с геологической средой с помощью вертикальных расчетных сечений, в которых выделяются монопородные геологические тела третьего уровня расчленения (горные породы характеризуются од- нородными по прямым показателям прочности и сжимаемости) – МГТ-3 (Бондарик, Ярг, 2008). Содержание гидрогеологических исследований: 1) наблюдение за уровнем грунтовых вод; 2) определение химического состава и агрес- сивных подземных вод. В сложных гидрогеологических условиях прово- дятся опытные гидрогеологические работы. Оперативная инженерно-геологическая разведка проводится в про- цессе непосредственного строительства (на нулевом цикле) ответствен- ных и уникальных сооружений с целью получения информации об изме- нении свойств геологической среды на начальной стадии формирования сферы взаимодействия с будущими инженерными сооружениями под влиянием строительных работ. Содержание работ: 1) документация строительных выемок в масшта- бах 1:20–1:500 (котлованов, открытых и подземных выработок), выявле- ние ранее неизвестных инженерно-геологических элементов, которые могут повлиять на устойчивость сооружений; 2) опробование грунтов для дополнительной оценки их прочности, просадочности и фильтрационных 86 свойств; 3) режимные инженерно-геологические наблюдения за динами- кой экзогенных геологических процессов. Результаты оперативной инженерно-геологической разведки исполь- зуются для корректировки рабочих чертежей и проекта производства строительных работ. 6.7. Полевые опытные работы Полевые опытные работы являются составной частью инженерно- геологических изысканий. Их назначение – получение достоверных дан- ных о прочности и деформационных свойствах горных пород в есте- ственном залегании, уточняются параметры водоносных горизонтов. В ходе проведения полевых опытных работ используются следующие методы (Бондарик, Ярг,2008): 1. Динамическое зондирование. В песчано-глинистые горные породы забиваются специальные конические наконечники (зонды) до глубины 20 м с использованием установок УБП-15/14 Гидропроекта и др. 1.1. Виброударное зондирование – погружение зонда в грунт произво- дится вибромолотом массой 350 кг и частотой ударов 300–1 200 в минуту. 1.2. Статическое зондирование – зонд задавливается в песчано- глинистый грунт статической нагрузкой с помощью установок различных конструкций. 1.3. Пенетрационно-каротажный метод – основан на совмещении ста- тического зондирования с радиоизотопным каротажем. Для испытаний используются станции пенетрационного каротажа (СПК). 2. Искиметрия применяется для измерения величины сопротивления резанию при изучении прочностных свойств рыхлых песчано-глинистых грунтов в стенках буровых скважин, для чего используются скважинные искиметры, снабженные специальным режущим ножом. 3. Испытание грунтов жесткими штампами проводятся для определе- ния деформационных характеристик крупнообломочных и песчано- глинистых грунтов в шурфах, скважинах и котловинах с использованием гидравлических домкратов. 4. Прессиометрия используется для изучения прочностных и дефор- мационных свойств скальных и рыхлых горных пород в скважинах с применением приборов бокового давления – прессиометров. 5. Испытание грунтов на срез в скважинах выполняется для определе- ния прочностных свойств средне- и мелкозернистых песков и глинистых грунтов. Выделяются модификации испытаний – вращательный, кольце- вой и поступательный среды, которые производятся лопастными прибо- рами, оборудованными специальными крыльчатками. 87 6. Круговой срез грунтов применяется для определения прочностных свойств глинистых грунтов. Испытания проводятся в шурфах или на дневной поверхности. 7. Испытание на срез целиков грунта в шурфах. Показатели прочности изучаются в трещиноватых, несвязных песчано-глинистых горных поро- дах, глинисто-щебенистых и песчано-гравелистых отложениях, в плот- ных трещиноватых глинистых грунтах с комковатой, плитчатой и листо- ватой текстурами и в песчано-глинистых отложениях с неоднородными структурно-текстурными признаками. Для испытаний используются установки конструкции Фундаментпроекта (Бондарик, Ярг, 2008). 8. Испытания целиков грунта методами обрушения, раздавливания и выпирания. Показатели прочности изучаются в грубообломочных вывет- релых грунтах, слабых песчаниках, глинисто-щебенистых мергелях и трещиноватых твердых глинистых грунтах. Испытания проводятся в шурфах с использованием штампов, домкратов и динамометров. 9. Определение порового давления имеет значение при оценке проч- ности глинистых отложений и выявлении уплотнения водонасыщеных грунтов. Для этого применяются приборы – поропьезометры, пьезомет- ры, приборы с дистанционными манометрами и электродинамометрами, которые помещают в шурфы, скважины или грунты земляных сооруже- ний. Для измерения порового давления в приборах используются дистан- ционные манометры с сильфонами, струнные тензометры, диафрагмен- ные датчики. Гидрологические задачи решаются с использованием следующих ме- тодов: 1. Направление и скорость движения подземных вод методами запус- ка индикаторов, электрометрическим, заряженного тела и др. 2. Водопроницаемость горных пород, водообильность водоносных го- ризонтов, дебит скважин, колодцев и других водозаборов методом опыт- ных откачек. 3. Водопроницаемость горных пород методом налива в шурфы и скважины. 4. Водопроницаемость, трещиноватость и закарстованность горных пород методом опытных нагнетаний. Другие задачи, решаемые в ходе проведения полевых опытных работ: 1. Оценка устойчивости горных пород в опытных котлованах и гор- ных выработках. 2. Определение скорости выветривания горных пород на опытных площадках. 3. Оценка горного давления в подземных выработках. 88 4. Определение условий и характеристики цементации горных пород методом опытной цементации. 6.8. Режимные стационарные инженерно-геологические наблюдения Главная цель режимных стационарных наблюдений – получение ин- формации об изменении состояния геологической среды во времени, экзо- генных и эндогенных геологических и инженерно-геологических процес- сах, влияющих на ее развитие. Значение режимных стационарных инже- нерно-геологических наблюдений связано с решением задач по рациональ- ному использованию геологической среды: а) при открытой и подземной разработке месторождений полезных ископаемых; б) функционировании природно-технических систем от периода формирования до эксплуатации и относительной стабилизации инженерно-геологических процессов. Наблюдения за изменением состояния геологической среды также яв- ляются частью литомониторинга. Содержание режимных стационарных наблюдений: 1. Метеорологические наблюдения: атмосферные осадки, влажность воздуха, ветер, влажность горных пород в зоне аэрации, колебания тем- ператур в разные периоды года, глубина сезонного промерзания горных пород на разных элементах рельефа. 2. Гидрологические наблюдения: водный баланс местности, уровни воды в реках и водоемах, скорости и расходы воды, ледовый режим, хи- мический состав вод, волновые явления на водоемах. 3. Гидрогеологические наблюдения: распространение, условия зале- гания и уровни подземных водоносных горизонтов, их типы, условия питания и разгрузки, запасы, минерализация и др. 4. Наблюдения за деформациями горных пород на склонах, в откосах, оползневых участках, котлованах и подземных выработках под фунда- ментами зданий и сооружений. При этом используются методы повтор- ного картирования, поверхностные и глубинные реперы и марки, дина- мометры, темзометрические датчики, поропьезометры и другие приборы и приспособления. 5. Геотермические наблюдения: оценка динамики изменения темпера- тур горных пород на разной глубине (особенно это важно в зонах разви- тия мерзлых и многолетнемерзлых грунтов). 6. Наблюдения за скоростью и особенностями развития экзогенных геологических и инженерно-геологических процессов и явлений (вывет- ривание, эрозия и др.). |