128

Можно выделить два процесса изменения пород основания под воздействием давления от веса сооружения:

1.Сжатие пород основания. Под воздействием веса сооружения породыоснованиямогусжиматьсяивызватьосадкусооружения. Равномерная осадка пород основания, как правило, не опасна для сооружения (еслиееабсолютноезначениенеоченьвелико). Опасныдлясооружения неравномерныеосадки, когдафундаментрасполагаетсянаразныхпосоставу и состоянию породах.

Неравномерная осадка неблагоприятна для сооружений, жестко связанных во всех направлениях (кирпичные, железобетонные здания, бетонныеплотины), менееопаснадляземляныхплотин, дорожныхнасыпей. Для определениявеличины осадки нужно знать характеристикисопротивления сжатию пород основания. Очевидно, что скальные породы гораздолучшевыдерживаютнагрузку, посравнениюсразличнымигрунтами.

2.Выпираниепородиз-подподошвыфундамента. Осадкапород подтяжестьюсооруженияможетвозникатьнетолько засчетих сжатия, но и за счет сдвига. Особенно это характерно для сооружений, испытывающих дополнительное боковое давление, например – для плотин.

Под воздействием бокового давления возможно образование так называемого «плоского сдвига» по породе основания или по какомулибо слабому прослою в ней. «Плоский сдвиг» может происходить по прослоюпластичнойглинытолщинойнеболее1 – 2см, поконтактудвух слоев породы, по трещине, заполненной глинистым материалом. Если условийдляплоскогосдвиганет(воснованииотсутствуютслабыепородыилипрослои), можетпроизойти«глубокий» сдвигпо криволинейной поверхности. Для определения возможности сдвига необходимо знать величинукоэффициентатренияисцеплениегорнойпороды(характеристики сопротивления сдвигу).

ЧАСТЬ VIII. ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ ИЗЫСКАНИЯ ДЛЯ СТРОИТЕЛЬСТВА

Вкаждомконкретномслучае, взависимостиотвидастроительства

истадиипроектирования, геологическоестроениетерриториизастройки, гидрогеологические условия и инженерно-геологические процессы изучаются с различных точек зрения и с различной детальностью.

Вобщемслучаезадачамиинженерно-геологическихисследований (изысканий) является:

129

1.Выявлениегеологическихигидрогеологическихусловийстроительства и эксплуатации проектируемого сооружения.

2.Выявление и прогноз опасных инженерно-геологических явлений и оценка влияния этих явлений на проектируемое сооружение.

3.Получение данных для решения вопросов о возможных путях борьбысэтимиявлениямиидляпроектированиязащитныхмероприятий.

4.Определение физико-механических характеристик грунтов строительной площадки для проектирования и расчета сооружения.

Проектированиесооружениявыполняетсявнесколькостадий, соответственнокаждойстадиипроектированиявыполняютсяопределенные виды инженерно-геологических исследований.

Глава 1. Стадии проектирования

Предпроектная проработка (стадия ТЭД, ТЭО) проводится тольконанаиболееответственныхобъектах, такихкакСаяно-Шушенская ГЭС. Основнаяцель– определениетехническойвозможностииэкономической целесообразности строительства данного объекта. Задача инже- нерно-геологических исследований – дать анализ инженерногеологическихусловийстроительстваприразличныхвариантахрасположения объекта. Источником этого анализа служат архивные материалы предшествующих исследований и литературные данные. Иногда для оценки инженерно-геологических условий стройплощадок прибегают к ихнатурнымобследованиям: проводятинженерно-геологическуюсъемку

ив узловых местах бурят скважины или проходят шурфы с отбором образцов для лабораторных анализов.

Настадиипроектногозаданияпроизводитсявыявлениенаиболее оптимальных вариантов расположения и определяется тип сооружения. Дляплотин– этовозможноеразмещениествороввпределахвыбранного районастроительстваиопределениеположенияствора, наиболеевыгодного по напору воды, длине сооружения, его типу и т.д.

Впроцессеинженерно-геологическихисследованийнаданнойста- диидолжнобытьопределенообщеегеологическоестроениеигидрогеологические особенности строительных площадок. Для оценки несущей способности грунтов основания должны быть получены данные о возможностивосприятиягрунтамивесапроектируемогосооружения, атакже данныедлярасчетаожидаемыхосадок. Гидрогеологическиеособенности

ирежим подземных вод уточняется настолько, чтобы в принципе был решен вопрос об их влиянии на сооружение.

130

Всеразвитыевпределахплощадокинженерно-геологическиепро- цессы и явления должны быть выявлены и оценены с точки зрения их влияния на сооружение. Если необходимо проведение защитных мероприятий, то должны быть собраны данные для их проектирования.

Для получения всех указанных данных проводят инженерногеологическиеизыскания, объемисоставкоторыхзависитоттипапроек- тируемогосооруженияисложностиинженерно-геологическихусловий.

В инженерно-геологические изыскания входит инженерногеологическая съемка, в горных и сильнодислоцированных районах – расшифровкаихтектоническойсхемы(изучениетектоникирайона). Нарядусосъемкойпроизводятразведочныеработы: проходятсягорныевыработки и скважины, а также производятся лабораторные исследования грунтов.

Наоснованиивыполненныхработопределяетсяокончательныйвариант местарасположенияи компоновкисооружения иусловияего эксплуатации.

Техническийпроектсоставляетсяпоутвержденномувпроектном заданиивариантустроительства. Инженерно-геологическиеисследования должны способствовать окончательному разрешению всех технических вопросов строительства.

Методыинженерно-геологическихизысканийтеже, что инастадии проектного задания, но степень их детальности должна быть значительновыше. Резковозрастаетобъемразведочныхработ– горных, буровых и опытных, лабораторных работ. Детальность инженерногеологическихизысканийдолжнапозволитьсоставитьккаждомуобъекту строительстванадежныйинженерно-геологическийразрезсрасчленени- ем толщи грунтов по физико-механическим свойствам.

Настадиирабочегопроекта(рабочейдокументации) ивпериод строительстванеобходимополучитьданные, потребностьвкоторыхвозникает при разработке деталей сооружения, в процессе вскрытия котлованов, принаблюденияхзаосадкойсооружениявпроцессестроительства, принаблюденияхзарежимомподземныхвод. Здесь, восновном, производятспецифическиеразведочные, опытныеилабораторныеинженер- но-геологические исследования.

Описаннаястадийностьневсегдасоблюдается. Например, дляплотинчастостадиятехническогопроектасовмещаетсясрабочимпроектированием.

131

Глава 2. Методы инженерно-геологических исследований

Инженерно-геологическая съемка заключается в визуальных и инструментальныхнатурныхисследованиях, измерении, описанииинанесении на карту района работ всех природных и искусственных факторов, определяющихинженерно-геологическиеусловия. Помимоизучения инженерно-геологическихусловийдаетсяпредварительнаяоценкаместо- рожденийстроительныхматериалов. Масштабсъемкиопределяетеедетальность: при масштабе 1:100000 выполняется 1 точка наблюдений на 1км маршрута, а при масштабе 1:10000 – 10 точек наблюдений. Среднемасштабные съемки (масштабов 1:200000, 1:100000) ведутся на первых стадиях проектирования, а крупномасштабные (1:50000, 1:25000, 1:10000), как правило, – на стадии технического проекта.

Приинженерно-геологическойсъемкеуточняетсястратиграфияи генезис пород района, исследуется тектоника и трещиноватость. Изучаются геоморфология района и участка работ (строительной площадки), гидрогеологическиеусловия, физико-геологическиеявления(устанавли- ваютсяих условия ипричины, прогнозируютсявозможностиих возникновения).

Порезультатаминженерно-геологическойсъемкивыявляютсяза- кономерностипространственногоразмещениягеологическихтел(массивов), выделяются участки, наиболее благоприятные для строительства, составляютсякартыразличногоназначения(геологическая, гидрогеологическая, геоморфологическая, инженерно-геологическая и др.).

Разведочные работы производят с целью геологического изучениятерритории, изучениягидрогеологическихусловий, отбораобразцов горныхпороддлялабораторныхисследований, проведенияопытныхработ.

Припроведенииразведочныхработпроходятсябуровыескважины и горные выработки (шурфы, канавы, расчистки и др.).

Приинженерно-геологических исследованиях научасткахстроительстваособоответственныхсооруженийпроходятсяскважиныбольшо- годиаметра(800-1300мм), аиногда– штольниилишахты. Например, при разведочных работахна участке строительства Саяно-ШушенскойГЭС, были пройдены штольни в береговых массивах горных пород и смотровыескважиныдиаметром1300ммдляисследованиятрещиноватостигорных пород основания плотины.

Из горных выработок, скважин, а также из естественных обнаженийгорныхпородотбираютобразцысестественнойструктуройивлаж-

132

ностью, консервируют, упаковывают и направляют в лабораторию для испытаний.

Опытные работы по определению фильтрационных свойств горныхпородпроводятсянесколькимиметодами: опытныеоткачки, нагнетания в скважины, наливы в шурфы и скважины.

Метод опытных откачек состоит в откачке воды из скважины, сопровождающийсясистематическиминаблюдениямизадебитомскважины и уровнем воды в ней. Опытные откачки делятся на одиночные и кустовые. При одиночной откачке наблюдения ведутся в той же скважине, из которой производится откачка воды.

Опытныенагнетанияпроводятсявтехслучаях, когданужноопределитьпроницаемостьтрещиноватыхпород. Принагнетанииопределен- ныйинтервалскважиныкаким-либообразомотделяетсяотостальнойее частиивэтотинтервалподаетсявода. Поспособностипороды, вскрытой скважинойвэтом интервале, поглощатьводусудято еепроницаемости.

Водопроницаемостьсухихпородможетбытьопределенаметодом налива. Чаще всего наливы производят по методу А.К. Болдырева, подробно описанному выше.

Дляобоснованияпроектируемогосооруженияиногданеобходимо определятьхарактеристикисжимаемостипесчаныхиглинистыхпородв полевых условиях, то есть деформационные и прочностные свойства горныхпород. Наиболеераспространенметодопытныхнагрузоквшурфах и скважинах. Он заключается в том, что с помощью различных приспособленийсоздаетсянагрузканаспециальныйштамп, установленный на дне шурфа или на забое скважины. При этом измеряется деформация пород под штампом.

Физико-механическиесвойствагрунтовопределяютметодомзон- дирования(пенетрации) – вдавливаниемзондавпороду. Различаетсястатическоезондирование– вдавливаниезондадомкратамиидинамическое зондирование – забивка зонда.

Прочностьскальныхпородобычноопределяетсявлаборатории, но иногда, наособоответственныхсооружениях, иприсложныхинженерногеологических условиях, и в полевых условиях. Применяют методы обрушения, раздавливанияцеликапороды, иизредка– методсдвигацелика скальнойпородыилисдвигабетонного монолитапо плоскости«бетон– скала».

Наиболее распространенными геофизическими методами при инженерно-геологическихисследованияхявляютсяметодыэлектриче-

ской разведки. Они основаны на различиях горных пород по электрическимсвойствам, впервуюочередь– посопротивлению. Существуютме-

133

тоды: вертикальногоэлектрическогозондирования, электрическогопрофилирования и электрокаротажа в скважинах.

Вертикальноеэлектрическоезондирование(ВЭЗ) применяется для изученияразреза породпо изменениювеличины кажущегося удельногосопротивлениясглубиной(см. рис. 8.1). ЕслиизмерятьтокI между питающими электродами А и В и разность потенциалов V между приемнымиэлектродамиМиN, тосопротивлениегеоэлектрическогоразреза S может быть подсчитано по формуле S = K V / I , где К – коэффициент установки, учитывающий расстояния между электродами.

Рис. 8.1. Схема установки для электроразведки и обозначения расстояний между электродами.

Метод основан на том, что с увеличением расстояния между питающимиэлектродами(разносов), полетоковыхлинийсмещаетсявнизпо разрезупород, захватываявсеболееглубоколежащиеслои. Обычносчитается, что глубина разведки равна ⅓ величины разноса (см. рис. 8.2).

Электропрофилирование(ЭП), вотличиеотВЭЗ, заключаетсяв том, чтоустановкапередвигаетсяпокакому-либопрофилю, арасстояние междуэлектродами(разнос) и, следовательно, глубинаисследованияостаются постоянными.

Электрический каротаж применяется при бурении скважин. Принципиальноустановкадлякаротажанеотличаетсяотустановки, используемойдляВЭЗилиэлектропрофилирования. Питающиеиприемные электроды смонтированы на каротажном зонде, который опускается в скважину (см. рис. 8.3).

134

Рис.8.2. Увеличение глубины исследований при изменении расстояний между питающими электродами.

Рис. 8.3. Схема установки для каротажа скважин.