5.3.1. Выделение инженерно-геологических элементов

Инженерно-геологический элемент (ИГЭ) – это выделенное в пространстве геологическое тело (слой, часть слоя, прослой, линза и т.д.), которое может быть описано обобщенными показателями состава и свойств слагающих его пород, причем эти показатели должны удовлетворять расчетной схеме, вытекающей из задачи исследования [5].

Н.В. Коломенский [3] под инженерно-геологическим элементом понимает такие геологические тела (линзы, слои, прослои), для которых можно получить усредненные индивидуальные значения показателей физико-технических свойств пород.

Согласно ГОСТу 20522-96 за инженерно-геологический элемент принимают некоторый объем грунта одного и того же происхождения и вида при условии, что значения характеристик грунта изменяются в пределах элемента случайно (незакономерно), либо наблюдающаяся закономерность такова, что ею можно пренебречь.

При выделении инженерно-геологических элементов очень важно соблюдать условие единства расчетной модели, т.е. необходимо знать конструктивные особенности сооружений. Принципы выделения инженерно-геологических элементов приведены в табл. 5.4 [5].

Таблица 5.4

Критерии	Примеры
Генетический тип	Моренные отложения
Литологическая разновидность	Суглинки
Состояние	Тугопластичные

Окончание табл. 5.4

Критерии	Примеры
Показатели свойств, учитываемые различными схемами расчета сооружений: прочностные деформативные просадочность совместная работа сваи и грунта (сопротивление грунта основания в плоскости нижних концов и на боковой поверхности сваи) упругие характеристики пород	При расчетах по первому и второму предельному состоянию При расчетах по второму предельному состоянию Только для просадочных грунтов При проектировании свайных фундаментов При проектировании сооружений башенного типа, фундаментов с динамическими нагрузками и др.
Специальные характеристики (коэффициент фильтрации, набухаемость и т.д.)	В зависимости от важнейших требований и специфики проектируемых сооружений

Дальнейшие требования к выделению ИГЭ связаны с возможностью охарактеризовать их обобщенными, усредненными показателями состава и физико-механических свойств, при соблюдении однородности показателей, при которой их пространственная изменчивость, в плане и глубине, не превышает определенных статических допусков в соответствии с ГОСТом 20522-96 (табл.5.5)

Таблица 5.5

Породы и их изменчивость	Характеристика пород и их изменчивости
Крупнообломочные	Гранулометрический состав, общая влажность и влажность глинистого заполнителя
Песчаные	Гранулометрический состав, коэффициент пористости, влажность для песков пылеватых
Глинистые	Пределы и число пластичности, коэффициент пористости, влажность

Окончание табл. 5.5

Породы и их изменчивость	Характеристика пород и их изменчивости
Пространственная изменчивость по каждой из пород	Незакономерная или закономерная, если коэффициент вариации закономерно изменяющейся характеристики не превышает 0,15 для коэффициента пористости и влажности и 0,30 для характеристик механических свойств

Для оценки характера пространственной изменчивости характеристик их наносят на инженерно-геологические разрезы и точки их определения, строят графики рассеяния, а также графики зондирования. Для выявления закономерного изменения характеристик строят точечные графики изменения их значений по направлению.

Если установлено, что характеристики грунтов изменяются в пределах предварительно выделенного ИГЭ случайным образом, этот элемент принимают за окончательный независимо от значений коэффициента вариации характеристик.

За единый инженерно-геологический элемент могут быть приняты грунты, представленные часто сменяющимися тонкими (менее 20 см) слоями и линзами грунтов различного вида. Слои и линзы, сложенные рыхлыми песками, глинистыми грунтами с показателем текучести более 0,75, илами, сапропелями, заторфованными грунтами и торфами, рассматривают как отдельные инженерно-геологические элементы независимо от их мощности.

При наличии закономерного изменения характеристик грунтов в каком-либо направлении следует решить вопрос о необходимости разделения предварительно выделенного ИГЭ на два или несколько новых ИГЭ.

Дополнительное разделение ИГЭ не проводят, если выполняется условие

V<V_доп,

где V – коэффициент вариации,

V_доп – допустимое значение V, принимаемое равным для физических характеристик 0,15, а для механических – 0,30.

Если коэффициенты вариации превышают указанные значения, дальнейшее разделение ИГЭ проводят так, чтобы для вновь выделенных ИГЭ выполнялось условие V<V_доп.

При проведении дополнительного разделения первоначально выделенного ИГЭ, определяя границы вновь выделяемых ИГЭ, необходимо учитывать:

- наличие тенденции к скачкообразному изменению характеристик грунтов;

- положение уровня подземных вод;

- наличие зон просадочных, набухающих и засоленных грунтов и грунтов с примесью органических веществ;

- наличие в скальных грунтах зон разной степени выветрелости и разгрузки;

- наличие зон грунтов разной консистенции;

- наличие в вечномерзлых грунтах зон разной степени льдистости и цементации льда.

На практике характерны три вида ошибок и недостатков, связанных с выделением инженерно-геологических элементов: излишняя дробность в расчленении, чрезмерная степень обобщения разреза и недоучет прогноза изменения инженерно-геологических условий.

Излишняя дробность в расчленении проявляется в виде выделения небольших по мощности слоев, линз, прослоев и других геологических тел по показателям состава и свойств, несущественно отличающихся от показателей по перекрывающим или подстилающим породам.

Характерной ошибкой является выделение многочисленных ИГЭ по длине трассы трубопроводов, когда в основу выделения положены признаки, необходимые для проектирования зданий и сооружений на естественных основаниях, и не проведено районирование по длине трассы.

Излишняя дробность и в выделении ИГЭ затрудняет, а иногда делает невозможным составление модели основания, которая необходима для расчетов по предельным состояниям.