14. Криогенные физико-геологические процессы.

Геологические явления с замерзанием и оттаиванием горных пород. Понижение температуры ниже 0⁰С приводит к замерзанию воды, содержащейся в горных породах и изменению свойств этих пород. Горные породы, которые имеют отрицательную температуру, но не содержат включений льда, называются морозными, или сухой мерзлотой. Мерзлыми называют горные породы, которые в настоящее время имеют отрицательную температуру, и содержат включения льда.

В зависимости от периода времени, в течении которого горные породы сохраняют отрицательную температуру, они делятся на сезонномерзлые, перелетки и многолетнемерзлые.

Сезонномерзлые горные породы образуются зимой и за летнее время успевают полностью оттаять. Перелетки сохраняют отрицательную температуру в течении двух лет, образуются нерегулярно. Глубина сезонного промерзания зависит от климата, рельефа местности, характера растительности и состава горных пород. В Казахстане глубина сезонного промерзания увеличивается с юга на север от 50см до 4м. Сезонно- промерзающие грунты являются ненадежным основанием, и фундаменты искусственных сооружений, как правило, опускают ниже глубины сезонного промерзания. С сезонным замерзанием и оттаиванием пород связано явление возникновения пучин.

Пучины представляет собой местное поднятие небольших участков земной поверхности в зимнее время и образование неглубоких понижений, заполненных размягченными породами, в летнее время. Образование пучин связано с расширением при замерзании воды, заполняющей поры горных пород , а также воды, мигрирующей извне к фронту промерзания.

Пучины разрушают земляные сооружения, верхнее строение пути , дорожные покрытия и оказывают отрицательное воздействие на все типы фундаментов. Методы беспучинного строительства направлены на нейтрализацию двух основных причин, вызывающих пучение: отрицательная температура и миграция влаги.

Многолетнемерзлыми горными породами называют породы, сохраняющие отрицательную температуру более 2-3 лет. В Казахстане многолетнемерзлые грунты встречаются в высокогорной части горных территорий.

Строительство направлено на сохранение отрицательных температур замерзших грунтов.

Вопросы самоконтроля.

1. Какие отличия морозных и мерзлых грунтов?

2. Причины образования пучин и меры борьбы с этим явлением?

3. Многолетнемерзлые породы и учет их в строительстве?

Лекция 14

14. Инженерно- геологические изыскания.

Основной задачей инженерно - геологических исследований для проектирования и строительства мостовых переходов, авто и железных дорог является изучение – геологических условий территории строительства, месторождений местных строительных материалов и дренирующих для возведения земляного полотна, а также оценка и прогноз геологических процессов с точки зрения обеспечения устойчивости сооружения и его надежной эксплуатации, рационального использования природной среды, ее улучшения и охраны.

Содержание и объем инженерно – геологических исследований зависит от стадии проектирования, сложности инженерно – геологических условий, конструкции и длины моста, протяженности авто и железных дорог, а также расположения и конструкции регуляционных и защитных сооружений.

В настоящее время принято трехстадийное проектирование указанных объектов. Технически несложные объекты проектируются в две стадии. Первая стадия, при трехстадийном проектировании, называется технико– экономическим обследованием (ТЭО). При двухстадийном проектировании первая стадия носит название технико–экономических расчетов (ТЭР). Инженерно - геологические исследования на стадии (ТЭО и ТЭР) должны обеспечить получение данных для сравнения намеченных вариантов указанных объектов. Инженерно – геологические изыскания проводят в минимальных объемах. Изучаются имеющиеся региональные картографические материалы, аэро и космоснимки, проводятся аэровизуальные наблюдения. Особое внимание должно быть уделено анализу современных геологических процессов, а также распространению слабых грунтов со специфическими свойствами.

Инженерно-геологическое исследование на второй стадии проектирования – стадии проекта – должно дать полную инженерно - геологическую информацию по территории строительства, утвержденного варианта объекта. При двух стадийном проектировании эта стадия называется рабочим проектом.

На стадии проекта проводится весь основной комплекс инженерно – геологических исследований, включающий в себя инженерно – геологическую съемку, геофизическое исследование, разведочные бурения и горно–проходческие работы с отбором проб грунтов, лабораторные и полевые исследования грунтов, гидрогеологические работы с отбором проб воды, а так же режимные наблюдения за развитием неблагоприятных геологических процессов. При необходимости производятся поиски и разведка строительных материалов и дренирующих грунтов. По результатам всех проведенных полевых инженерно – геологических работ и лабораторных испытаний составляется отчет об инженерно – геологических условиях строительства территорий объекта.

Третья стадия проектирования называется составление рабочей документации. Инженерно - геологические исследования проводятся только при необходимости для уточнения или корректирования данных, полученных на стадии проекта. Основными видами инженерно – геологических работ на этой стадии являются разведочное бурение, лабораторные и полевые испытания грунтов и режимные наблюдения за развитием неблагоприятных геологических процессов. Составленный на стадии проекта инженерно – геологический отчет дополняется данными, полученными на стадии рабочей документации без составления специального отчета.

Методы инженерно – геологических исследований. Основным видом инженерно- геологических исследований является инженерно – геологическая съемка. Основная задача инженерно – геологической съемки состоит в изучении и изображении на топографической основе инженерно – геологических условий территории строительства, месторождений строительных материалов , в оценке и прогнозировании геологических процессов и явлений. Инженерно – геологическая съемка проводится на стадии ТЭО по всем вариантам мостового перехода авто и железных дорог в масштабе 110000-15000. Ширина полос съемки на каждом варианте объекта должна быть не менее 300м. При наличии неблагоприятных геологических процессов ширина полосы съемки должна определятся зоной формирования и развития этих процессов. На стадии проекта инженерно – геологическая съемка проводится по утвержденному варианту в масштабе 15000 в простых геологических условиях и в масштабе 12000-11000 в сложных геологических условиях.

Инженерно – геологическая съемка проводится методом ландшафтного районирования, который заключается в разбивке участка строительства на ландшафтные регионы: русловые, пойменные, террасовые склоны разной крутизны и экспозиции, конуса выноса, болота участки с проявлением тех или иных геологических или мерзлотных процессов и т.д.

По данным инженерно - геологической съемки составляются инженерно-геологические, гидрогеологические и мерзлотные карты района и участков проектируемых объектов, а также текстовая часть инженерно- геологического отчета.

Геофизические исследования – следует применять когда они являются более эффективными, чем другие виды инженерно – геологических испытаний. Они дают хорошие результаты при оценке степени однородности грунтов, прослеживании контактов слоев кровли массива скальных грунтов, кровли мерзлых грунтов, обнаружении погребенных долин, изучении трещиноватости и степени выветрелости пород, оконтуривании карстовых полостей и оползневых тел и д.Успешно определяется положение уровня грунтовых вод, определение направления и скорости движения подземных потоков, оценка степени минерализации подземных вод.

К наиболее распространенным и широко используемым геофизическим методам исследований относятся вертикальное электрическое зондирование (ВЭЗ) электропрофилирование (ЭП) и сейсморазведка.

Разведочные работы проводятся в целях вскрытия, описания и опробования горных пород с помощью разведочных выработок, к которым относятся шурфы, скважины и штольни. Шурфом называется вертикальная горная выработка квадратного или прямоугольного сечения, которая проходится в ручную. Преимущество шурфов – в них можно непосредственно изучать структуру, а так же отбирать породы грунтов с ненарушенной структурой. Однако разведка с его помощью очень трудоемка, а на сильно водонасыщенных участках просто невозможна.

Наиболее экономична разведка буровыми скважинами. Скважинами называются цилиндрические вертикальные выработки, которые проходят буровыми инструментами вручную или буровым станком и характеризуются значительным превышением длины над диаметром. Проходка скважин сопровождается отбором проб (образцов) грунта с нарушенной структурой в виде кернов специальными наконечниками. Глубина скважин назначается с расчетом, что бы были пройдены все слои активной зоны.

Штольнями называются горизонтальные выработки, имеющие самостоятельный выход на поверхность. Они обычно проходятся при проектировании тоннелей.

Вопросы для самоконтроля:

1. Какие задачи инженерно – геологических исследований?

2. Содержание и объем инженерно – геологических исследований на стадии проектирования ТЭО и ТЭР?

3. Содержание и объем инженерно – геологических исследований на стадий проекта?

4. Содержание и объем инженерно – геологических исследований на стадии рабочей документации?

5. Какие используются методы инженерно – геологических исследований?

6. Для чего производятся разведочные работы?

7. Разведочные выработки шурфы и скважины , чем они отличаются?