20Изыскания подразделяются на ряд этапов, которые соответству­ют стадиям проектирования.

На стадии технико-экономического обоснования проекта (Т'Ю) собирают литературные и архивные материалы об инженерно-геоло­гических условиях площадки строительства, при этом сами иссле­дования приводятся очень. редко. Материалы используют для определения технической возможности и экономической целесо­образности строительства.

Инженерно-геологические обоснования начатьных стадий проек­тирования (проектные задания, технический проект) выполняются на основе изысканий большого района или нескольких конкуриру­ющих участков. Среди них ведущее место занимают инженерно-геологическая съемка, геофизические работы, зондирование грунтов. Объем инженерно-геологических изысканий во многом опре­деляется геоморфологической характеристикой строительной пло­щадки.

Для составления рабочего проекта инженерно-геологические изыскания проводятся на участке строитапьства сооружений. Здесь преобладают разведочные работы, полевые опытные испытания грунтов. Инженерно-геологические изыскания для жилищного и промышленного строительства проводят для обеспечения проекти­рования и строительства зданий и сооружений с учетом их надеж­ности, долговечности и экономичности. Изыскания выполняют в два этапа: на первом делают необходимые исследования для выбо­ра участка строительства, на втором — детальные исследования, основными из которых являются лабораторные определения физи­ко-механических характеристик грунтов оснований проектируемых зданий. Зачастую гражданские здания и сооружения проектируют в одну стадию, которая называется рабочим проектом. При одно­стадийном проектировании и отсутствии генерального плана прово­дят предварительные изыскания, позволяющие сделать выбор участка. Эти изыскания переходят сразу в рабочий проект. Необ­ходимо иметь в виду следующие факторы: 1) инженерно-геологи­ческие изыскания на предпроектном этапе должны дать такой материал, который позволит решить все вопросы по использованию территории строительства с обеспечением охраны природы и реали­зации мероприятий по борьбе с негативными последствиями, воз­можными в результате влияния строительства на окружающую геологическую среду; 2) инженерно-геологические изыскания для составления проекта (или рабочего проекта), позволяющие провес­ти расчеты устойчивости оснований зданий и сооружений, необхо­димо выполнять с помощью буровой и горной разведки, полевых опытных испытаний методами зондирования, опытных испытаний свай и др. Глубина выработки определяется величиной зоны актив­ного сжатия пород в основаниях зданий и сооружений. Для граж­данских и промышленных зданий инженерно-геологические изыс­кания должны обеспечить выбор оснований и проектирование фун­даментов. <

Инженерно-геологические изыскания при проектировании доро­жного строительства должны учитывать его особенности и разно? образце геологических условий на участках трасс (вечная мерзлота, распространение болот, сейсмически активные зоны и др.). Обосно­вание проектов железных и автомобильных дорог требует проведе­ния комплексных инженерно-геологических изысканий, и которые входит выбор трассы дороги, определение условий возведения «8

насыпей, туннелей, мостов, изучение источников разработки стро­ительных материалов и водоснабжения. В задачу изысканий входит также изучение инженерно-геологических условий мостовых пере­ходов, которые подразделяются на железнодорожные, автомобиль­ные и пешеходные, а по конструкции — на металлические, железо­бетонные, бетонные, каменные и деревянные.

При проведении изысканий на предпроектной стадии необхо­димо дать технико-экономическое обоснование целесообразности строительства дороги, опредетить ее трассу с учетом возможного изменения направления на отдельных участках. Эти работы вы­полняют на основе изучения геологического и картографического материала, находящегося в фондах соответствующих проектных и научно-исследовательских институтов, опубликованной литературы по региональной инженерной геологии и т.д. После изучения результатов рекогносцировки переходят к инженерно-геологичес­ким съемочным работам. которые выполняют в масштабе 1:11)0 000 ... 1:2 000 000 в зависимости от сложности геологических условий. Инженерно-геологическая съемка на предпроектном этапе должна обеспечить получение необходимых данных для выбора трассы дороги, при этом ширина площади съемки должна быть 0,6 км, варианты трассы будущей дороги намечаются как в пределах этой площади, так и за ее пределами.

Инженерно-геологические изыскания на стадии разработки рабочей документации могут быть самыми разнообразными. Основ­ными из них являются характеристики рельефа местности и геоло­гия. Они конкретизируются данными по рассеченности рельефа, расположением оврагов, водоразделов, речных долин. Устанавли­ваются границы распространения просадочных, многолетнемерзлых грунтов, динамика физико-геологических явлений (заболачивание, просадка, оползни, подземные воды, карсты и Др.), глубина залега­ния подземных вод для использования их в целях водоснабжения.

Инженерно-геологические изыскания при проектировании гид­ротехнических сооружений также проводятся в соответствии с принятой стадийностью проектирования. Однако при проектиро­вании гидротехнических сооружений выполняются и внестадийные пред проектные изыскания.

В настоящее время любое крупное строительство может осущест­вляться лишь на основе комплексной схемы охраны природы. Она должна составляться в предпроектный период для определения тех последствий, которые могут, иметь место в природной обстановке под влиянием будущего здания или сооружения. На предпостроеч-ном этапе инженерно-геологических исследований конечным результатом является схема комплексного использования реки или какой-либо ее части и технико-экономическое обоснование целесо­образности строительства. Предпроектные изыскания выполняют на основе анализа существующих карт, отражающих топографию, геоморфологию, геологию, тектонику, неотектонику, гидрогеоло­гию, физико-геологические и сейсмические явления, инженерную геологию. Одновременно выполняются специальные исследования, к которым относятся наблюдения за осадкой сооружений, фильтра­ционными деформациями, современными тектоническими движе­ниями, сейсмическими явлениями, смещениями пород в местах примыкания к берегам. На стадии составления рабочих чертежей инженерно-геологические исследования ведутся на участках основ­ных и вспомогательных сооружений и отдатьных участках водо­хранилищ.

21ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКАЯ СЪЕМКА – комплекс работ, выполняемых для изучения инженерно-геологических условий района (участка) строительства и завершающихся составлением инженерно-геологической карты. И.-г.с. включает исследование геологического строения, геоморфологии, гидрогеологических условий, инженерно-геологических процессов, а также физико-механических свойств грунтов для проектирования и строительства различных сооружений. И.-г.с. проводят в начале инженерных изысканий для данной стадии или этапа проектирования, так как с помощью И.-г.с. в относительно короткие сроки и при небольших затратах средств могут быть получены материалы, позволяющие дать общую оценку инженерно-геологических условий района и наметить необходимые разведочные, гидрогеологические и другие работы, материалы которых дополняют и конкретизируют данные, полученные в процессе съемки. Детальность И.-г.с. определяется масштабом, выбор которого зависит от ее назначения, геологического строения и рельефа местности, а также характера проектируемого объекта. В зависимости от величины масштаба И.-г.с. разделяются на три категории: мелкомасштабные — 1:200 000—1:50 000; среднемасштабные — 1:25 000; 1:10 000; крупномасштабные — 1:5 000; 1:2 000; 1:1 000. Каждая из этих категорий съемки имеет свое значение и свои методические особенности, так как по мере укрупнения масштаба в обосновании съемки возрастает роль разведочных работ. Мелкомасштабная съемка проводится для изучения инженерно-геологических условий значительных по величине участков, протяженность которых может достигать десятков и сотен километров. Среднемасштабная съемка проводится на площади, обычно не превышающей несколько сот квадратных километров. Крупномасштабная съемка выполняется в пределах участка, выбранного для размещения того или иного сооружения.

Инженерно-геологические съемки бывают средне-, крупномасштабными и детальными. При этих видах съемок применяются некоторые из перечисленных в 5.3.1 методов.

При среднемасштабных съемках (1:200000 - 1:100000) используют данные одного-трех наиболее производительных геофизических методов профилирования (космические и воздушные, включая радиотепловые (РТС) или инфракрасные (ИКС) и магнитные съемки) и намечают детализационные или ключевые участки. В пределах этих участков работы проводят по более густой сети наблюдений и более широким комплексом, включающим два-три из упомянутых в 5.3.1 полевых геофизических методов. Работы проводят одновременно с бурением скважин, инженерно-геологическими и фильтрационными исследованиями, отбором образцов пород для лабораторных исследований и выполнением ГИС. Число пунктов геолого-гидрогеологических исследований может быть в два и более раз меньше, чем без применения геофизики.

Крупномасштабное картирование (1:25000 - 1:10000) проводят, как правило, без использования ключевых участков, а в виде сплошной съемки. Применяют комплекс геофизических методов, включающий преимущественно сейсморазведку МПВ и электромагнитные зондирования (ВЭЗ, ВЭЗ-ВП, ЗСБ, РВЗ), а при наличии скважин выполняют сейсмоакустические и электрические исследования в них.

22РАЗВЕДОЧНЫЕ РАБОТЫ - Комплекс работ, проводимых с целью промышленной оценки месторождения, то есть установления количества и качества полезного ископаемого, заключенного в месторождении, и условий его залегания. Комплекс разведочных работ включает производство химических анализов и технологических испытаний отбираемых проб полезного ископаемого, гидрогеологические, геофизические и маркшейдерские работы, геологические съемки, результаты которых отражаются в отчетах по выполняемым работам.

23Земля образовалась более четырех миллиардов лет назад. И любая первичная атмосфера, которая могла бы появиться в то время, была бы уничтожена потоками энергетических частиц от новорожненного Солнца. Ранняя Земля представляла собой горячий голый шар в космосе. В течение долгого времени, благодаря извержениям вулканов и другим геотермальным процессам, газы (в том числе и водяной пар) из недр Земли поступали в образующуюся атмосферу. С тех пор общее количество воды на поверхности планеты практически не изменилось. Однако в отдельно взятый момент воду можно обнаружить в различных местах в разных агрегатных состояниях. Процесс циклического перемещения воды в земной биосфере называется круговоротом воды в природе.

Источником движения воды на Земле является энергия Солнца. Солнечные лучи попадают на поверхность Земли, передают свою энергию воде и нагревают ее, превращая в пар. В среднем каждый час с 1 квадратного метра водной поверхности испаряется 1 килограмм воды! Теоретически за 1000 лет почти вся вода Мирового океана может побывать в виде пара.

Природная паровая машина планеты создает огромные объемы атмосферной воды, переносит их на значительные расстояния и изливает на Землю в виде атмосферных осадков. Атмосферные осадки попадают в реки, которые несут свои воды в Мировой океан. Так осуществляется круговорот воды в природе.

Различают малый и большой круговорот. Малый круговорот связан с выпадением атмосферной воды в виде осадков в Мировой океан, большой круговорот – в виде осадков на суше.

Ежегодно на суше выпадает около 100 тыс. кубических километров воды. Эти воды пополняют реки и озера, проникают в горные породы. Часть этих вод возвращается в моря и океаны, часть испаряется, а часть используется растениями и живыми организмами для питания и роста, т.е. для доставки питательных веществ из почвы к клеткам, а также для регулирования своей температуры. При этом происходит испарение воды в атмосферу огромные количества воды.

Основная масса воды сосредоточена в океанах. Испараяющаяся с его поверхности вода дает живительную влагу естественным и искусственным экосистемам суши, чем ближе район к океану, тем больше выпадает осадков. Суша постоянно возвращает воду океану, часть воды испаряется, особенно лесами, часть собирается реками, в которые поступают дождевые и снеговые воды после их таяния.

Обмен влагой между океаном и сушей требует очень большого количества энергии: на это затрачивается до 1/3 того, что Земля получает от Солнца. Цикл воды в биосфере до развития цивилизации был равновесным, океан получал от рек столько воды, сколько расходовал при ее испарении. Если бы не менялся климат, то не мелели бы реки, и не снижался уровень воды в озерах.

24Характеристика подземных вод определяется в зависимости от двух основных факторов: гидравлического и условий залегания. Согласно гидравлическому фактору, подземные воды подразделя­ются на безнапорные и напорные, в зависимости от условий залега­ния — на почвенные и верховодку, грунтовые, межпластовые, жиль­ные и трещинные воды, родники или источники.

Почвенные йоды и верховодка залегают в самых верхних слоях земной коры. Почвенные не имеют водоупорного ложа и как бы подвешены в порах почвы вследствие капиллярных явлений. Ха­рактерные свойства их — сезонный характер, сезонные колебания температуры, наличие микроорганизмов и органических веществ (рис. 4.1). Верховодкой называют временное скопление подземных вод. возникающее главным образом в период обильных дождей и усиленной инфильтрации. Верховодка залегает на небольших 'линзах водонепроницаемых пород (в моренных отложениях) и аллювиальных поймах. Линзы моренных отложении задерживают часть инфнлырующой воды и способствуют накоплению верховод­ки. Во втором случае верховодка образуется вследствие слоистости аллювиальных отложений и скопления воды в слоях с меньшей водопроницаемостью.

Грунтовые — подземные воды постоянно существующего водо­носного горизонта, залегающего на первом от поверхности водо-упоре (рис 4.1). Они характеризуются следующими особенностями: 1) имеют свободную поверхность, которая называется зерксГАОМ (или уровнем грунтовых вод), и водоупорное ложе. Они безнапор-ны. от земной поверхности залегают на 1 ... 50 м: 2) питание их осуществляется за счет инфильтрации осадков и поступлений воды из водоемов и рек. Следует обращать внимание на предотвращение загрязнения грунтовых вод, поскольку площадь распространения ориентировочно совпадает с территорией их питания: 3) постоянно находятся в динамике, движении и образуют потоки' в сторону общего уклона водоупорного слоя грунта; 4) глубина "залегания грунтовых вод, их распространение во многом зависят от геологи­ческих условий конкретной местности, климатических и геомор­фологических факторов.

Межиластовые под.пмные воды залегают между двумя водо­непроницаемыми слоями. По условиям залегания эти воды могут быть безнапорные (встречаются редко) и напорные, или артезиан­ские, обусловленные залеганием водоносных слоев в виде синклина­лей или моноклиналей (рис. 4.2). Напор подземных вод создается залеганием отдельных частей водоносных горизонтов на различных высотных отметках. Может быть несколько напорных горизонтов, каждый из которых имеет область питания и пьезометрический уровень. Геологические структуры больших размеров с наличием артезианских вод называют арте.танскплт бассейнами. Они играют значительную роль в снабжении населения питьевой водой. Тре­щинные воды относятся к тектоническим образованиям, жильные передвигаются в размытых трещинах осадочных пород и тектони­ческих образованиях. По характеру залегания жильные и трещин­ные воды относятся к грунтовым или межпластовым водам и имеют небольшую . мощность водотоков. Родниками (или источниками) называют выходы подземных вод на поверхность. Их образование обусловливается пересечением водоносного горизонта с поверх­ностью рельефа.

По происхождению подземные воды подразделяются на ин-фильтрационные, конденсационные, седиментационные, ювениль-ные. Инфилътрационные образуются в результате выпадения атмос­ферных осадков и инфильтрации воды из рек, водохранилищ и т.д.; конденсационные обусловлены конденсацией и выпадением паров воды из воздуха и за счет пополнения подземных вод; седи­ментационные возникают вследствие отжатия воды из горных пород и грунтов при уплотнении; ювенияъные проникают в по­верхностные горизонты земной коры из недр Земли и обусловлены конденсацией паров магмы. Так возникают различные минеральные источники, которые отличаются повышенной температурой и высокой минерализацией.

Химический состав подземных вод определяется в каждом кон­кретном случае с помощью химического анализа. Растворенные в воде различные газы (О, СОг, СНг, ЩБ и др.) обусловливают сте­пень пригодности воды для питьевых и технических нужд. По содержанию растворенных солей подземные воды подразделяются на пресные (содержание растворенных солей ^1 г/л), солоноватые (1 ... 10 г/л), соленые (10 ... 50 г/л) и рассолы (50 г/л). Следует заметить, что питьевая вода должна содержать не более 1 г/л рас­творенных солей.

Соли в подземных водах придают им такие свойства, как жес­ткость и агрессивность. Жесткость воды обусловливается наличием растворенных солей кальция и магния и оценивается в настоящее время количеством миллиграмм-эквивалентов кальция и магния (1 мг-экв соответствует содержанию в 1 л воды 20,04 мг иона кальция или 12,6 мг иона магния). Агрессивность подземных вод оказывает отрицательное воздействие на металл и бетон. Различают следу­ющие виды агрессии: 1) выщелачивающая — происходит растворе­ние и вымывание из бетона извести; возникает при малом содержа­нии в воде ионов HCOj; 2) общекислотнал — обусловливается низ­ким значением водородного показателя рН, в результате чего про­исходит растворение извести бетона; 3) углекислотная — является результатом воздействия углекислоты СОг; 4) сульфатная — харак­терна при наличии в воде сульфата SO^'. Это обусловливает крис­таллизацию новых соединений, которая приводит к увеличению объема и разрушению бетона; 5) магнезиальная — аналогична суль­фатной, приводит к разрушению бетона при контакте с водой, содержащей высокое количество Mg²*.

Для борьбы с агрессивностью воды применяют специальные цементы, производят гидроизоляцию подземных конструкций, понижают уровень грунтовых вод и т.д.

25Изучение режима подземных вод необходимо для решения многих задач, в том числе по проектированию и возведению зданий и сооружений. Рассматривается совокупность изменений, связанных с положением уровня, температуры, химического состава, характера поверхности и т.д.

Основными причинами колебания уровня подземных вод служат метеорологические факторы, гидрогеологические условия, колеба­ния земной коры, производственная и строительная деятельность человека. Главнейшим из метеорологических факторов является количество атмосферных осадков. Гидрогеологические условия обусловливаются влиянием на уровень подземных вод имеющихся водохранилищ и._рек, особенно паводков. В хорошо фильтрующих­ся песках зоны влияния паводков достигают 1 ... 2 км. Уровень подземных вод в значительной степени зависит от колебания зем­ной коры, при этом поднятие суши приводит к повышению уровня подземных вод и наоборот. На режим подземных вод влияют искус­ственные факторы — возведение плотин, ирригационных сооруже­ний, водозаборов подземных вод, утечка воды из водопроводов и т.д. Их влияние зависит от гидравлических условий района, интен­сивности и продолжительности воздействия. Возведение зданий,

фужений обычно изменяет гидрологические условия участка. Приводит к повышению уровня подземных вод, затоплению подва­лов и подземных коммуникаций. Особенно это заметно при относи­тельно неглубоком залегании водоупорных пород. В отдельных районах нашей страны интенсивность подъема уровня подземных вод составляет 0,8 ... 1,2 м в год.

Гидрохимические карты отображают изменения минерализации, химических типов I' u с 4.3. Элементы подземного подземных вод, их жесткое- потока в плане тп. агрессивности и т.ч. Цель составления таких карт — оценки качества подземных вод для питьевого и хозяйственного водоснабв жения, выявления возможного отрицательного влияния на инж~ нерные сооружения.

26Определение относительного возраста пород– это установление, какие породы образовались раньше, а какие – позже. Относительный возраст осадочных г.п. устанавливается с помощью геолого-стратиграфических (стратиграфического, литологического, тектонического, геофизических) и биостратиграфических методов.

Стратиграфический метод основан на том, что возраст слоя при нормальном залегании определяется - нижележащие их слои являются более древними, а вышележащие более молодыми. Этот метод может быть использован и при складчатом залегании слоев. Не может быть использован при опрокинутых складках.

Литологический метод основан на изучении и сравнении состава пород в разных обнажениях (естественных- в склонах рек, озер, морей, искусственных – карьерах, котлованах и т.д.). На ограниченной по площади территории, отложения одинакового вещественного состава (т.е. состоят из одинаковых минералов и горных пород) , могут быть одновозрастными. При сопоставлении разрезов различных обнажений используют маркирующие горизонты, которые отчетливо выделяются среди других пород и стратиграфиески выдержаны на большой площади.

Тектонический метод основан на том, что мощные процессы деформации г.п. проявляются (как правило) одновременно на больших территориях, поэтому одновозрастные толщи имеют примерно одинаковую степень дислоцированности (смещения). В истории Земли осадконакопления периодически сменялись складчатостью и горообразованием.

Возникшие горные области разрушались, а на выровненную территорию вновь наступало море, на дне которого уже несогласно накапливались толщи новых осадочных г.п. в этом случае различные несогласия служат границами, подразделяющими разрезы на отдельные толщи.

Геофизические методы основаны на использовании физических характеристик отложений (удельного сопротивления, природной радиоактивности, остаточной намагниченности г.п. и т.д.) при их расчленении на слои и сопоставлении.

Расчленение пород в буровых скважинах на основании измерений удельного сопротивления г.п. и пористости называется электрокаротаж, на основании измерений их радиоактивности - гамма-каротаж.

Изучение остаточной намагниченности г.п. называют палеомагнитным методом; он основан на том, что магнитные минералы, выпадая в осадок, распластаются в соответствии с магнитным полем Земли той эпохи которая, как известно, постоянно менялась в течении геологического времени. Эта ориентировка сохраняется постоянно, если порода не подвергается нагреванию выше 500°С (т.н. точка Кюри) или интенсивной деформации и перекристаллизации. Следовательно, в различных слоях направление магнитного поля будет различным. Палеомагнитизм позволяет т.о. сопоставлять отложения значительно удаленные друг от друга (западное побережье Африки и восточное побережье Латинской Америки).

Биостратиграфические или палеонтологические методы состоят в определении возраста г.п. с помощью изучения ископаемых организмов (подробно палеонтологические методы будут рассмотрены в следующей лекции).

Определение относительного возраста магм. И метам. Г.п. (все выше охарактер. Методы – для определения возраста осадочных пород) осложнено отсутствием палеонтологических остатков. Возраст эффузивных пород, залегающих совместно с осадочными устанавливается по соотношению к осадочным породам.

Относительный возраст интрузивных пород определяется по соотношению магматических пород и вмещающих осадочных пород, возраст которых установлен.

Определение относительного возраста метармофических пород аналогично определению относительного возраста магматических пород.

3.Абсолютный возраст горных пород и методы его определения.Абсолютная геохронология устанавливает возраст г.п. в единицах времени. Определение абсолютного возраста необходимо для корреляции и сопоставления биостратиграфических подразделений различных участков Земли, а также установления возраста лищенных палеонтологических остатков фанерозойских и долембрийских пород.

К методам определения абсолютного возраста пород относятся методы ядерной (или изотопной геохронологии) и не радиологические методы

Методы ядерной геохронологии в наше время являются наиболее точными для определения абсолютного возраста г.п., в основе которых лежит явление самопроизвольного превращения радиоактивного изотопа одного элемента в стабильный изотоп другого. Суть методов состоит в определении соотношений между количеством радиоактивных элементов и количеством устойчивых продуктов их распада в горной породе. По скорости распада изотопа, которая для определенного радиоактивного изотопа есть величина постоянная, количеству радиоактивных и образовавшихся стабильных изотопов, рассчитывают время, прошедшее с начала образования минерала (соотв. И породы).

Разработано большое число радиоактивных методов определения абсолютного возраста: свинцовый, калиево-аргоновый, рубидиево-стронциевый, радиоуглеродный и др. (выше установленный возраст Земли 4,6 млрд. лет не установлен с применением свинцового метода).

Не радиологические методы уступают по точности ядерным.

Соляной метод был применен для определения возраста Мирового океана. Он основан на предположении, что воды океана были первоначально пресными, то, зная современное количество солей с континентов, можно определить время существования Мирового океана (~ 97 млн. лет).

Седиментационный метод основан на изучении осадочных пород в морях. Зная объем и мощность морских отложений в з.к. в отдельных системах и объем минерального вещества, ежегодно сносимого в моря с континентов можно вычислить продолжительность их наполнения.

Биологический метод базируется на представлении о сравнительно равномерном развитии орг. мира. Исходный параметр – продолжительность четвертичного периода 1,7 – 2 млн. лет.

Метод подсчета слоев ленточных глин, накапливающихся на периферии тающих ледников. Глинистые осадки откладываются зимой, а песчаные летом и весной, т.о. каждая пара таких слоев результат годичного накопления осадков (последний ледник на Балтийском море прекратил свое движение 12 тысяч лет назад).