учебное пособие геология инженерные изыскания. Учебное пособие к практическим и лекционным занятиям для студентов очной и заочной форм обучения всех строительных специальностей
 Скачать 2.75 Mb.
|
|
Гидрогеология участка На данном участке присутствует грунтовая вода с глубиной залегания до откачки 1-3 м. Мощность водоносного слоя m = 0,4-2,8 м, грунтовые воды безнапорные, но в районе второй скважины мы имеем местный напор в линзе песка, в результате которого образуются два грунтовых потока с градиентами уклонов I 1 = 0,04 и I 2 = 0,08. Питание грунтовой воды происходит за счет атмосферных осадков, так как поблизости нет водоемов и рек, а суглинок имеет среднюю водопроницаемость. Вследствие откачки воды УГВ понизился на 6-8 м, и вода приобрела характер карстовой, циркулирующей по порам и трещинам известняка. Такая вода отличается интенсивным движением, непостоянством химического состава, резким изменением водообильности и т.д. Геологические процессы и явления На данном участке происходит карстово-суффозионный процесс. При фильтрации подземная вода совершает разрушительную работу. Из пород вымываются составляющие их мелкие частицы, это сопровождается оседанием поверхности земли, образованием провалов, воронок. В данном примере до откачки механическая суффозия происходит активно вблизи поверхности земли. Она возникает на контакте двух слоев: суглинка и песка за счет разности коэффициентов фильтрации этих пород. После откачки резко изменились гидродинамические условия. Активность карстового процесса усилилась за счет резкого снижения 83 базиса коррозии, увеличение трещиноватости известняка, наличия в нем пустот и каверн. Активизировалась также глубинная суффозия. Выводы и рекомендации Категория сложности стройплощадки в зависимости от природных условий: 1. Геоморфологические условия. Участок расположен в пределах одного геоморфологического элемента, поверхность наклонная, впадина до 3 м – средняя категория сложности (II). 2. Геологические условия. Три различных по литологии слоя, залегающих наклонно. Мощность одного из них не выдержана по простиранию. Скальный грунт известняк трещиноватый имеет неровную поверхность, перекрыт маломощными слоями наскальных грунтов – средняя категория сложности (II). 3. Гидрогеологические условия. Горизонт подземных вод с неоднородным химическим составом, обладающий напором – средняя категория сложности (II). 4. Физико-геологические процессы и явления, отрицательно влияющие на условия строительства и эксплуатацию здания имеют распространение, особенно после откачки воды – сложная категория (III). По наиболее сложному фактору – геодинамическому, в целом категорию площадки можно оценить как сложную (III категория). Для дальнейшего предотвращения разрушения стены здания следует: – защитить основание от проникновения атмосферных и технических вод планировкой территории, устройством системы ливнеотводов и т.п. – прекратить доступ воды в карстующиеся известняки, что может быть достигнуто нагнетанием в пустоты и трещины глинистого раствора, битума, жидкого стекла и т.д. 84 10. ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ И ИНЖЕНЕРНО- ГЕОТЕХНИЧЕСКИЕ ИЗЫСКАНИЯ Инженерно-геологические и инженерно-геотехнические изыскания должны обеспечивать комплексное изучение инженерно-геологических условий района (площадки, участка, трассы) проектируемого строительства, включая рельеф, геологическое строение, геоморфологические и гидрогеологические условия, состав, состояние и свойства грунтов, геологические и инженерно-геологические процессы, изменение условий освоенных (застроенных) территорий, составление прогноза возможных изменений инженерно-геологических условий в сфере взаимодействия проектируемых объектов с геологической средой с целью получения необходимых и достаточных материалов для проектирования, строительства, инженерной защиты и эксплуатации объекта. Инженерно-геологические изыскания в основном выполняют для построения инженерно-геологической модели, с целью принятия конструктивных и объемно-планировочных решений, выбора типов фундаментов, а также оценки опасных инженерно-геологических процессов и получения исходных данных для разработки схемы инженерной защиты и мероприятий по охране окружающей среды. Инженерно-геотехнические изыскания выполняются для отдельных объектов капитального строительства на площадках с изученными инженерно-геологическими условиями с целью построения расчетной геомеханической модели взаимодействия проектируемого здания или сооружения с основанием. В зависимости от назначения существуют несколько видов инженерно-геологических изысканий: – инженерно-геологические изыскания для подготовки документов территориального планирования;\ – инженерно-геологические изыскания для подготовки проектной документации; – инженерно-геотехнические изыскания для подготовки проектной документации; – инженерно-геологические изыскания и геотехнические исследования при строительстве, эксплуатации и сносе (демонтаже) объектов капитального строительства; – инженерно-геологические изыскания в районах развития опасных геологических и инженерно-геологических процессов и явлений и распространения специфических грунтов. 85 10.1. Инженерно-геологические изыскания для подготовки проектной документации Инженерно-геологические изыскания для разработки проектной документации должны обеспечить получение материалов об инженерно- геологических условиях, необходимых для обоснования компоновки зданий и сооружений для принятия конструктивных и объемно- планировочных решений, оценки опасных инженерно-геологических и техногенных процессов и явлений, проектирование инженерной защиты и мероприятий по охране окружающей среды, проекта организации строительства. Инженерно-геологические исследования под постройку отдельных зданий и сооружений производятся на конкретном участке, где будут размещены здания. Объем проводимых на ней работ зависит от сложности инженерно-геологических условий площадки строительства (категории сложности инженерно-геологических условий приведены в приложении 6). Инженерно-геологические работы выполняются в следующем порядке: вначале проводят сбор и анализ материалов изысканий прошлых лет. В соответствии с этим намечается программа исследования. Далее проводят инженерно-геологическую съемку территории и изучают участок разведочными выработками, которые позволяют установить состав и мощность пород, условия их залегания, гидрогеологические условия площадки. Отобранные при этом образцы грунтов и пробы подземных вод направляют на лабораторные исследования. При необходимости (в случаях, оговоренных в нормативных документах), проводят инженерно- геофизические исследования и полевые опытные испытания грунтов. При инженерно-геологических работах так же выявляют геологические и инженерно-геологические процессы. Выполненные исследования обобщают и представляют в виде технического отчета об инженерно- геологических условиях площадки. Разведочные выработки выполняются в виде буровых скважин. Способы бурения скважин должны обеспечивать опробование грунтов и необходимую точность установления границ между слоями. Диаметр скважин, используемых в практике инженерно-геологических исследований, обычно находится в пределах 100-150 мм. Горные выработки и точки полевых испытаний необходимо располагать в пределах контуров проектируемых зданий и сооружений (по контурам или осям проектируемого здания, в местах резкого изменения нагрузок на фундаменты, глубины их заложения, на границах различных геоморфологических элементов). Общее количество горных выработок в пределах контура каждого здания и сооружения для I категории – 1-2 выработки; для II категории – не менее 3-4, для III категории – количество горных выработок 86 определяется конструкцией конкретного фундамента, нагрузками на основание и инженерно-геологическими условиями, но не менее 4-5, с учетом геометрических размеров объекта. При ширине и длине здания или нелинейного сооружения менее 12 м допускается проходить одну горную выработку для I и II категорий и две горные выработки – для III категории. Таблица 10.1 Категория сложности инженерно- геологических условий Расстояние между горными выработками, м I (простая) не более 100 II (средняя) не более 50 III (сложная) не более 25 Глубины выработок на площадках зданий и сооружений должны быть на 2 м ниже активной зоны взаимодействия зданий и сооружений с грунтовым массивом. При отсутствии данных об активной зоне глубину горных выработок следует устанавливать в зависимости от типов фундаментов и нагрузок на них (этажности): 1) для ленточных и столбчатых фундаментов – по таблице 10.2; 2) для свайных фундаментов – по СП 24.13330; 3) для плитных фундаментов – ½ ширины фундамента, но не менее 20 м от его подошвы; 4) на участках распространения специфических грунтов не менее 30% горных выработок необходимо проходить на полную их мощность или до глубины, где наличие таких грунтов не будет оказывать влияния на устойчивость проектируемых зданий и сооружений; 5) при изысканиях на участках развития геологических и инженерно- геологических процессов выработки следует проходить на 3-5 м ниже зоны их активного развития и учитывать дополнительные требования соответствующих пунктов настоящего свода правил. Глубина инженерно-геологических выработок должна быть не менее чем на 5 м ниже проектируемой глубины заложения нижних концов свай при их рядовом расположении и нагрузках на куст свай до 3 МН и на 10 м ниже – при свайных полях размером до 10х10 м и при нагрузках на куст более 3 МН. При свайных полях размером более 10х10 м и применении плитно-свайных фундаментов, глубина выработок должна превышать предполагаемое заглубление свай не менее чем на глубину сжимаемой толщи, но не менее половины ширины свайного поля или плиты, и не менее чем на 15 м. Из буровых скважин и других горных разведочных выработок производят отбор образцов грунта и подземных вод для исследований. Отбор образцов выполняют в объеме, обеспечивающем разделение разреза на инженерно-геологические элементы. Общее количество образцов 87 должно быть достаточным для получения статистически обеспеченных характеристик выделенных инженерно-геологических элементов. Таблица 10.2 Здание на ленточных фундаментах Здание на столбчатых фундаментах Нагрузка на фундамент, кН/м (этажность) Глубина горной выработки от подошвы фундамента, м Нагрузка на опору, кН Глубина горной выработки от подошвы фундамента, м До 100 (1) 4-6 До 500 4-6 200 (2-3) 6-8 5-7 500 (4-6) 9-12 2500 7-9 700 (7-10) 12-15 5000 9-13 1000 (11-16) 15-20 10000 11-15 2000 (более 16) 20-23 15000 12-19 50000 18-26 Примечания: 1. Меньшие значения глубин горных выработок принимаются при отсутствии подземных вод в сжимаемой толще грунтов основания, а большие - при их наличии. 2. Если в пределах глубин, указанных в настоящей таблице, залегают скальные грунты, то горные выработки необходимо проходить на 1-2 м ниже кровли слабовыветрелых грунтов 10.2. Опытные полевые исследования грунтов За последние годы большое распространение получило изучение грунтов в полевых условиях (опытные работы), непосредственно в условиях их естественного залегания. Это сокращает количество разведочных выработок, объем лабораторных работ и в ряде случаев дает возможность определить прочностные, деформативные и другие характеристики грунтов с точностью большей, чем при лабораторных работах. Выбор метода полевых испытаний зависит от состава, строения и состояния изучаемых грунтов, целей исследований, категории сложности инженерно-геологических условий, проектных нагрузок, глубины заложения, условий эксплуатации оснований зданий и сооружений, типов проектируемых фундаментов и методов их расчета. Полевые испытания необходимо сочетать с другими способами определения состава, состояния и свойств грунтов (лабораторными, геофизическими) для интерпретации данных, выявления взаимосвязей между характеристиками грунта, определяемыми различными методами, и оценки их достоверности. Прочностные характеристики дисперсных грунтов, как правило, методом статического и динамического зондирования. Для определения прочностных характеристик грунтов при расчете устойчивости склонов или прочностных свойств массива, сложенных крупнообломочными или 88 неоднородными грунтами, используют срез целиков грунта методом одноплоскостного среза. Основными методами получения деформационных показателей в массиве грунта являются испытания штампом, прессиометрия, а также в сочетании с ними статическое зондирование. Для зданий и сооружений нормального (при нагрузках на фундаменты менее 0,25 МПа) и пониженного уровней ответственности прочностные и деформационные свойства допускается определять методом статического и динамического зондирования. Для объектов нормального (при нагрузках на фундаменты более 0,25 МПа) и повышенного уровня ответственности деформационные показатели следует подтверждать штамповыми или прессиометрическими испытаниями. Метод зондирования. Сущность метода заключается в определении сопротивления проникновению в грунт наконечника зонда (рис.10.1). Зондирование дает представление о плотности и прочности грунтов на той или иной глубине и характеризует изменение их с глубиной. По способу погружения наконечника различают зондирование динамическое и статическое. При динамическом зондировании плотность и прочность грунта характеризуется числом ударов для забивки зонда на определенную глубину. Статическое зондирование заключается в задавливании зонда в толщу пород. Усилие, необходимое для задавливания зонда на определенную глубину, является характеристикой плотности и прочности грунтов. Рис. 10.1. Принципиальная схема установки статического зондирования грунтов: 1 – опорная рама, 2 – винтовые сваи, 3 – испытательный зонд, 4 – домкрат, Метод испытания грунтов штампами. В шурфах или непосредственно в котлованах устанавливается жесткий штамп, тщательно притирая его к основанию (рис. 10.2). 89 Рис. 10.2. Принципиальная схема установки для испытания грунтов плоским штампом: 1 – штамп, 2 – гидравлический домкрат, 3 – индикаторная установка, 4 – продольная упорная балка, 5 – винтовые анкерные сваи К штампу пошагово прикладывается вертикальная нагрузка. На основании наблюдений за штампом строится график осадки штампа в зависимости от нагрузки, на основе которого по формулам определяется модуль деформаций. Метод испытания грунтов прессиометрами. Испытание проводят в заранее пробуренных скважинах. Через канал в камеру прессиометра под давлением подается рабочая жидкость. Давление жидкости в камерах передается на стенки скважины, что вызывает обжатие окружающего грунта. Для каждой ступени обжатия с помощью манометра измеряется давление Р и по величине расхода жидкости увеличение диаметра скважины в середине рабочей камеры d. По результатам испытаний строится график зависимости d=f(Р) и по формулам определяется модуль деформации грунтов. Рис. 10.3. Принципиальная схема прессиометра: 1 – рабочая камера, 2 – шланг для подачи рабочей жидкости под давлением 90 10.3. Геофизические методы исследований Геофизические методы инженерно-геологических изысканий – это способы и средства изучения строения, состава и состояния геологической среды путем измерения информативных параметров физических полей искусственного или естественного происхождения с последующей обработкой и интерпретацией получаемой при этом информации. К геофизическим полям относятся: гравитационные, магнитные, электрические, электромагнитные, сейсмических волн, температурные, радиационные, параметры которых изменяются во времени и в пространстве. Геофизические исследования при инженерно-геологических изысканиях выполняются, как правило, в сочетании с другими видами инженерно-геологических работ с целью: – определения состава, мощности и пространственного положения рыхлых четвертичных отложений; – выявления литологического строения массива горных пород, тектонических нарушений и зон повышенной трещиноватости и обводненности; – определения глубины залегания уровней подземных вод, водоупоров и направления движения потоков подземных вод, гидрогеологических параметров грунтов и водоносных горизонтов; – определения состава, состояния и свойств грунтов в массиве и их изменений; – выявления и изучения геологических и инженерно-геологических процессов и их изменений; – проведения мониторинга опасных геологических и инженерно- геологических процессов; Наиболее эффективно геофизические методы исследований используются при изучении неоднородных геологических тел, когда их геофизические характеристики существенно отличаются друг от друга Основные достоинства геофизических методов: оперативность, возможность получения информации не только по линии скважины, но и по всей площади изучаемого разреза, что позволяет существенно сократить количество выработок. Геофизические исследования отличает высокая эффективность при их использовании в процессе мониторинга строительных работ, обследовании эксплуатируемых сооружений и их инженерных систем. Значительным плюсом при этом является неразрушающий характер исследований. Для обеспечения достоверности и точности интерпретации результатов геофизических исследований проводятся параметрические измерения на участках, где осуществляется изучение геологической среды 91 с использованием комплекса других видов работ (бурения скважин, проходки шурфов, зондирования). Основными методами геофизических методов исследований считаются электроразведка, сейсморазведка, георадиолокация. 10.3.1. Электроразведка Электрическая (точнее, электромагнитная) разведка, сокращенно электроразведка – это раздел геофизических методов исследований, предназначенная для изучения геологической среды на основе изучения различных естественных и искусственных электромагнитных полей и основана на дифференциации горных пород по электромагнитным свойствам. Для большинства методов электроразведки основное влияние на характер распространения электромагнитного поля в земле оказывает удельное электрическое сопротивление горных пород. Удельным электрическим сопротивлением (УЭС) называют сопротивление 1 м3 породы постоянному току, протекающему от одной грани куба к другой. Единицей измерения УЭС служит Ом*м. Удельное электрическое сопротивление (УЭС) грунтов меняется в широких пределах - от долей до сотен тысяч Ом*м и зависит от состава, состояния, влажности (льдистости), засоленности, пористости, трещиноватости, размеров и формы поровых каналов. Например, для песка – около 500 Ом*м, супеси – 300 Ом*м, суглинка – 100 Ом*м, глины – 70 Ом*м, для скальных грунтов – 4000 Ом*м. Наибольшее применение в инженерных изысканиях для строительства зданий и сооружений нашли метод электрического зондирования (ЭЗ) и метод электропрофилирования (ЭП). Рис. 10.4. Принципиальная схема электрического зондирования (ВЭЗ) тощи пород: 1 – потенциометр; 2 – источник питания; А, Б, В, Г – электроды; 3 – эквипотенциальные линии; 4 – линии токов Электрическое зондирование (электрозондирование) – это такой метод сопротивлений, в котором измеряют кажущиеся сопротивления с помощью установок с разными расстояниями между питающими и приемными линиями. В результате получают информацию об изменении 92 электрических сопротивлений земных слоев по вертикали. Сущность метода заключается в том, что по мере увеличения расстояния между питающими электродами А и Б линии токов перемещаются по глубине (1/4 от расстояния). Измеряя силу тока между питающими электродами А и Б и разность потенциалов между приемными электродами В и Г можно найти значения электрического сопротивления пород. Электропрофилирование (ЭП) – это модификация метода сопротивлений. При электропрофилировании на исследуемом участке забивают в грунт серию электродов и на каждом из них измеряют сопротивление пород путем перемещения прибора с фиксированным положением электродов. |