База нормативной документации: www.complexdoc.ru

при необходимости перевода запасов отдельных месторождений в более высокую категорию (например, А).

При дополнительной разведке месторождений строительных материалов для дорожной одежды, разведку и испытание образцов следует производить в объемах, обеспечивающих отнесение запасов к категории А.

Качество материала для каждого блока должно быть охарактеризовано по всем требуемым показателям в соответствии со СНиП 2.02.01-83 (СНиП 2.02.01-83. Основания зданий и сооружений. Нормы проектирования. - М.: Госстрой СССР, 1985) и соответствующими ГОСТами.

Условия разработки месторождения должны быть изучены таким образом, чтобы на планах масштаба 1:1000-1:2000 можно было составить проект его разработки.

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.

6.6. 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 25100-95, определения их нормативных и расчетных характеристик, выявления степени однородности грунтов по площади и глубине, выделения инженерно-геологических элементов, прогноза изменения состояния и свойств грунтов в процессе строительства и эксплуатации автомобильных дорог.

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 (ГОСТ 12071-2000. Грунты. Отбор, упаковка, транспортирование и хранение образцов).

Виды лабораторных определений физико-механических свойств грунтов при инженерно-геологических изысканиях согласно СП

264

База нормативной документации: www.complexdoc.ru

11-105-97 приведены в табл. 6.10. 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 в результате ее освоения.

Таблица 6.10.

Виды лабораторных определений физико-механических свойств грунтов

265

База нормативной документации: www.complexdoc.ru

266

База нормативной документации: www.complexdoc.ru

П р и м е ч а н и я : «+» - определения выполняются; «-» - определения не выполняются; «С» - определения выполняются по дополнительному заданию.

Лабораторные анализы и испытания выполняют в полевых и стационарных лабораториях. В полевой период выполняют те виды лабораторных анализов грунтов и материалов, которые не требуют

267

База нормативной документации: www.complexdoc.ru

использования сложной аппаратуры. В полевой период проводят лабораторные анализы грунтов, в результате которых определяют: гранулометрический состав, консистенцию, естественную влажность, плотность, стандартное уплотнение, коэффициент фильтрации, химический анализ воды на агрессивность и анализ водных вытяжек. В полевых условиях производят испытания физико-механических свойств грунтов в условиях естественного залегания.

Цели и методы полевых исследований свойств грунтов при инженерно-геологических изысканиях согласно СП 11-105-97 сведены в табл. 6.11.

Таблица 6.11.

Цели и методы полевых исследований грунтов

268

База нормативной документации: www.complexdoc.ru

В стационарных лабораториях производят испытания образцов пород, требующие использования сложного лабораторного оборудования для определения их компрессионных свойств, определения сопротивления сдвигу, а также испытания образцов строительных материалов для определения временного сопротивления сжатию камня, дробимости щебня, износа в полочном барабане гравия и морозостойкости.

269

База нормативной документации: www.complexdoc.ru

6.7. Геофизические методы инженерногеологических изысканий

Выбор метода геофизических исследований и их комплектование следует проводить в зависимости от решаемых задач и конкретных инженерно-геологических условий в соответствии с табл. 6.12. согласно СП 11-105-97. Геофизические методы исследований оказываются особенно эффективными при изучении неоднородных геологических объектов, когда их геофизические характеристики существенно отличаются друг от друга.

Таблица 6.12.

Методы геофизических исследований

Геофизические методы

Задачи исследований

Основные Вспомогательные

Определение геологического строения массива

270

База нормативной документации: www.complexdoc.ru

Местоположение, глубина залегания и форма локальных неоднородностей

271

База нормативной документации: www.complexdoc.ru

Изучение гидрогеологических условий

Изучение состава, состояния и свойств грунтов

272

База нормативной документации: www.complexdoc.ru

273

База нормативной документации: www.complexdoc.ru

каротажа; резистивиметрия в скважинах и водоемах; гравиметрия

затухания и поглощения сейсмических волн в грунтах

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.

Все геофизические методы, применяемые в дорожном строительстве, можно разделить на следующие: сейсмоакустические, электроразведочные, радиолокационные, радиоизотопные и другие.

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

Принцип действия метода заключается в следующем: на поверхности земли создается искусственное землетрясение (удар). Сейсмические волны, проходя через разные слои по глубине,

274

База нормативной документации: www.complexdoc.ru

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 распространения сейсмических волн в грунте и, легко рассчитать глубину залегания опорного горизонта Н:Н = u´t/2. Важной характеристикой упругих свойств грунтов является акустическая жесткость g, представляющая собой произведение скорости распространения сейсмических волн в породе u на ее плотность r, то есть g = u´r. Отраженные сейсмические волны возникают только на тех границах, которые различаются по акустической жесткости, т.е. при условии, что u1´r1 # u2´r2.

Для грунтов, расположенных выше уровня грунтовых вод, скорость прохождения упругих волн не превышает 1200 м/с (почвенные слои 300-900 м/с, плотные глины 600-1200 м/с). Ниже уровня грунтовых вод скорость выше (крупные пески 1000-2000 м/

с, глины 1200-1500 м/с и гравий 1500-1800 м/с).

Из оборудования для сейсморазведки наибольший интерес представляет 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-69. 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 многолетнемерзлых грунтов.

Однако применение сейсмоакустического метода для линейных 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 территории (например, под карьеры, производственные базы или

275

База нормативной документации: www.complexdoc.ru

транспортные развязки) площадью 1-2 км2 сейсмоакустический метод может оказаться незаменимым.

Электроразведка. Суть методов электроразведки заключается

втом, что а геологической среде с помощью питающих электродов возбуждается постоянное или низкочастотное переменное поле, а с помощью приемных электродов измеряют разность потенциалов

вгрунтовой среде между приемными электродами. По разности потенциалов, току, размерам установки электродов вычисляют на соответствующей глубине сопротивление грунта, по которому судят и о его виде. Как правило, удельные сопротивления различных видов грунтов сильно отличаются (табл. 6.13), что и позволяет по результатам измерений определять вид грунта.

Таблица 6.13.

Удельные сопротивления различных видов грунтов

В зависимости от схемы размещения питающих и приемных электродов различают электропрофилирование (изменение геологических слоев по длине трассы в пределах изучаемой

276

База нормативной документации: www.complexdoc.ru

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 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.

Тем не менее и электроразведка может быть рационально использована на участках местности с небольшой площадью до 1-2 км2 при изысканиях границ карьеров дорожно-строительных материалов, карстовых полостей, линз вечномерзлых грунтов, границ болотистых участков и обследовании площадок под производственные базы. При этом сначала методом электропрофилирования определяют в плане либо контуры полезной толщи в карьерах, либо границы смены подстилающих грунтов, а затем методом электрозондирования устанавливают геологические сечения в интересующих точках и разрезах.

Из электроразведочных приборов наибольший интерес представляют: автокомпенсатор электроразведочный АЭ-72 (электрозондирование и электропрофилирование при постоянном токе), аппаратура низкой частоты АНЧ-3 (для низкочастотного электрозондирования и электропрофилирования) и электроразведочная станция "Енисей" на автомобиле УАЗ. В

277

База нормативной документации: www.complexdoc.ru

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. 6.14) французской фирмы IRIS INSTRUMENTS.

Французский резистомер 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 сек каждое.

Таблица 6.14.

Электроразведочные аппараты низкой частоты

278

База нормативной документации: www.complexdoc.ru

Масса микровольтметра, кг

Радиолокационные методы. Суть радиолокационных методов (чаще всего применяют - подповерхностная радиолокация) 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 тех или иных геологических слоев и фиксируют глубину залегания уровня грунтовых вод.

Сам георадар состоит из антенно-передающего, антенноприемного модулей, блоков управления, отображения и регистрации. Антенно-передающие и антенно-приемные модули в процессе работы устанавливают на устройства передвижения и перемешаются 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

279

База нормативной документации: www.complexdoc.ru

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).

Компания GSSI выпускает георадары с маркировкой Sir systems

с модификациями Sir systems -2, -2Р, -3, 3R, 3I, -10А, -10Н, -10В, 2000 и т.д.

Компания Sensor and Software производит новейшие георадарные системы ЕККО и Noggin различных модификаций.

Компания Radar Systems производит георадары «Зонд» различных модификаций. В настоящее время она выпускает георадар «Зонд-12С» с набором различных антенных блоков.

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

«Логические системы» совместно с НИИ приборостроения (г. Жуковский), георадары «Грот» - НПО «Инфизприбор» (г. Троицк), георадары «Лоза» - институт механизированного инструмента ВНИИСМИ и георадары «Локас-2» - Правдинский завод радиорелейной аппаратуры.

Технические характеристики георадаров «ОКО», разработчики

ООО «Логические системы» и НИИ приборостроения г. Жуковский сведены в табл. 6.15, георадаров «Грот» - в табл. 6.16, георадаров

«Sirsystems» - в табл. 6.17, георадара «Зонд-12С» - табл. 6.18.

Таблица 6.15.

Технические характеристики георадаров «ОКО»

280

База нормативной документации: www.complexdoc.ru

Таблица 6.16.

Технические характеристики георадаров «Грот»

281

База нормативной документации: www.complexdoc.ru

Таблица 6.17.

Технические характеристики георадаров «Sir systems»

Таблица 6.18.

Технические характеристики георадаров «Зонд-12С»

282

База нормативной документации: www.complexdoc.ru

Достоинствами применения георадаров в инженерногеологических изысканиях являются: универсальность, позволяющая определять георадарами загрязнение почв, поиск карстовых воронок и пустот под автомобильными и железными дорогами, обнаружение пластиковых и металлических труб, кабелей и других объектов коммунального хозяйства, определение утечек из нефте- и водопроводов, установление границ залежей полезных ископаемых, определение мест захоронения экологически опасных отходов и т.д.;

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

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

небольшая численность обслуживающего персонала, составляющая в зависимости от условий местности 1-3 человек;

283

База нормативной документации: www.complexdoc.ru

большая разрешающая способность (фиксируется малая мощность 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 (электронном) виде.

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

Радиоизотопные методы. 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, поверхностноглубинный влагомер ВПГР-1) и плотности (например, поверхностно-глубинный плотномер ППГР-1) песчаных и глинистых грунтов в полевых условиях, а также измерять одновременно плотность и влажность грунтов (например, влагоплотномер РВПП-1).

Работа ВГПР-1 основана на зависимости потока медленных нейтронов от объемного содержания в почвах и грунтах водорода, входящего преимущественно в состав воды. При этом поток медленных нейтронов является результатом упругого рассеяния потока быстрых нейтронов ядрами водорода контролируемой среды. В качестве источника быстрых нейтронов используется плутониево-бериллевый источник, а детектора медленных нейтронов - высокоэффективный гелиевый газоразрядный счетчик.

284

База нормативной документации: www.complexdoc.ru

Переход от количества зарегистрированных в единицу времени электрических импульсов к влажности контролируемой среды осуществляется при помощи градуировочного графика.

Основные технические характеристики нейтронных влагомеров приведены в табл. 6.19.

Таблица 6.19.

Технические характеристики нейтронных влагомеров

Не более 4 % (в диапазоне

50-100 %)

Работа ППГР-1 основана на зависимости потока рассеянных гамма-квантов от плотности грунта. Так вокруг источника гаммаизлучения, помещенного в почву или грунт, образуется "облако" рассеянных гамма-квантов, как результат комптоновского взаимодействия с электронами атомов вещества среды, причем количественно такое взаимодействие определяется плотностью вещества контролируемой среды. В приборе использован источник гамма-излучения с изотопом цезий. В качестве детектора гаммаизлучения применен монокристалл NaJ в блоке с электронным фотоумножителем. Плотность грунта определяется по количеству зарегистрированных в единицу времени электрических импульсов также при помощи градуировочного графика.

Основные технические характеристики радиоизотопных плотномеров приведены в табл. 6.20.

285

База нормативной документации: www.complexdoc.ru

Таблица 6.20.

Технические характеристики радиоизотопных плотномеров

Приборы, которые позволяют измерять одновременно плотность и влажность грунтов, получили название влагоплотномеры. Их основные технические характеристики представлены в табл. 6.21.

Таблица 6.21.

Основные технические характеристики влагоплотномеров

286

База нормативной документации: www.complexdoc.ru

Из зарубежного оборудования известен гаммаденсиметр МС-3 фирмы VECTRA (Франция), который дает точные данные о плотности и влажности грунтов и строительных материалов на глубине 20-30 см. В прибор встроены два источника радиоактивности: цезий 137 (Cs 137) для измерения плотности и америций 241-бериллий (Am 241-Be) для измерения влажности.

Однако наряду с высокой точностью и стабильностью в работе при применении радиоизотопных приборов, сдерживающими факторами являются обязательное предварительное бурение скважин для последующего зондирования и укладки в них обсадных труб, а также невозможность выполнения измерений на глубинах ниже уровня грунтовых вод.

На основе обобщения вышеизложенного материала можно заключить, что существующие геофизические методы и аппаратура позволяют получать исходную информацию для достоверного описания геологических и гидрогеологических условий местности. При использовании современных геофизических приборов можно сократить трудозатраты на инженерные геологические и гидрогеологические изыскания (например, участка автомобильной дороги протяжением 10 км до 100 чел.-смен), но в то же время получить исходную информацию в широкой полосе варьирования трассы, значительно превышающей ширину полосы отвода.

287