1.8 Стационарные наблюдения

В процессе инженерных изысканий необходимо предусмотреть стационарные наблюдения за динамикой развития физико-геологических процессов и явлений, режимом уровня и составом подземных вод, температурой грунтов и подземных вод.

В процессе инженерно-геологической съемки устанавливают или уточняют места, выбранные в процессе рекогносцировки для постановки стационарных наблюдений за геологическими компонентами природной среды (режим уровня и химический состав подземных вод, температура грунтов и воды, динамика развития физико-геологических процессов и т.д.) и организовывают их регулярное проведение на оборудованных постах, станциях или сетях.

Стационарные наблюдения проводятся в течение всего времени производства работ, а при необходимости продолжаются на дальнейших этапах изысканий в процессе строительства и эксплуатации сооружений.

Срочность наблюдений за каждым компонентом среды обосновывается в программе изысканий.

Стационарные наблюдения за оползнями проводятся при необходимости изучения динамики и механизма процесса с целью прогнозирования оползневой деятельности. В состав наблюдений входят геодезические наблюдения за планово-высотным положением реперов (марок); за деформацией маяков; за режимом подземных вод на оползневых склонах и т.д.

Стационарные мерзлотные наблюдения проводятся при необходимости изучения динамики процессов, происходящих при сезонном и многолетнем промерзании-оттаивании грунтов в естественных и нарушенных условиях. Стационарные наблюдения являются основной частью работ по инженерно-геологической съемке и организуются для решения практических задач, связанных главным образом с прогнозом изменения мерзлотных условий при строительстве и воздействии физико-геологических процессов на инженерные сооружения. Стационарные наблюдения, в первую очередь проводятся за: термическим режимом грунтов; за динамикой сезонного промерзания и протаивания; пучением и осадкой грунтов; водным режимом грунтов; динамикой снежного покрова; динамикой физико-геологических криогенных и посткриогенных процессов (термокарст, солифлюкция, термоэрозия, сезонных и многолетних бугров пучения).

Наблюдения проводятся на площадках, выбор которых определяется их назначением. Часть площадок выбирается на участках, в пределах которых сохранены естественные условия с характерными для данного ландшафтного типа рельефа литологическим составом пород, растительности. Для определения изменения процессов промерзания-протаивания в нарушенных условиях на части площадок с нарушенными ландшафтными условиями, удалением растительного покрова, уплотнением или очисткой снега, устройством искусственных покрытий и др. Частота наблюдений, плотность замеров и величина интервалов, через которые рационально проводить замеры, могут быть различны.

Для прогноза изменения уровня грунтовых вод на застраиваемых территориях в процессе стационарных гидрогеологических наблюдений изучают: естественный и нарушенный режимы приповерхностных подземных вод и вод более глубоких горизонтов при наличии гидравлической связи между ними, и механизм их взаимодействия.

Наблюдательная сеть размещается по створам от водораздела к дренам на всех геоморфологических элементах.

При однородном строении первого от поверхности водоносного горизонта на каждом геоморфологическом элементе закладывается как минимум по 2 – 3 наблюдательных скважины. При неоднородном (в плане) строении водоносного горизонта число скважин увеличивается с учетом изучения основных литологических разностей водовмещающих пород, отличающихся фильтрационными свойствами.

При наличии верховодки или слоистом строении водоносного горизонта закладываются кусты наблюдательных скважин, с фильтрами, установленными в каждом водоносном прослое.

При размещении наблюдательных пунктов стационарной сети на застроенных территориях учитываются принципы размещения пунктов для незастроенных территорий, а также учитывается характер застроенности и степень инженерной подготовки территории, организация строительных работ, характер изменения гидрогеологических условий.

Стационарная сеть на застроенных территориях включает:

- одиночные скважины, расположенные по створам от водоразделов к дренам; сеть скважин на расстоянии 150-500 м друг от друга, которая сгущается вблизи водонесущих коммуникаций и сооружений;

- кусты скважин с фильтрами, расположенными на разных водоносных горизонтах или по глубине потока при неоднородном строении водоносного пласта;

- расчетные балансовые створы скважин для расчета гидрогеологических параметров и составления баланса грунтовых вод;

- балансовые участки для изучения движения влаги в зоне аэрации.

Изучение режима химического состава подземных вод проводится с целью:

- оценки изменения агрессивности подземных вод;

- составления прогноза возможного засоления земель в результате мелиорации;

- определения возможного ухудшения качества подземных вод, используемых для водоснабжения в результате искусственного загрязнения;

- изучения условий формирования подземных вод (их питание, разгрузка) и для оценки влияния строительства на изменение водного баланса и т.д.

В зависимости от целей исследования и гидрогеологических условий состав и методики наблюдений за режимом химического состава подземных вод могут быть весьма различны.

Основным видом химического состава подземных вод является сокращенный анализ, предусматривающий определение следующих ионов:

CL^-, SO₄^2-, HCO₃^2-, CO₃^2-, Mg²⁺,Na⁺, K⁺, Fe²⁺, Fe³⁺, NO₃^-, NO₂^-, NH₄⁺, а также рН, жесткости, физических свойств и сухого остатка.

Наблюдение за режимом подземных вод производят на оборудованных скважинах или источниках. Конструкция скважин определяется гидрогеологическими условиями территории. Диаметр скважин должен быть не менее 75 мм для производства замеров переносными или стационарными приборами и периодической чистки при заиливании. При оборудовании наблюдательных скважин соблюдаются следующие условия:

• устья скважин и затрубного пространства цементируются или трамбуются глиной;

• вышележащие горизонты должны быть надежно изолированы;

• фильтры устанавливаются в зависимости от гранулометрического состава и степени трещиноватости пород водоносного горизонта;

• фильтры устанавливают на такую глубину, чтобы он не осушился даже при самом низком положении уровня грунтовых вод;

Устье скважин и верх обсадной трубы (или патрубка), от которой производится замер, должны быть занивелированы и определена абсолютная отметка устья и его координаты. Все эти данные заносятся в паспорт наблюдательной скважины. Режим подземных вод определяется целевым назначением.

Наблюдения проводятся с целью изучения:

• изменения качества воды, используемой для питьевых и технических целей во времени. Температура является одним из параметров, определяющих возможность использования воды;

• взаимодействия поверхностных и подземных вод, вод различных водоносных горизонтов;

• строения толщи путем термокаротажа и т.д.

Наблюдения проводятся по всему стволу скважины через определенные интервалы. Измерение температуры подземных вод производится ленивыми и максимальными термометрами, заключенными в металлическую гильзу. Ленивый термометр представляет собой специальный ртутный термометр, вмонтированный в металлическую оправу. Для измерения температуры термометр выдерживается в скважине на нужной глубине 10-15 мин.

При извлечении термометра из скважины вода, заполнившая баллончик, сохраняет показания термометра неизменными на некоторое время, необходимое для подъема его и отсчета.

Максимальный термометр, заключенный в металлическую гильзу, предназначен для измерения температуры воды в скважине на значительной глубине. В металлическую гильзу закладываются два максимальных термометра. Перед опусканием термометра в скважину гильза и термометр охлаждаются до температуры несколько ниже предполагаемой на заданной глубине замера.

Стационарные наблюдения в период строительства проводят для решения следующих задач:

- определения скорости выветривания грунтов в откосах котлованов (выемок) и их устойчивости на основе осуществления систематических наблюдений за их поведением (интенсивностью разрушения) во времени;

- определения изменчивости параметров массивов горных пород от техногенного воздействия на основе выполнения в тоннелях и котлованах геофизических, в том числе сейсмоакустических исследований и др.;

- наблюдения за развитием склоновых и суффозионных процессов, выдавливанием и выплыванием грунтов в откосах котлованов;

- проведения инженерной подготовки оснований зданий и сооружений методами глубинного уплотнения, закрепления грунтов и др.

Наблюдения за определенными компонентами геологической среды (локальный мониторинг) в период эксплуатации зданий и сооружений осуществляется на основе сети наблюдательных пунктов (скважин, постов, точек), созданной на предшествующих этапах изысканий, а при ее отсутствии – на вновь организованной сети для наблюдений за режимом опасных геологических и инженерно-геологических процессов, деформациями зданий и сооружений и другими факторами, оказывающими отрицательное воздействие на эксплуатационную устойчивость зданий и сооружений.

Стационарные наблюдения осуществляются с помощью геодезических и геофизических методов, зондирования, лабораторных испытаний и контрольно-измерительной аппаратуры, установленных в основании зданий и сооружений, а также на участках развития геологических и инженерно-геологических процессов.

Плотность наблюдательной сети, методы и периодичность наблюдений определяются в программе изысканий, исходя из особенностей сооружений, инженерно-геологических и гидрогеологических условий и скорости (интенсивности) протекания процессов.