При дополнительных разведочных работах сеть выработок может быть более густой и в особо сложных случаях, в частности при больших уклонах, может доходить до 20 м.

4.10. Лабораторные испытания и полевые методы исследования физико-механических свойств грунтов и материалов

Лабораторные исследования грунтов выполняют с целью определения их состава, состояния, физических, механических, химических свойств для выделения классов, групп, подгрупп, типов, видов и разновидностей в соответствии с ГОСТ 25100–2011, определения их нормативных и расчетных характеристик, выявления степени однородности грунтов по площади и глубине, выделения инженерногеологических элементов, прогноза изменения состояния и свойств грунтов в процессе строительства и эксплуатации дорог.

Виды лабораторных определений физико-механических свойств

121

Примечание. «+» – определения выполняются; «-» – определения не выполняются; «С» – определения выполняются по дополнительному заданию.

122

Примечание. «+» – исследования выполняются; «-» – исследования не выполняются.

123

Отбор образцов грунтов из горных выработок и естественных обнажений, а также их упаковку, доставку в лабораторию и хранение следует производить в соответствии с ГОСТ 12071–2000 «Грунты. Отбор, упаковка, транспортирование и хранение образцов».

Выбор вида и состава лабораторных определений характеристик грунтов производят с учетом вида грунта, стадии проектирования, характера сооружения, условий работы грунта, а также прогнозируемых изменений инженерно-геологических условий территории.

Лабораторные анализы и испытания выполняют в полевых и стационарных лабораториях. В полевой период выполняют те виды лабораторных анализов грунтов и материалов, которые не требуют использования сложной аппаратуры. В полевой период проводят лабо-

раторные анализы грунтов, в результате которых определяют: гранулометрический состав, консистенцию, естественнуюИ влажность, плотность, стандартное уплотнение, коэффициент фильтрации, химический анализ воды на агрессивностьДи анализ водных вытяжек. В полевых условиях производят испытания физико-механических свойств грунтов в условиях естественного залегания.

Цели и методы полевых исследований свойств грунтов при инже- нерно-геологических изысканиях сведены в табл. 4.13.

противления сдвигу, а такжебспытания образцов строительных материалов для определен я временного сопротивления сжатию камня,

В стационарных ла ораториях производят испытания образцов

Геофизические методы исследований оказываются особенно эффективными при изучении неоднородных геологических объектов. Для обеспечения достоверности и точности интерпретации результатов геофизических исследований измерения проводят на контрольных участках, на которых осуществляют изучение геологической среды с использованием таких работ, как бурение скважин, проходки шурфов, зондирования, с определением характеристик грунтов в полевых и лабораторных условиях.

124

Все геофизические методы, применяемые в дорожном строительстве, можно разделить на следующие: сейсмоакустические, электроразведочные, радиолокационные, радиоизотопные и другие. Выбор метода геофизических исследований и их комплектование следует проводить в зависимости от решаемых задач и конкретных инженер- но-геологических условий в соответствии с табл. 4.14.

125

Продолжение табл. 4.14

126

Окончание табл. 4.14

127

Сейсмоакустические методы основаны на изучении распространения в грунтах упругих волн, вызванных взрывами или ударами. Различные грунты характеризуются разной скоростью прохождения сейсмических волн, зависящей от состава, пористости, влажности, структуры и напряженно-деформированного состояния грунта.

Принцип действия метода заключается в следующем: на поверхности Земли создается искусственное землетрясение (удар). Сейсмические волны, проходя через разные слои по глубине, испытывают отражение и преломление. Часть падающей волны отражается от отражающей границы и возвращается к дневной поверхности. Фиксируя время t, прошедшее с момента возбуждения упругого сигнала до момента возвращения полезной отраженной волны, и зная скорость рас-

пространения сейсмических волн в грунте и, легко рассчитать глуби-

женные сейсмические волны возникаютДтолькоИна тех границах, которые различаются по акустической жесткости.

ну залегания опорного горизонта Н : Н = u t / 2. Важной характери-

стикой упругих свойств грунтов является акустическая жесткость g,

представляющая собой произведение скорости распространения

сейсмических волн в породе u на ее плотность r, т.е. g = u r. Отра-

Для грунтов, расположенных выше уровня грунтовых вод, скорость прохождения упругих волн не превышает 1200 м/с (почвенные

ставляет полностью автоматизированная 96-канальная сейсмическая станция «Горизонт», которая позволяет фиксировать информацию в цифровом виде на магнитном носителе. Успешно применяют и передвижную сейсмическую станцию «Поиск-1» на автомобиле ГАЗ-469. ФГУП «Росстройизыскания» успешно провело испытания и подготовило к серийному выпуску сейсморазведочную станцию «Диоген-24».

Инженерная сейсморазведка изучает особенности строения самой верхней части геологического разреза от нескольких метров до глубины 50 м, в связи с чем сейсмоакустический метод с успехом применяют для выявления оползневых массивов, при исследованиях мощности торфяных отложений и рельефа дна болота, для определения уровня грунтовых вод и обнаружения карстовых полостей, а также для установления мощности многолетне-мерзлых грунтов.

Однако применение сейсмоакустического метода для линейных

128

изысканий геологических и гидрогеологических условий трасс автомобильных дорог малоэффективно из-за низкой его производительности, в то время как для небольших и сложных участков трасс (карстовые, оползневые участки и т.д.), а также территорий (например, под карьеры, производственные базы или транспортные развязки) площадью 1 – 2 км2 сейсмоакустический метод может оказаться незаменимым.

Электроразведка. Суть методов электроразведки заключается в том, что в геологической среде с помощью питающих электродов возбуждается постоянное или низкочастотное переменное поле, а с помощью приемных электродов измеряют разность потенциалов в грунтовой среде между приемными электродами. По разности потенциалов, току, размерам установки электродов вычисляют сопротивление грунта, по которому судят и о его виде. Удельные сопротивления различных видов грунтов сильно различаются (табл. 4.15), что позволяет по результатам измерений определять вид грунта.

В зависимостиСот схемы размещения питающих и приемных электродов различают электропрофилирование (изменение геологических слоев по длине трассы в пределах изучаемой толщи) или электрозондирование (геологический разрез по глубине) грунтов. При изысканиях трасс автомобильных дорог прибегают к методу электрического зондирования. Электрозондирование проводят через 100 – 300 м по трассе с разносами электродов не свыше 100 м.

Из всех рассмотренных схем электроразведки методом электропрофилирования с заземленными установками (комбинированное, дипольное, симметричное, электропрофилирование методом срединного градиента и т. д.) наиболее производительным и эффективным для изыскания границ участков с различными гидрогеологическими

129

условиями является метод срединного градиента, который позволяет охватывать при измерениях большие площади без переноса питающих электродов. При электропрофилировании методом срединного градиента следует принимать разнос питающих электродов в пределах АВ = 50 100 м, а приемных MN = 1 – 3 м, что позволяет фиксировать удельное сопротивление грунта до глубины 5 – 10 м, при выполнении же изыскательских работ в зимний период возникают сложности с забивкой электродов, поэтому в этом случае целесообразно применять методику бесконтактного измерения электрического поля с незаземленной полупетлей или прямоугольной петлей. Для бесконтактных методов электроразведки целесообразно использовать аппаратуру ЭРА-625. Область применения бесконтактного метода такая же, как и у контактного метода срединного градиента.

стках местности с небольшой площадью до 1 – 2 км2 при изысканиях

Электроразведка может быть рациональноИиспользована на уча-

границ карьеров дорожно-строительныхДматериалов, карстовых по-

лостей, линз вечномерзлых грунтов, границ болотистых участков и

туры полезной толщи в карьерахА, либо границы смены подстилающих грунтов, а затем методомбэлектрозондирования устанавливают геологические сечения в интересующих точках и разрезах.

обследовании площадок под производственные базы. При этом сна-

чала методом электропрофилирования определяют в плане либо кон-

Из электроразведочныхипри оров наибольший интерес представляют: автокомпенсатор электроразведочный АЭ-72 (электрозондирование и электропрофСл рование при постоянном токе), аппаратура низкой частоты АНЧ-3 (для н зкочастотного электрозондирования и электропрофилирования) и электроразведочная станция «Енисей» на автомобиле УАЗ. В полевых условиях аппаратура низкой частоты АНЧ-3, состоящая из стационарного и переносного генераторов, а также избирательного микровольтметра, показала себя достаточно стабильной к колебаниям влажности и температуры.

Из зарубежного опыта можно отметить выполнение электроразведочных работ с помощью переносного резистометра SYSCAL R1 (табл. 4.16) французской фирмы IRIS INSTRUMENTS. Французский резистометр положительно отличает возможность хранения сведений непосредственно в памяти прибора, а встроенная в нем подзаряжающаяся аккумуляторная батарея позволяет на протяжении нескольких дней производить до 1000 считываний по 10 с каждое.

Радиолокационные методы. Суть радиолокационных методов

130

(чаще всего применяют подповерхностную радиолокацию) заключается в том, что радиолокационное устройство (георадар) при помощи антенны излучает электромагнитные волны, которые, распространяясь в грунте, отражаются от многочисленных границ пород с различными электрофизическими свойствами. Определенная часть энергии электромагнитной волны отражается, остальная часть, преломляясь, распространяется глубже до следующего отражающего горизонта, где происходит новый процесс отражения и преломления. Через некоторые промежутки времени начинают приходить сигналы, отраженные от границ геологических слоев. По скорости распространения сигнала и устанавливают тип грунтов, глубину заложения геологических слоев и фиксируют глубину залегания уровня грунтовых вод.

Георадар состоит из антенно-передающего, антенно-приемного модулей, блоков управления, отображения и регистрации. Антеннопередающие и антенно-приемные модули в процессе работы устанав-

131

ливают на устройства передвижения и перемещают по поверхности грунта по маршруту движения транспортного средства. Модули соединены с блоками управления, отображения и регистрации.

Вычислительный комплекс георадара построен на базе персонального компьютера. Регистрация информации осуществляется на магнитном носителе, визуальное отображение – на экране монитора с цветной индикацией радарограммы.

Ведущими зарубежными фирмами, занимающимися производством георадаров, являются GSSI (Нью Гемпшир, США), Sensor and Software Inc. (Канада), Era Technology (Великобритания), Mala (Швеция), Radar Systems (Латвия), OYO софогаПоп (Zondas) и Geozondas (Литва).

сведены в табл. 4.17, георадаровА«Грот» – в табл. 4.18, георадаров

«Sirsystems» в табл. 4.19, георадара «Зонд-12С» – в табл. 4.20.

В России георадары «Зонд», «ГЕОН» и «ОКО» производит ООО

«Логические системы» совместно с НИИприборостроения (г. Жуков-

132

ский), георадары «Грот» – НПО «Инфизприбор» (г. Троицк), георадары «Лоза» – институт механизированного инструмента ВНИИСМИ и георадары «Локас-2» – Правдинский завод радиорелейной аппаратуры.

геологических изысканиях являются:

- универсальность, позволяющая определять георадарами загрязнение почв (поиск карстовых воронок и пустот под автомобильными и железными дорогами); обнаруживать пластиковые и металлические трубы, кабели и другие объекты коммунального хозяйства; определять утечки в нефте- и водопроводах; устанавливать границы залежей полезных ископаемых; определять места захоронения экологически опасных отходов и т.д.;

- высокая производительность работ, достигающая в трудных условиях грунтово-гидрогеологических изысканий автомобильных дорог до 3 км в смену, а в легких условиях (открытая местность, равнинные участки и т.д.) до 30 км в смену;

133

-практически доступный диапазон частот 15 – 2500 МГц соответственно для глубин зондирования 1 – 40 м, незначительная потребляемая мощность 4 – 36 Вт;

-небольшая численность обслуживающего персонала, состав-

ляющая в зависимости от условий местности 1 3 человека; - большая разрешающая способность (фиксируется малая мощ-

ность геологических слоев толщиной 4 8 см) и малая погрешность при выполнении измерений, не превышающая 3 %;

- возможность применения георадаров как в зимнее, так и в летнее время практически при любых погодно-климатических условиях (диапазон температур от – 30 до +50 °С), на любых грунтах (ледники, торфы, пески, глины и т.д.);

- малая масса и относительно небольшие габариты приборов, которые обусловливают большую маневренность в случае использования георадаров при ручной транспортировке, а также совместно с вездеходами или малогабаритными автомобилями;

- представление полученной информации в цифровом (электрон-

Метод подповерхностной радиолокации является наиболее приемлемым для геологической и гидрологической разведки трасс автомобильных дорог, в то же время он может быть использован и на небольших территориях для обследований точечных объектов.

Технические характеристики георадаров «Лоза», которые позволяют выполнять обследование в самых сложных грунтах (влажных глинах) и проводить предпроектные изыскания для создания комплексной модели рельефа с элементами геологии и гидрологии планируемой трассы. Этот прибор выпускается в различных модификациях (табл. 4.21).

134

Использование георадарови при изысканиях дорог позволяет снизить объемы земляных работ до 40 % за счет рационального прокла-

дывания трассы. Технические решения, используемые в «Лозе», позволяют получать на экране радарограммы, практически лишенные паразитных колебаний («звона» аппаратуры), что дает возможность без компьютерной обработки решать многие задачи прямо на месте.

Георадар может быть укомплектован недорогим дополнительным оборудованием, позволяющим проводить измерения в закрытых помещениях (подвалах, котлованах), а также в зоне воздействия объектов сильного радио- и электромагнитного излучения. Для георадара «Лоза» разработан батискаф для приемной и передающих антенн, с помощью которого возможно проводить зондирование со дна пресноводных водоемов и моря на глубинах до 10 м.

135

Реальные возможности георадаров «Лоза»:

работа на сухих грунтах (песок, галька) на глубину 30 м;работа в вечной мерзлоте на глубину до 20 – 30 м;

возможность определения истинной глубины с помощью построения годографа;

работа в реальных грунтах Подмосковья и средней полосы России (влажные глины и суглинки) на глубину 8 – 10 м.

Использование георадара позволяет снизить объемы земляных работ до 40 % за счет рационального прокладывания трассы.

Принцип действия радиоизотопных экспресс-методов заключается в излучении на заданных грунтовых горизонтах быстрых нейтронов или гамма-квантов и регистрации потоков медленных нейтронов или рассеянных гамма-квантов, образующихся в результате взаимодействия с электронами атомов вещества среды.

Радиоизотопные приборы позволяют определять на различных глубинах изменение влажности (например, поверхностно-глубинный влагомер ВПГР-1) и плотности (например, поверхностно-глубинный