4.2 Методика інженерно-геологічних досліджень
Інженерно-геологічні дослідження порід – дослідження порід для прогнозу їх поведінки під впливом інженерної діяльності людини.
Метою інженерно-геологічних досліджень (вишукувань) є відображення характерних особливостей території, що визначають її будівельне використання, і видача матеріалів для оцінки:
а) загальної стійкості території, що характеризується наявністю або відсутністю таких явищ , як карст, просадочність, зсуви, сейсмічність тощо, що обмежують будівельне використання її або вимагають спеціальної підготовки;
б) інженерно-геологічних особливостей окремих ділянок, що виділяються для різного типу будівництва та умов улаштування на них фундаментів окремих будинків і споруд (рельєф, умови залягання порід та їх склад, режим ґрунтових вод, фізико-механічні властивості порід тощо);
в) можливості наявності на території будівництва і найближчих околиць природних будівельних матеріалів (камінь, рінь, пісок, глина, суглинок, вапно, цементна сировина тощо).
Завданням інженерно-геологічних досліджень є опис інженерно-геологічних умов території, наміченої для забудівлі.
Інженерно-геологічні дослідження здійснюються згідно технічного завдання, що видається проектантом.
Склад і обсяги досліджень залежать від етапу і стадії проектування, ступеня вивченості території будівництва, складності будови території, типу і конструкції споруд та ін.
Інженерно-геологічні дослідження для промислового і цивільного будівництва проводяться в два етапи:
а) спочатку проводяться попередні дослідження району можливого розташування площі будівництва,
б) а потім детальні дослідження будівельної площадки і місць під окремі будинки та споруди.
Попередні дослідження району мають за мету дати проектанту потрібний матеріал для вибору найсприятливішої з геологічного та економічного погляду площі для будівництва. Матеріали цих досліджень мають дати проектанту уявлення про геологічну будову значно більшої території, ніж та, що потрібна для розміщення будівельних об’єктів. Попередні інженерно-геологічні дослідження обмежуються звичайно опрацюванням літературних і архівних геологічних та гідрогеологічних матеріалів. Ці дані поповнюються маршрутним рекогносцируванням, під час якого враховуються всі додаткові чинники, що мають значення в розв’язанні поставленого завдання. Зібрані дані узагальнюються в формі записки та оглядової інженерно-геологічної карти, що характеризує рельєф району, його геологічну будову, гідрогеологічні умови та фізико-геологічні процеси і явища, що можуть впливати на оцінку придатності для будівництва окремих ділянок. Карта складається в масштабі 1:25000 або 1:10000, залежно від складності інженерно-геологічних умов. Інженерно-геологічна карта являє собою проекцію на горизонтальну площину меж товщ порід різного складу і віку в місці їх виходу на денну поверхню. До карти прикладаються інженерно-геологічні розрізи (профілі), що являють собою проекції меж товщ порід різного складу і віку на вертикальну площину. На розрізі видно послідовність їх залягання по вертикалі і потужність окремих шарів. Найповніше уявлення про геологічну будову території дають розрізи, які проведені навхрест щодо простягання порід.
Детальні інженерно-геологічні дослідження на будівельній площі повинні починатися при наявності крупно масштабної топографічної основи масштабу 1:5000–1:1000. В результаті проведення цих досліджень необхідно одержати докладні дані про характер порід на окремих ділянках, особливо верхніх горизонтів, потужності кожного шару, дані про витриманість шарів, фізико-механічні властивості порід, глибину залягання ґрунтових вод, хімічний їх склад та деякі інші. Ці дані потрібні для вибору несучого шару для фундаментів, вибору конструкції фундаменту, для передбачення заходів захисту підземних конструкцій від агресивного впливу ґрунтових вод. Ці дані здобувають в результаті розвідувальних робіт, лабораторних досліджень, польових дослідних робіт.
Розвідувальні роботи полягають у проходженні шурфів та бурових свердловин.
Шурф – це вертикальна (на зразок колодязя) виробка прямокутного або квадратного перерізу (1,0х1,5 м). За допомогою шурфів отримують найбільш надійні дані про будову порід у природному заляганні, дозволяють відібрати зразки порід з непорушеною структурою. Шурфи застосовуються для розвідки найближче залягаючих від поверхні сухих порід і проходяться до глибини 5,0 м без кріплення стінок (для розвідки глибших, а також водовмісних порід, застосовують буріння). Шурфи проходять за допомогою лопати до глибини 3,0м, глибше – застосовують ворот. В міру проходження шурфу роблять зарисовку розрізу порід всіх чотирьох стінок. Дані розвідки заносять у польовий журнал. У шурфах відбирають моноліти окремих літологічних відмін – зразки з непорушеною структурою з лінійним розміром зразка не менше 20 см, які парафінують, для вивчення в лабораторії фізико-механічних властивостей (об’ємна вага, пористість, опір стискаючим та зрушуючим зусиллям та ін.). Кожний зразок повинен мати етикетку, що містить такі дані: номер зразка, місце здобуття зразка, назва породи, глибина взяття зразка, дата здобуття, підпис особи, що взяла пробу, назва розвідувальної організації.
Бурова свердловина – прорізана товща порід циліндричним отвором. Буріння прискорює процес розвідування, дає змогу охарактеризувати породи, що залягають на великій глибині, не потребує водовідливу. Дані розвідки заносять у буровий журнал. В свердловинах відбирають, переважно, зразки з порушеною структурою через 0,5 м і при кожній зміні складу порід. Зразки, що відбираються з метою визначити вологість, укладають у бюкси (баночки алюмінієві). Глибина свердловин, як правило, не перевищує 10-12 м. Діаметр буріння рекомендується не менший як 89 мм, а для відповідальних точок – 114мм. При зустрічати підземних вод необхідно відмічати ту глибину, на якій зустрінута вода, і глибину, на якій встановився рівень. З водоносних прошарків беруть пробу води для хімічного аналізу в лабораторії.
Розвідувальні виробки слід розміщати з таким розрахунком, щоб значна їх частина припала на безпосереднє дослідження основ під фундаментами будинків і споруд.
З геофізичних методів досліджень на практиці застосовують електророзвідку (вертикальне електричне зондування, електропрофілювання, електричний каротаж). Метод вертикального електричного зондування (ВЕЗ) застосовується для вивчення розрізу порід в якій-небудь точці, електропрофілювання – для вивчення розрізу вздовж певної лінії, електричний каротаж – дозволяє встановити границі порід в свердловинах за їх електричним опором.
Лабораторні дослідження мають двояке призначення:
а) уточнити найменування піщаних та грубоуламкових порід на підставі співвідношення гранулометричних фракцій, уточнити назву глинистих порід відповідно до так званого числа пластичності;
б) оцінка фізико-механічних властивостей порід для будівельних цілей:
- якщо основою споруд є скельні породи, то достатньо визначити тимчасовий опір їх на роздавлювання у водонасиченому стані;
- для напівскельних порід (крейда, мергель, вапняк) потрібно визначити хімічний склад водорозчинної частини і вивчити петрографічно під мікроскопом;
- для глинистих порід (глини, суглинки, супіски) на зразках порушеної структури визначається вибірково гранулометричний склад і питома вага, на зразках природної структури і вологості проводяться масові визначення об’ємної ваги, вологості, пористості, границь пластичності, вибірково – стисливості та опору зрушенню, для лесових порід – і величину відносної просадочності, для порід з помітними органічними домішками – втрату ваги при прожарюванні;
- для піщаних порід потрібно визначити гранулометричний склад, щільність і вологість; якщо основою споруд є піщані породи потрібно визначити гранулометричний склад, об’ємну вагу в стані природної структури та вологості, вологість, ступінь вологості, вибірково – питому вагу, кут природного укосу, в тому випадку, коли потрібний дренаж ділянки – коефіцієнт фільтрації;
- для оцінки агресивності дії ґрунтових вод на підземні конструкції або в разі наявності в основі карбонатних та сульфатних порід проводиться хімічний аналіз цих порід і вод; проектуючи дренаж ґрунтових вод потрібно досліджувати також склад води щодо випадіння солей та колоїдних осадів, що засмічують фільтри й труби.
Польові дослідні роботи проводяться на стадії досліджень для технічного проекту. Найбільш поширене випробовування порід основи пробними навантаженнями, що дозволяє встановити податливість основи під навантаженням у природних умовах. Дослід здійснюється на відмітці підошви проектованого фундаменту. При мілких закладеннях фундаментів користуються способом, при якому на дні дослідного котловану або шурфу відповідної глибини мурується кладка – дослідний фундамент, поверх якого встановлюється завантажувальна платформа. При глибшому закладенні підошви фундаменту користуються квадратними або круглими чавунними чи залізобетонними штампами різних розмірів. Осадки вимірюються за допомогою двох рейок, що спираються на штамп, або точнішими вимірювальними приладами. За результатами таких випробовувань визначають розрахунковий тиск на основу, що являє собою критичне навантаження, зменшене на коефіцієнт запасу міцності, який береться залежно від відповідальності об’єкту та його конструкції. З результатів пробних навантажень знаходять також модуль загальної деформації порід основи; користуючись ним можна розрахувати осадку споруди. Під модулем загальної деформації в механіці грунтів розуміють відношення тиску до відносно повної зміни довжини зразка (включаючи як пружну, так і залишкову деформацію).
Інженерно-геологічний звіт складається з записки (тексту) і графічних додатків.
Записка поділяється на загальну частину та інженерно-геологічні висновки.
В загальній частині вказують призначення досліджень, з’ясовують методику їх провадження, наводять характеристику кліматичних особливостей району, визначають характер рельєфу будівельної площі, геолого-літологічний розріз, розподіл водоносних горизонтів по вертикалі та їх просторове розміщення. Наводяться результати лабораторних досліджень та дослідних робіт, Описують родовища місцевих будівельних матеріалів. До загальної частини додаються графічні матеріали (карти, розрізи-колонки по типових свердловинах, розрізи в характерних напрямках, графіки тощо) у кількості, достатній для ясного розуміння тексту.
Інженерно-геологічні висновки. Тут подаються кількісні характеристики (показники) фізико-механічних властивостей порід, залежність цих характеристик від ступеня вологості порід, тут же має бути поданий прогноз, які можуть виникнути в породах внаслідок зведення будинку чи споруди. При несприятливих інженерно-геологічних умовах в даному розділі вказуються заходи й обсяги робіт, які треба здійснити до початку будівництва, під час провадження будівельних робіт і в період експлуатації.
Методичні рекомендації до виконання роботи
1. Д|задачі|ДДано:
- інженерно-геологічна характеристика грунтів ділянки (дані буріння по свердловинах|щілинах|) згідно завдання.
2. Потрібно побудувати інженерно-геологічний розріз.
3. Виконання:
- побудова|шикування| інженерно-геологічного розрізу відповідно до варіанту завдання|задавання|.
Інженерно-геологічний розріз в кінцевому вигляді має виглядати наступним чином (рисунки).
Контрольні запитання
Методика вивчення сучасних небезпечних інженерно-геологічних процесів.
Методи вивчення небезпечних інженерно-геологічних процесів (моніторинг НЕГП).
Характеристика видів і складу робіт при веденні моніторингу зсувних процесів на ділянках I, II, III категорій.
Головні заходи щодо запобігання активізації зсувів, карсту, яружної ерозії.
Оцінка ураженості території небезпечними геологічними процесами та явищами.
Методика інженерно-геологічних досліджень.
Мета, задачі, обсяги, попередні дослідження району, детальні інженерно-геологічні дослідження на будівельній площі, розвідувальні роботи, геофізичні методи досліджень, лабораторні дослідження, польові дослідні роботи, інженерно-геологічний звіт.