книги из ГПНТБ / Климов О.Д. Основы инженерных изысканий учеб. пособие

всю изучаемую территорию. Маршруты заранее проектируют по карте или аэросъемочным материалам, а в ходе полевых работ уточ­ няют.

На каждом маршруте намечают точки наблюдений и съемку ведут последовательно от точки к точке.

Плановое и высотное положение точек наблюдений устанавли­ вают (в зависимости от масштаба съемки) одним из следующих спо­ собов: по картам, топопланам или аэроснимкам — по контурам местности, полуинструментально, инструментально — проложением тахеометрических, теодолитных, нивелирных, барометрических хо­ дов к ближайшим пунктам геодезической основы или точкам трассы.

Состав наблюдений по маршруту достаточно разнообразен и под­ вержен некоторым изменениям в зависимости от типа сооружения и стадии проектирования.

Объектами наблюдений по маршруту съемки являются: почвы, растительный покров, геоморфологические особенности рельефа, естественные обнажения и искусственные выработки, водотоки, водоемы, места выходов подземных вод, участки, подверженные физико-геологическим процессам, существующие инженерные соору­ жения, месторождения строительных материалов.

Вместах естественных обнажений и искусственных выработок геолог картирует *, изучает и дает оценку пород: их литологического состава и возраста, свойств, степени выветрелости и др., отбирает образцы для лабораторных исследований, фотографирует и зарисо­ вывает характерные участки местности и обнажения. При изучении источников подземных вод особое внимание обращается на глубину залегания, тип и мощность водоносного горизонта, его дебит, на характер питания и режим. Обследование существующих сооружений позволяет на примере их конструкции, удельных нагрузок на грунт, по деформациям (трещинам), установить степень надежности осно­ вания и прочности фундаментов, выявить влияние гидрогеологи­ ческих условий и многое другое.

Входе инженерно-геологической съемки производятся геофизи­ ческие исследования грунтов, намечаются места закладки геолого­ разведочных выработок.

Завершающий этап инженерно-геологической съемки — каме­ ральная обработка, в ходе которой все собранные сведения и мате­ риалы сначала наносят на полевую рабочую карту, а затем после увязки и согласования всех элементов нагрузки составляют оконча­

тельную карту.

К картам прилагаются зарисовки и фотографии, разрезы разве­ дочных выработок, геолого-литологические профили, таблицы лабо­ раторных анализов физико-механических свойств грунтов.

Инженерно-геологическую съемку рекомендуется производить

вкомплексе с геологической, что позволяет исключить перекрытие

иповторяемость работ.

*Способ выявления инженерно-геологических элементов местности и со­ ставления инженерно-геологических карт.

Существенный недостаток наземной инженерно-геологической съемки состоит в медленном темпе производства работ. Для устране­ ния этого недостатка стали применять воздушный транспорт. Весьма часто для обследования районов съемки используют самолеты и вер­ толеты. Однако при этом используются далеко не все возможности авиации.

В настоящее время ряд научных и проектных институтов и произ­ водственных организаций интенсивно занимаются разработкой ме­ тодики и внедрением аэрометодов в практику полевых изыскатель­ ских работ. Аэрометоды широко применяются при геодезических изысканиях, их начинают применять при гидрологических изыска­ ниях, делаются успешные попытки использовать аэрометоды при инженерно-геологических изысканиях.

Очевидно, что аэрометоды целесообразно использовать лишь при изысканиях больших по площади объектов строительства или на значительных по длине трассах. В последнем случае применять аэрометоды может быть особенно полезно, так как по ходу трассы геологические условия могут существенно меняться. Большие иссле­ довательские работы в этом направлении ведет Всесоюзный научноисследовательский институт транспортного строительства (ЦНИИС).

П р и м е н е н и е а э р о м е т о д о в при инженерно-геологи­ ческих изысканиях основывается на том, что некоторые инженерно­ геологические характеристики могут быть получены непосред­ ственно по аэроснимкам, другие же — косвенно, путем сопоставления с эталонными снимками. В самом деле, такие объекты, как обна­ женные скальные участки, осыпи, заболоченные участки, мари, могут быть легко опознаны на аэроснимках и оценены с точки зрения строительства сооружения, но в то же время у значительного числа объектов их геологические характеристики оказываются скрытыми и могут быть обнаружены только по косвенным признакам, напри­ мер, по характеру рельефа, по тону и плотности растительного покрова, по геоморфологическим особенностям речных долин и тер­ рас, по некоторым данным общей геологической съемки.

Скрытые инженерно-геологические характеристики могут быть установлены только на основе полевого дешифрирования аэросним­ ков с привлечением известных методов инженерно-геологических исследований — закладки геологических выработок (скважин, шур­ фов, расчисток), использованием геофизических методов исследо­ ваний и т. п. Для того чтобы объем этих работ не был очень большим, полевое дешифрирование ведется не сплошное, а выборочное, т. е. дешифрируют отдельные небольшие ключевые участки, типичные для некоторого района.

Основываясь на этих общих положениях, в ЦНИИС была раз­ работана методика применения аэрометодов на изысканиях желез­ ных дорог, которая, несомненно, применима и на других видах сооружений.

При создании инженерно-геологической карты аэрометодами сначала ведется сбор и изучение литературных и фондовых мате­

52

риалов на предполагаемую территорию; аэроснимки (черно-белые, цветные или спектрозональные) специального залета или залета, выполненного в порядке общего картографирования, приводят (трансформируют) к нужному масштабу. Затем приступают к соста­ влению инженерно-геологической карты первого приближения, осно­ вываясь лишь на данных камерального дешифрирования аэросним­ ков и всякого рода общих и частных вспомогательных геологических и ландшафтно-ситуационных картах.

Парта первого приближения нуждается во многих уточнениях и дополнениях. Это делается в ходе полевых изысканий, во время которых не только создаются эталоны для дешифрирования, воспол­ няются недостающие сведения, но и определяются физико-механи­ ческие свойства грунтов. Работа над картой завершается оконча­ тельным дешифрированием снимков, составлением окончательной инженерно-геологической карты и общей оценкой инженерно-гео­ логических условий.

Современный уровень разработки методики аэрогеологических изысканий таков, что они могут выполнять лишь вспомогательную роль по отношению к наземной инженерно-геологической съемке. Поэтому аэрогеологическая съемка должна вестись в сочетании с на­ земной, не нарушая принятой для последней методики как маршрут­ ных, так и площадных съемок.

Обычно одновременно с инженерно-геологической съемкой ве­ дется и гидрогеологическая съемка.

Основная задача г и д р о г е о л о г и ч е с к о й с ъ е м к и — составление гидрогеологической карты, гидрогеологических разре­ зов и описаний.

Съемка ведется или маршрутами или площадями, в мелком, среднем или крупном масштабах в зависимости от вида сооружения, стадии проектирования и сложности участка.

В ходе съемки на карту наносят и дают описание поверхностных водоемов и рек, естественных источников — родников, мочажин; искусственных выработок — колодцев, шахт, разведочных вырабо­ ток. При описании водных источников по возможности указывают глубину залегания подземных вод, их дебит и химический состав, меженные расходы воды в реках и т. и. При наличии достаточно гу­ стой сети выработок на гидрогеологических картах могут быть пока­ заны в виде гидроизогипс и гидроизопьез * горизонт грунтовых и подземных вод, их напор.

При гидрогеологической съемке и составлении гидрогеологи­ ческой карты полезно использовать материалы аэрофотосъемки

игеоботанических обследований.

Впроцессе гидрогеологической съемки ведутся разведочные

работы. При этом бурят неглубокие (10—15 м) скважины; для опре­ деления дебита воды в скважинах производят пробные откачки.

* Г й д р о п з о г и п с ы и г и д р о й з о н ь е з ы — линии, соеди­ няющие соответственно точки с равными значениями высот уровней и равными напорами.

53

При изысканиях гидротехнических сооружений и для водоснаб­ жения скважины бурят на большие глубины (до 100 м и более) и большим диаметром. Особое внимание в ходе бурения обращается на фиксацию каждого водоносного горизонта, на определение его мощности, запаса воды в нем и другие характеристики.

§ 20. ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ КАРТЫ

И н ж е н е р н о - г е о л о г и ч е с к о й к а р т о й называют уменьшенное изображение на плоскости инженерно-геологических факторов местности, отобранных, охарактеризованных и обобщен­ ных в соответствии с требованиями проектирования и строительства сооружения.

До настоящего времени нет единой методики создания инженерно­ геологической карты. Видимо, одна из причин такого положения кроется в различных требованиях, предъявляемых к картам геоло­ гами и проектировщиками. Именно по этой причине несколько раз­ личной оказывается и классификация инженерно-геологических карт у разных авторов.

Рассмотрим классификацию инженерно-геологических карт, пред­ лагаемую проф. Н. В. Коломенским.

Достоинство этой классификации в том, что она имеет строго практическую направленность и тесно увязана со стадиями проекти­ рования.

По масштабу и назначению инженерно-геологические карты раз­ делены на три группы:

а) карты масштаба 1 : 1 000 000 и мельче, предназначаемые для изучения общих закономерностей инженерно-геологических условий и составления рабочих гипотез о геологическом строении значитель­ ных по площади территорий (регионов), а также для выбора места строительства сооружения в масштабе республики или области;

б) карты масштаба 1 : 500 000 -—1 : 50 000, предназначаемые для размещения значительных по площади промышленных и гра­ жданских комплексов сооружений, для выбора общего направления значительных по протяжению трасс дорог, трубопроводов, каналов,

выбора места и размещения объектов промышленного строительства; сооружений, входящих в состав гидроузлов, железнодорожных станций; для составления генеральных планов и детальной плани­ ровки городов.

Сравнительно широкий диапазон масштабов карт в каждой группе позволяет свободно варьировать ими в зависимости от геологической сложности участков местности.

По содержанию инженерно-геологические карты разделяют па аналитические и синтетические. На аналитических картах показы­ вают один или несколько инженерно-геологических элементов,

•54

характеризующих инженерно-геологические условия участка. Общая совокупная оценка инженерно-геологических условий может быть дана только по синтетическим картам. Содержание инженерно-гео­ логических карт во многом зависит от вида проектируемого соору­ жения.

Аналитические и синтетические карты в свою очередь подразде­ ляют на карты общие, частные и специальные. Такое деление карт позволяет иметь еще более целенаправленные узкоспециальные карты.

На инженерно-геологических картах показывают: литологи­ ческий состав пород, условия их залегания, генезис и возраст, линии и зоны тектонических нарушений, условия залегания под­ земных вод, особенно первого водоносного горизонта, их режим и водообильность, распространение физико-геологических процессов, физико-технические свойства горных пород. Объем информации, помещаемой на карте, растет с ростом масштаба карты.

Отдельные элементы нагрузки карты показывают отмывкой,, штриховкой, оконтуриванием линиями, условными знаками и знач­ ками международной легенды (рис. 19). Физико-технические ха­ рактеристики грунтов, характеристики грунтовых вод и ряд дру­ гих показателей выносят за рамки карты и помещают сбоку в виде таблиц, графиков, разрезов и даже аксонометрических проекций.

Составление инженерно-геологических карт ведется различными методами: 1) карты мелких масштабов составляют камеральным путем — на основе других карт, например, карты коренных пород, четвертичных отложений, тектоники, геоморфологической карты, гидрогеологической карты; 2) при составлении крупномасштабных карт на конкретные объекты, помимо названных карт, используют материалы полевых работ, а именно: результаты полевых обследо­ ваний, инженерно-геологических съемок, колонки буровых сква­ жин, материалы полевых и лабораторных испытаний грунтов и др. Многие из этих данных не столько дополняют саму карту, сколько’ расширяют сведения о грунтах.

Инженерно-геологическая карта должна быть наглядной и легко читаемой не только геологами, но и проектировщиками, строите­ лями и геодезистами.

§ 21. БУРОВЫЕ И ГОРНОПРОХОДЧЕСКИЕ РАЗВЕДОЧНЫЕ РАБОТЫ

Горнопроходческие и буровые работы ведутся в порядке осуще­

оружения участка местности. В первом случае основная задача горнопроходческих и буровых работ — инженерно-геологическое картирование территории, в ходе которого должны быть выяснены:

55-

Рис. 19. Инже­ нерно-геологи­ ческая карта масштаба

1 : 100 000 (ма­ кет)

литологический состав, условия залегания и стратиграфия горных пород; отобраны образцы для исследований и определения физикотехнических свойств пород; выявлен характер физико-геологических процессов.

Горно-буровые разведочные работы определяют в основном те же характеристики грунтов, но выполняются они более детально, так как ведутся непосредственно в том месте, где будет располагаться сооружение; для уточнения ранее установленного (при поиске) литологического состава, структуры, мощности, характера напласто­ вания, возраста пород, гидрогеологических условий и т. и.; для уста­ новления окончательных показателей физико-технических свойств грунтов на основе лабораторных исследований и полевых испытаний.

Принцип размещения горных выработок, их тип и глубина зависят от поставленной цели инженерно-геологических исследова­ ний, от типа сооружения, от стадии проектирования, от сложности геологического строения участка. Инженерно-геологические выра­ ботки часто размещают на основе геометрической формы сооруже­ ния, например, на сооружениях линейного типа — по оси сооруже­ ния и по поперечникам к ней; на гидротехнических сооружениях — по системе створов и поперечников, на площадных сооружениях — по правильной равносторонней сетке квадратов или по неоднородной сетке, что зависит от степени однородности геологического строения местности. Расстояния между выработками могут быть существенно различными — от 20 до 200 м.

Инженерно-геологические выработки разделяют на открытые торные выработки большого сечения и буровые скважины.

закопушки, шурфы, канавы, шахты, штольни. Преимущество этих выработок в том, что можно непосредственно видеть характер на­ пластования пород, отобрать структурно не нарушенные образцы пород, проводить их испытания в условиях естественного залегания.

Рассмотрим основные виды горных выработок.

Р а с ч и с т к а — одна из наиболее простых и нетрудоемких выработок, проводимых в местах естественных обнажений и крутых склонов рельефа, когда для вскрытия пород достаточно удалить (сбросить вниз) со склона небольшой слой почвы, делювия или осыпи. Из расчистки отбирают образцы пород для лабораторных исследо­ ваний и построения геологического разреза.

З а к о п у ш к а — небольшая воронкообразная выработка диа­ метром около 0,3 м и глубиной 0,5—0,8 м, выполняемая для обнаже­ ния пород (коренных), залегающих под почвенным слоем или слоем поверхностных отложений. Наибольшее применение закопушки находят при инженерно-геологической съемке.

Ш у р ф — вертикальная горная выработка сечением примерно 1,25 X 1,5 м и глубиной до 20 м и более. Шурфы круглого сечения

.58

называют д у д к а м и . Шурфы проходят в сухих, рыхлых гори­ зонтальных или слегка наклонных пластах. При большой глубине стенки шурфа укрепляют, а при прохождении водоносных горизон­ тов устраивают водоотлив. Проходка шурфов ведется обычно вруч­ ную, но в последнее время появились специальные машины — шур­ фокопатели, которые ускоряют и значительно облегчают рытье шурфов. Одним из таких образцов машин можно назвать шурфокопательную, позволяющую получать выработку (дудку) диаметром 0,8 м и глубиной до 10 м. Для обслуживания установки требуется

и глубиной до 100 м. Назначение шахты такое же, как и шурфа, но шахты, ввиду их большой стоимости, проходят только на ответ­ ственных сооружениях и в сложных геологических условиях.

Ш т о л ь II я — горизонтальная выработка трапецеидального се­ чения, высотой около 1,8 м, шириной по основанию 1,3—1,7 м, а по верху 1 м, имеющая выход на дневную поверхность. Штольни обычно устраивают в береговых склонах рек, по простиранию или вкрест простирания пластов. Этот вид горных выработок предназна­ чается для решения различных задач, в частности при гидротехни­ ческом строительстве, для определения трещиноватости и фильтра­ ционных свойств грунтов в береговых участках плотины; для выявле­ ния суффозиоиных процессов.

По мере проходки штольни делают описание пород по дну, стен­ кам и кровле.

59

В штольнях, при наличии надежных грунтов, геодезисты закла­ дывают опорные высотные реперы. Отсутствие в штольне резких перепадов температур (вход в штольню закрывается дверью) гаран­ тирует высокую стабильность отметок высотных точек.

2. Буровые скважины

При инженерно-геологических изысканиях буровые скважины предназначаются для изучения геологического разреза, т. е. для

при помощи буровых наконечников. В зависимости от состава пород

60

скважин зависят от их назначения и колеблются в широких преде­ лах — от 89 до 325 мм и более, а глубина инженерно-геологических скважин может быть 10, 30, 100 м и более.

В ходе ударно-вращательного бурения из скважины при помощи наконечников извлекают перемятые, перемешанные образцы грунта. Для взятия образцов породы с ненарушенной структурой исполь­ зуют грунтоносы.

Способ ударно-вращательного бурения применяется на объектах с малыми объемами работ, в районах, куда доставка механических буровых установок может быть сопряжена с трудностями.

На основании частичной механизации ударно-вращательного способа возник ударно-канатный способ бурения. Бурение ударно­ канатным способом может вестись сплошным и кольцевым забоем *. При бурении сплошным забоем проходка скважины производится путем сбрасывания (ударов) на забой долота, с последующим извле­ чением породы желонкой, а при бурении кольцевым забоем — сбра­ сыванием (забивкой) забивного стакана, который постепенно напол­ няется грунтом и затем поднимается на поверхность. Сбрасывание

трубы, к нижнему торцу которой привинчивается кольцевая коронка с зубьями (рис. 22, а) из твердого сплава или алмазная коронка (рис. 22, б). При вращении колонковой трубы электродвигателем или двигателем внутреннего сгорания со скоростью 50—300 об/мин коронка разрушает породу, образуя забой в виде кольца, а в цен­ тре его остается столбик нетронутой породы — керн. Продукты

* З а б о е м называют ту часть скважины, где непосредственно происхо­ дит разрушение породы наконечником; наряду с этим в скважине различают стенки и устье — верхний срез обсадной трубы или уровень грунта у входа в скважину.

61