8.6. Инженерно-геологические изыскания, их содержание и структура.

ИГИз проводятся специализированными изыскательскими и проектно-изыскательскими организациями и организуются обычно в три этапа: подготовительный, полевой и камеральный. Задачей подготовительного этапа является сбор материалов о природных и инженерно-геологических условиях района. Используются имеющиеся литературные, фондовые, архивные данные, результаты аэро- и космосъемки и др.; при необходимости собранные данные дополняются рекогносцировкой района. Материалы этого этапа используются для предпроектных стадий, а также для планирования работ полевого этапа.

Объем изысканий на этом главном полевом этапе изысканий зависит от стадии проектирования и вида строительства, от сложности инженерно-геологических условий района и степени их изученности. В общем могут выполняться следующие работы и исследования:

• инженерно-геологическая съемка;

• разведочные работы (бурение, шурфование, геофизические исследования, аэрофото- и космосъемка и др.);

• гидрогеологические опытные исследования;

• поиск и разведка месторождений местных строительных материалов;

• полевые исследования свойств горных пород ( испытания штампом, различные виды зондирования, прессиометрия и др.)

• лабораторные работы с определением показателей физико-механических свойств горных пород.

В более простых или хорошо изученных геологических условиях те или иные из перечисленных работ могут отсутствовать.

Окончательная обработка полевых материалов, результатов лабораторных работ и других исследований выполняется в камеральный период, завершающийся составлением инженерно-геологического отчета или заключения с рекомендациями для проектирования и строительства.

8.6.1. Полевые работы

ИГР позволяет изучить горные породы в естественном залегании.

Иг разведка:

• Горно-проходческие работы

• Бурение скважин

• Геофизические методы

• Зондирование

Изучение ИГУ осуществляют «полевыми методами», на месте залегания горных пород. Эти методы позволяют изучать породы в естественных залеганиях, что повышает точность определения необходимых данных:

- состояние горных пород и их массивов;

- фильтрационные свойства и водопроницаемость горных пород;

- деформационные и прочностные свойства горных пород.

Горно-проходческие работы

Шурф – вертикальная горная выработка прямоугольного или круглого (дудка) сечения, проходимая с поверхности до глубины 5,0 м.

Нормами рекомендуется ступенчатая форма шурфа. Шурф позволяет отбирать монолиты с высокой степенью сохранения их естественной структуры.

Шахты – вертикальные глубокие.

Штольни – горизонтальные.

Бурение скважин

Основным полевым методом является бурение скважин, позволяющее определить напластования горных пород на достаточной глубине, отбирать образцы горных пород с разных глубин для лабораторных исследований; определить глубину залегания подземных вод и т.д.

Диаметр разведочного бурения составляет 103-168 мм.

Бурение скважин ведется различными способами:

- ударно-канатным

- ударно-вращательным

- колонковым

- вибрационным

- шнековым

- роторным

Ударно-канатное бурение ведется за счет сбрасывания на забой утяжеленного бурового снаряда – желонка /в несвязных грунтах/, бурового стакана /в связных грунтах/, долото /в скальных и полускальных грунтах/ подвешенного на канате и последующего его поднятия на поверхность вместе с грунтом. Этот способ применяется, когда нет необходимости в изучении структуры и механических свойств грунтов.

Ударно-вращательное бурение, здесь грунт разрушается в процессе ударов бурового снаряда и его вращении, в качестве бурового снаряда здесь применяют также желонки, буровые стаканы и долото.

Колонковое бурение осуществляется с помощью колонковой трубы, состоящей из двух труб: внешней, вращающейся при бурении и навинченной на нее буровой коронки. При вращении бурового снаряда коронка разрушает породу по кольцу, оставляя в центре столбик породы – керн. При бурении по мере врезания снаряда в грунт во внутреннюю трубу поступает керн. При полном или частичном заполнении колонковой трубы керном ее извлекают из скважины, коронку отвинчивают, вынимают керн и проводят его геологическое описание. В зависимости от прочности горных пород используют разные буровые коронки: алмазные (МГП), победительные (ОГП).

Колонковое бурение было предложено швейцарцем Ж. Лешо в 1862. Применяется в породах любой твёрдости при бурении на нефть и газ, поисках и разведке месторождений твёрдых полезных ископаемых, геолого-съёмочных и картировочных работах, гидрогеологических, инженерно-геологических и геохимических исследованиях.

Диаметры применяемых коронок для геологоразведочного бурения 36-151 мм. Максимальная глубина колонкового бурения достигнута при бурении кольской сверхглубокой скважины (свыше 12 км).

Шнековое бурение — вращательное бурение, при котором разрушенная порода доставляется из скважины на поверхность шнеком (бурильной трубой с навитой на ней стальной лентой). Для шнекового бурения применяют буровые установки с подвижным вращателем с повышенным крутящим моментом, имеющие ход подачи в основном 1,8-3,0, иногда до 15 м.

Роторное бурение — разновидность вращательного бурения, когда породоразрушающий инструмент (долото), которым осуществляется углубление забоя в скважине цилиндрической формы, получает вращение через колонну бурильных труб от ротора буровой установки.

В слабых грунтах, где возможно оплывание стенок скважин, бурение ведут под защитой обсадной трубы (диаметр: 219, 168, 146, 127, 114) или под защитой глинистого раствора (бентонит. раствора). Прочные породы проходят без обсадки, слабые под защитой обсадной трубы диаметром меньше диаметра скважины. Каждая обсадная труда защемляется на своем уровне, после бурения обсадные трубы выдергиваются, начиная с меньшего диаметра.

Иногда возникает необходимость менять диаметр трубы, т.к. с глубиной увеличивается трение обсадной трубы о грунт и буровая установка не может преодолеть силы трения по боковой поверхности.

При ИГИ необходимо правильно подобрать буровую установку, диаметр и количество обсадных труб.

Вертикальная нагрузка (вес машины и вес обсадной трубы) должна быть достаточной, чтобы преодолеть трение по боковой поверхности обсадной трубы.

Для определения физико-механических характеристик в лаборатории необходимы монолиты грунтов с ненарушенной структурной. В лаборатории испытывают образец грунта на сжатие, сдвиг для определения механических характеристик.

В некоторых грунтах при бурении скважин невозможно отобрать образцы с ненарушенной структурой. Это такие грунты, как пески, пластичные глинистые грунты с I_L > 0,75, торфы, илы, сапропель. Для таких грунтов только в шурфах возможен отбор образцов ненарушенной структурой.

В связи с этим используются полевые испытания грунтов (испытания грунтов в массиве).

Способы:

• Штамповые испытания (плита квадратного или круглого сечения)

• Прессиометр

• Вращательный срез

• Зондирование

• Геофизические методы (неразрушающие)