книги из ГПНТБ / Абрамов, С. П. Техническое нормирование и стандартизация инженерно-геологических изысканий в строительстве

изысканий пока еще не разработана. Тем не менее сейчас можно выделить главные, определяющие факторы инже­ нерно-геологических условий, в какой-то степени находя­ щиеся между собой в определенных корреляционных зави­ симостях .

Типизация геологических и других факторов проведена в классификации по степени усложнения инженерно-гео­ логических условий с учетом размеров сферы взаимодейст­ вия проектируемых сооружений с геологической средой, необходимости проектирования работ по инженерной под­ готовке территории будущего строительства и величины заглубления строительных выработок и выемок.

Четыре группы факторов, выделенные в классификации, являются определяющими в отношении назначения состава и объемов инженерно-геологических работ на строитель­ ных площадках и участках трасс линейных сооружений.

Анализ геоморфологического строения территории (1-я группа факторов) позволяет:

предварительно оценить состав и состояние грунтов строительной площадки (участка трассы);

прогнозировать возможность развития физико-геологи­ ческих и инженерно-геологических процессов;

установить динамику («энергию») рельефа и оценить влияние рельефообразующих процессов на проектируемые сооружения;

ориентировочно оценить гидрогеологические условия строительной площадки (участка трассы);

примерно определить объемы работ по инженерной под­ готовке территории.

Геоморфологический анализ состоит в выявлении коли­ чества форм рельефа (геоморфологических элементов) и их генезиса, а также в определении взаимоотношений форм рельефа одного и того же и разного генезисов.

Так как в пределах одного геоморфологического эле­ мента вероятно распространение лишь нескольких слоев различного литологического состава и геоморфологические элементы разного генезиса сложены, как правило, различ­ ными по составу и состоянию грунтами, то в качестве фак­ тора классификации сложности принято количество гео­ морфологических элементов одного и того же и количество геоморфологических элементов разных генезисов. Про­ стейшим случаем будет тот, когда строительная площадка или участок трассы будут располагаться на одном геомор­ фологическом элементе. Более сложным—когда строи­

202

тельная площадка или участок трассы будут располагаться на нескольких геоморфологических элементах одного и то­ го же генезиса. Совсем сложным — на нескольких геомор­ фологических элементах разного генезиса, так как в преде­ лах одного геоморфологического элемента достаточно высо­ ка вероятность встречи минимального числа литологических разностей грунтов, а также велика вероятность того, что грунты будут выдержаны по своему составу и состоянию. Грунты, слагающие различные по генезису геоморфологи­ ческие элементы, обычно существенно отличаются друг от друга по составу и состоянию, т. е. на границах геомор­ фологических элементов происходит резкая смена литоло­ гических разностей грунтов.

Вторым фактором, который необходимо учитывать в гео­ морфологической группе, является расчлененность рельефа строительной площадки или участка трассы. В качестве критерия расчлененности принята необходимость произ­ водства планировочных работ при инженерной подготовке территории к строительству, так как этот критерий позво­ ляет установить связь геоморфологических условий с ха­ рактером проектируемого сооружения, определить деталь­ ность инженерно-геологических изысканий и площадь их проведения.

Подтвердим это положение примерами. Проектирование жилого поселка на пологом склоне, прорезанном оврагами, вызывает необходимость производства дополнительных ин­ женерно-геологических работ по оценке устойчивости бор­ тов оврагов, поискам оптимальных мест проложения под­ земных коммуникаций, изучению возможных мер защиты территории от дальнейшей эрозии и т. д. В то же время объе­ мы работ по искусственному вскрытию геологического разреза могут быть сокращены за счет описания и опробо­ вания естественных обнажений грунтов по бортам овра­ гов. Производство строительных работ на расчлененной территории, а также обеспечение нормальной эксплуата­ ции будущего поселка вызывает, таким образом, увеличе­

гических работ, расширение их состава и площади проведе­ ния. Если на том же самом склоне проектируется строи­ тельство одиночного здания или сооружения, то объемы изысканий для обоснования проекта могут и не увеличить­ ся, поскольку в пределах склона практически всегда можно будет найти устойчивый участок, на котором проведения

203

планировочных работ для строительства не потребуется. Это’лишний раз показывает правомерность классифициро­ вания сложности инженерно-геологических условий с уче­ том особенностей проектируемого сооружения.

Во II категории сложности инженерно-геологических условий по расчлененности рельефа классификация пре­ дусматривает возможность использования геоморфологи­ ческих элементов, характеризующихся различным высот­ ным положением, для придания проектируемому курорт­ ному комплексу или жилому массиву эстетической выра­ зительности, а промышленному предприятию для обеспече­ ния перепада высот необходимого для нормального техно­ логического процесса и т. д.

К числу факторов, объединенных в группу геологичес­ ких условий, отнесены:

количество различных по литологическому составу слоев грунта, слагающих геологический разрез основания

в разрезе слоя в пределах строительной площадки или участка трассы;

выдержанность показателей состава, состояния и физи­ ко-механических свойств грунтов каждого слоя;

условия залегания и расчлененность кровли скальных грунтов.

Выбор перечисленных факторов как критериев сложнос­ ти инженерно-геологических условий обосновывается сле­ дующими положениями и примерами.

Опыт производства инженерно-геологических изыска­ ний в различных районах СССР показывает, что в разрезе строительной площадки или участка трассы можно выде­ лить и обычно выделяются, исключая почвенный горизонт, не менее двух различных по литологии слоев. Если пло­ щадки или участок трассы располагаются в пределах реч­ ной долины, то это песчаные грунты руслового аллювия и глинистые грунты пойменного, на пологих склонах — делювиальные отложения и коренные породы, на водораз­

Таким образом, два слоя различных по литологии грунтов для оценки первой категории сложности инженерно-гео­

204

логических условий выбраны исходя из того, что двухслой­ ный разрез в пределах сферы взаимодействия объектов массового строительства с грунтами встречается чаще всего. При проектировании уникальных сооружений, характери­ зующихся глубоким заложением фундаментов, повышенной этажностью, большими нагрузками на грунты основания и т. д., в сферу их взаимодействия с грунтами'вовлекается значительно большее число слоев грунтов, различных по своему литологическому составу, состоянию и свойст­ вам. Это предопределяет необходимость производства инже­ нерно-геологических изысканий на большую глубину и в увеличенном объеме. Поэтому сфера взаимодействия про­ ектируемых зданий и сооружений с грунтами является свя­ зующим звеном между сооружением и инженерно-геоло­ гическими условиями его возведения. Один и тот же участок для легкого сооружения может быть простым, а для тяжело­ го или заглубленного — сложным.

^Вторым фактором, определяющим сложность инженер­ но-геологических условий, является характер изменения мощности отдельных слоев в пределах строительной пло­ щадки или участка трассы. В классификации выделено три категории сложности условий по этому признаку. Мощ­ ность слоев выдержана, изменяется закономерно, изменяется незакономерно или резко. В данном случае понятие о вы­ держанности слоев грунта по мощности весьма относитель­ ное. Чтобы его каким-то образом конкретизировать, рас­ сматривать это понятие необходимо с позиций поставлен­ ных перед инженером-геологом задач. Если, например, проектом предусмотрено заложение свайного фундамента в трехслойном грунтовом разрезе, когда мощность верхних покровных суглинков изменяется от 1 до 2 м, а кровля несущего, третьего от поверхности, слоя ровная и гори­ зонтальная, то весь разрез можно считать выдержанным по мощности. Когда же мощность второго слоя изменяется на ту же величину благодаря неровностям кровли несущего третьего слоя, то мощность второго слоя следует считать невыдержанной по простиранию, изменяющейся законо­ мерно — при наличии определенного направления изменчи­ вости, или незакономерно — при отсутствии такового. Вполне естественно, что при наличии ровной и горизон­ тальной поверхности кровли несущего слоя требуется минимальное количество буровых и зондировочных ра­ бот для обоснования необходимой длины свай и расчета их несущей способности. В случае неровной кровли, когда

. 2 05

изменение ее положения не подчиняется какой-либо зако­ номерности, количество буровых и зондировочных работ должно быть максимально возможным, так как только уве­ личением объемов буровых и зондировочных работ можно обосновать необходимую длину свай в каждой точке их погружения.

Другой пример. В основании здания с ленточным фун­ даментом и нагрузками на грунты основания до 2 кгс/см2 залегает толща крупнозернистых песков мощностью 10— 15 м. В этом случае также можно считать мощность этих песков выдержанной, поскольку подстилающий пески слой залегает вне сферы взаимодействия этого здания с грун­ тами. Если же пески перекрыты слоем просадочных лёссо­ видных суглинков мощностью 2,5—3,5 м, а глубина за­ ложения ленточного фундамента 2—2,5 м, то мощность этого слоя грунта выдержанной считать нельзя.

Следующий фактор этой группы — выдержанность (или изменчивость) показателей состава, состояния и физико­ механических свойств грунтов. Как и в случае мощности слоев грунта, критерии этого фактора весьма относительны. С одной стороны, можно говорить о выдержанности соста­ ва, состояния и свойств морены в пределах центральных областей европейской части СССР или лёссовых грунтов юга Украины, а с другой — о выдержанности состава, состояния и свойств тонкого прослоя глинистого грунта, залегающего в толще песков основания двухэтажного вось­ миквартирного жилого дома. Поэтому один подход к оценке выдержанности показателей состава, состояния и физико­ механических свойств грунтов должен быть при производ­ стве инженерно-геологической съемки мелкого или среднего масштаба, проводимой обычно на значительных по пло­ щади территориях. Совершенно другой — при разведке основания конкретного здания или сооружения, габариты которого несоизмеримо малы по сравнению с площадью съемки. Важно отметить, что выдержанность или изменчи­ вость физико-механических свойств грунтов, а также, ха­ рактер изменчивости этих свойств (постепенно, закономер­ но, резко или незакономерно) в случае использования об­ суждаемой классификации категорий сложности должны устанавливаться применительно к выделенным слоям. Вы­ держанность или изменчивость свойств грунтов может быть определена по прямым показателям прочности или деформируемости грунтов или же но показателям зондиро­ вания, дающих как бы интегральную оценку физико-ме-

2 0 6

Ханических свойств грунтов. При инженерно-геологиче­ ских съемках больших по площади территорий выдержан­ ность или изменчивость физико-механических свойств грун­ тов обычно устанавливается по классификационным и прос­ тейшим косвенным показателям применительно к толщам грунтов сходного литологического состава и генезиса.

В качестве четвертого фактора этой группы введены условия залегания и характер кровли скальных грунтов* залегающих в сфере взаимодействия проектируемых зда­ ний и сооружений с грунтами. Обычно считается, что нали­ чие скальных грунтов является осложняющим фактором инженерно-геологических условий; С такой постановкой вопроса трудно согласиться. Залегание скальных грунтов с поверхности или под маломощным чехлом продуктов вы­ ветривания, подлежащих сносу или подготовке естествен­ ных оснований подавляющего большинства зданий и соору­ жений, является не усложняющим, а упрощающим факто­ ром, поскольку для обоснования проектов зданий и соору­ жений в таких условиях не требуется проведения больших объемов инженерно-геологических работ ни по количеству точек искусственного вскрытия разреза, ни по глубине его вскрытия. По этой причине указанные условия отнесены к первой категории сложности. По сути дела это обычный одноили двухслойный разрез.

Более сложным случаем будет тот, когда скальные грун­ ты, залегающие на значительной глубине от поверхности, но в сфере взаимодействия проектируемых зданий и соору­ жений с грунтами, перекрыты одним-двумя слоями нескаль­ ных грунтов, если к тому же кровля скальных грунтов неровная. В подобных условиях увеличение объемов инже­ нерно-геологических работ по сравнению с первым случаем будет вызвано необходимостью всестороннего технико­ экономического обоснования выбора типа фундамента и со­ ставления расчетной схемы основания применительно к вы­ бранному типу фундамента. Все это потребует детального изучения нескальных грунтов и условий залегания и состоя­ ния (выветрелость, трещиноватость) скалы. Подобные усло­ вия отнесены в классификации ко второй категории слож­ ности.

Наиболее сложными условиями с позиций производст­ ва инженерно-геологических работ будут такие, когда при прочих равных со второй категорией сложности условиях скальные грунты будут характеризоваться резко расчле­ ненной кровлей. В этом случае объемы инженерно-геоло­

2 0 7

гических работ резко возрастут, поскольку независимо от типа запроектированного фундамента будет необходимо детально изучить в пределах габаритов зданий и соору­ жений рельеф кровли скальных грунтов. Эти условия отне­ сены поэтому к третьей категории сложности.

В группу гидрогеологических факторов, определяю­ щих сложность инженерно-геологических условий, входит положение уровня грунтовых вод относительно сферы взаи­ модействия зданий и сооружений с грунтами и глубины за­ ложения строительных выработок и выемок, количество горизонтов грунтовых вод в пределах этой сферы, а также количество горизонтов подземных вод, обладающих напо­ ром, которые могут оказать влияние на устойчивость ес­ тественных оснований при их вскрытии, на устойчивость зданий и сооружений. Химический состав подземных, в том числе и грунтовых, вод в классификацию не введен, поскольку сам по себе в отрыве от других факторов он не будет определять объемы инженерно-геологических работ.

В пределах строительной площадки или участка трассы грунтовые воды могут залегать в сфере взаимодействия зданий и сооружений с грунтами и вне ее. Естественно, что залегание грунтовых вод ниже этой сферы при учете мак­ симально высокого положения их уровня не вызывает необ­ ходимости их изучения за исключением тех случаев, когда в процессе строительства и эксплуатации зданий и соору­ жений возможно их подтопление. Столь же бесперспектив­ но изучение подземных вод напорного характера, если пьезометрические уровни их располагаются заведомо ниже отметок заложения строительных выемок и выработок.

Впределах сферы взаимодействия зданий и сооружений

сгрунтами грунтовые воды могут залегать ниже отметок заложения строительных выработок и выемок и выше этих отметок. В первом случае грунтовые воды будут оказывать влияние только на физико-механические свойства грунтов основания. Во втором наличие грунтовых вод вызовет не­ обходимость изучения фильтрационных свойств грунтов, оценки водопритоков в котлованы, траншеи и другие строи­ тельные выемки, обоснование и разработку проекта водопонижения, т. е. производство дополнительных по сравне­ нию с первым случаем работ. Дополнительные объемы ра­ бот потребуются и тогда, когда пьезометрический уровень подземных вод располагается существенно выше отметок заложения строительных выработок и выемок, т. е. когда

2 0 8

возможен прорыв подземных вод в строительные котлованы и траншеи.

Изложенное выше показывает, что к первой категории сложности можно отнести такие условия, когда грунтовые воды в сфере взаимодействия зданий и сооружений с грун­ тами отсутствуют или их максимально высокий уровень на­ ходится ниже отметок заложения фундаментов; подземные же воды, обладающие напором, отсутствуют вообще или их пьезометрический уровень находится существенно ниже отметок заложения строительных выработок и выемок.

Вторая категория сложности характеризуется залега­ нием уровня грунтовых вод выше отметок заложения фун­ даментов, наличием нескольких выдержанных по прости­ ранию горизонтов грунтовых вод или наличием одного вы­ держанного по простиранию горизонта подземных вод напор­ ного характера, пьезометрический уровень которого су­ щественно превышает отметки заложения строительных выработок и выемок.

К третьей же категории сложности могут быть отнесены условия, когда в пределах строительной площадки или участка трассы имеется несколько невыдержанных по мощ­ ности и простиранию горизонтов подземных вод безнапор­ ного или напорного характера при соответствующем по­ ложении их уровней по отношению'к отметкам заложения строительных выемок и выработок.

Следующая группа факторов связана с наличием на строительной площадке или участке трассы проявлений сов­ ременных физико-геологических процессов. Н. И. Николаев [43] перечисляет 34 вида физико-геологических процессов, которые оказывают существенное влияние на условия строи­ тельства и эксплуатации инженерных сооружений. Причем на промышленные и гражданские сооружения влияют около 20видов, или 60% их общего количества, на дорожные соо­ ружения— 27 видов, или 76%, на гидротехнические — 65% и т. д. Известно также, что некоторые виды физико­ геологических процессов локализуются в определенных регионах, что интенсивность их развития определяется це­ лым рядом факторов климатического, орографического и тектонического характера. Все эти обстоятельства не поз­ воляют в настоящее время охарактеризовать сложность инженерно-геологических условий по наличию на строи­ тельной площадке или участке трассы физико-геологи­ ческих процессов более подробно и развернуто, чем это сделано в предлагаемой классификации. Чтобы сделать

209

это, необходимо предварительно разработать региональные классификации физико-геологических процессов с учетом их влияния на различные по своему назначению и виду соо­ ружения и типизировать эффективные средства защиты этих сооружений от вредного влияния физико-геологических процессов. Подобного рода работы проводятся силами ряда организаций в пределах Черноморского побережья Кавка­ за, однако результаты их еще не обобщены. Поэтому в на­ стоящей классификации первая категория сложности по

и в ближайших их окрестностях физико-геологических процессов, которые могли бы отрицательно повлиять на устойчивость проектируемых зданий и сооружений. Ко вто­ рой категории сложности могут быть отнесены условия, когда физико-геологические процессы имеют локальное рас­ пространение, а развитие их не может быть охарактеризо­ вано как интенсивное. К третьей категории могут быть от­ несены условия, характеризующиеся интенсивным разви­ тием и повсеместным распространением физико-геологичес­ ких процессов не только на строительной площадке или участке трассы, но и во' всем районе предполагаемого строительства. Обычно в таких районах наблюдаются слу­ чаи деформаций и аварий зданий и сооружений. Выявление их причин, оценка эффективности работы имеющихся за­ щитных сооружений или эффективности профилактических мероприятий безусловно потребует существенного увели­ чения объемов инженерно-геологических работ. Следует еще раз акцентировать внимание на том обстоятельстве, что во всех случаях речь шла только о тех физико-геологичес­ ких процессах, которые безусловно влияют на условия строительства и эксплуатации конкретных проектируемых сооружений. Те же процессы, которые не определяют условий строительства и эксплуатации данных сооружений, при установлении категорий сложности учитываться не должны. Это положение еще раз подчеркивает неразрывную связь категорий сложности инженерно-геологических усло­ вий строительства с назначением и видом проектируемых зданий и сооружений.

В заключение обзора факторов, положенных в основу обсуждаемой классификации, необходимо более четко опре­ делить те основные преимущества данной классификации, которые позволяют рекомендовать ее для практического использования при планировании инженерно-геологиче­

210

ских изысканий на этапах, обосновывающих компоновку зданий и сооружений на строительной площадке и состав­ ление расчетных схем из естественных оснований. К таким преимуществам классификации следует отнести:

ее построение на основе коррелятивных зависимостей между основными группами факторов, хотя и не всегда до­ статочно четко проявляющихся, а поэтому не получивших количественного выражения, но объективно существую­ щих в природе;

расчленение каждой группы факторов до такой степени, которая позволяет определить необходимый состав работ и их объем;

достаточно общую, но конкретную формулировку каж­ дого фактора, что позволяет использовать классификацию в любом регионе и объективно оценить влияние того или иного фактора на сложность инженерно-геологических условий;

увязку категорий сложности инженерно-геологических условий с назначением и видом проектируемых зданий и сооружений.

Так как классификация построена на основе коррелятив­ ных зависимостей между группами факторов, определяю­ щих сложность инженерно-геологических условий, то уста­ новление категорий сложности конкретной строительной площадки или участка трассы по какому-либо одному фак­ тору практически означает установление этой категории по совокупности факторов. В тех же случаях, когда кате­ гория сложности установлена (повышена) только по одному фактору, который не связан с другими (например, по высо­ кому стоянию уровня грунтовых вод), то следует дополни­ тельно проектировать только те виды работ или увеличивать объемы уже запроектированных для решения других за­ дач видов, которые обеспечат в соответствии с требова­ ниями проектирования изучение именно этого фактора. Ав­ томатически увеличивать объемы всех видов работ и допол­ нительно включать новые в подобных ситуациях нельзя.

При производстве инженерно-геологических изысканий на больших площадях, характеризующихся разнородно­ стью геологического строения, определение категорий слож­ ности инженерно-геологических условий на основе данной классификации может производиться для отдельных участ­ ков, относительно однородных по совокупности всех факто­ ров, положенных в ее основу. Вопрос о дробности такого деления и определении оптимального размера выделяемых

211