6.2. Современные технические средства, применяемые при инженерно-геологических изысканиях

Инженерно-геологические изыскания выполняют с применением прогрессивных методов производства работ, современных приборов и оборудования.

Одним из эффективных методов инженерно-геологических изысканий и поиска месторождений строительных материалов являются космические съемки и аэрогеологические методы.

Космические съемки применяют для выявления линий тектонических разломов, гидрогеологических условий, мест образования наледей.

Аэрокосмические методы значительно снижают объем трудоемких полевых работ и повышают качество инженерно-геологических изысканий.

При инженерно-геологическом дешифрировании аэрофотоснимков устанавливают типы геоморфологических элементов, контуры генетических и литологических разновидностей грунтов, характер современных физико-геологических явлений, общие инженерно-геологические условия.

По аэрофотоснимкам на основе анализа тона изображений и своеобразному растительному покрову могут быть выявлены участки местности с сырыми и избыточно-увлажненными грунтами, а по характеру рельефа - участки со скальными породами или мягкими грунтами. Сравнительно легко выявляют сухие места с обеспеченным хорошим поверхностным стоком, без признаков заболачивания и с глубоким залеганием грунтовых вод, а также сырые участки с необеспеченным стоком поверхностных вод и с признаками заболачивания даже при достаточно глубоком залегании грунтовых вод. Намечают последовательность и направление наземных маршрутов для поисков месторождений строительных материалов и резервов грунта.

Однако основной объем разведочных инженерно-геологических и инженерно-гидрогеологических изысканий выполняют бурением скважин. Для этого используют самоходные и переносные станки механического бурения. Перечень рекомендуемых станков для проходки скважин в зависимости от преобладающих грунтов приведен в табл. 6.2.

Таблица 6.2.

Станки для механического бурения

Глубина скважин, м	Скальные грунты	Крупнообломочные и песчаные грунты	Глинистые грунты	Мерзлые грунты
До 10	УКБ-12/25	АВБ-2М, М-1, УРБ-1, УРБ-М, БУКС-ЛГТ	Булиз-15,М-1,АВБ-2М, БУКС-ЛГТ	Булиз-15, М-1, М-1, АВБ-2М
От 10 до 30 м	УКБ-12/25, УГБ-1ВС, БСК-2М-100, БЕКГМ-1-100	АВБ-2М, УГБ-1ВС, БУКС-ЛГТ	АВБ-2М, УГБ-1ВС, БУКС-ЛГТ, Булиз-15	УГБ-1ВС
От 30 до 100м	УГБ-1ВС, АВБ-Т, БСК-2М-100	УГБ-1ВС, УРБ-2А2, АВБ-ТМ	УГБ-1ВС, АВБ-ТМ, АВБ-2М	УГБ-1ВС, АВБ-М
Свыше 100 м	УРБ-3АМ, УРБ-3А3	УРБ-3АМ	УРБ-3АМ, УРБ-2А2	УРБ-3АМ

Переносные станки:

УКБ-12/25 и М-1 - легкие (массой до 20 кг), обеспечивают начальный диаметр скважин 100 мм, используемые способы бурения - колонковый, шнековый;

БСК-2М-100 и БЕКГМ-1-100 - тяжелые (масса 400-500 кг).

Прицепные станки:

Станок БУКС-ЛГТ - легкий, начальный диаметр устраиваемой скважины 150 мм, применяемый способ бурения - ударно-канатный.

Самоходные станки:

это станки на базе автомобилей ГАЗ-66 и ЗИЛ-131, способы бурения - ударно-канатный и колонковый, начальный диаметр скважин 300 мм (исключение составляют станок АВБ-2М с вибрационным способом бурения и станок Булиз-15 на базе ГАЗ-69 с комбинированным способом бурения и начальным диаметром устраиваемых скважин 150 мм).

Для испытаний грунтов в условиях естественного залегания применяют пенетрометры динамического и статического типа, установки лопастного типа, проводят штамповые и прессиометрические испытания грунтов в буровых скважинах.

Динамическое зондирование позволяет определять сопротивление грунта зонду, используемое при расчете глубины забивки свай, а также в первом приближении плотность грунта, удельное давление на глинистый грунт, угол внутреннего трения и модуль деформации. Установки динамического зондирования, предусматривающие автоматическое сбрасывание молота, приведены в табл. 6.3.

Таблица 6.3.

Установки динамического зондирования

Тип установки	Глубина зондирования, м	Тип оборудования	Масса молота, кг	Высота падения молота, см	Мощность двигателя. кВт	Масса установки, кг
УБП-15М	20	Основное	60	80	5,8	1100
НАП-10	10	Основное	60	80	Привод от автомобиля	140
АОЗ-10-15	15	Основное	60	80	5,8	450
АДЗ-2Т-25	25	Тяжелое	120	100	5,8	600
АДЗ-ЗЛ-8	8	Легкое	30	40	2,3	50

ФГУП «Росстройизыскания» внедрило в производство зондировочно-буровую геотехническую установку, которая может бурить вертикально, наклонно, с использованием практически всех видов бурения. Позволяет вести статическое зондирование с усилием до 15 и даже при необходимости 20 тонн. Совмещенное бурение со статическим зондированием позволяет проходить те слои, которые не поддаются статическому зондированию, то есть переходить на буровое зондирование, впервые примененное в нашей стране. Смысл бурового зондирования заключается в том, что установка, снабженная датчиками, позволяет измерять все основные параметры режима бурения по глубине, то есть фактически строить график затрат энергии.

Радиоуправляемая самоходная многоцелевая буровая установка GM-50GT (производство Финляндии) производит буровые работы колонковым, ударно-канатным и шнековым способами, снабжена зондами для статического и динамического зондирования. Установка позволяет считать число полуоборотов на каждые 5 см заглубления зонда. Диаметр бурения 89 мм, глубина бурения составляет до 20 м, глубина проведения динамического зондирования - 25 м, статического зондирования - 5-6 м. Установка оснащена бортовым компьютером Geoprinter, который сохраняет результаты зондирования и после проведения работ выдает лобовое сопротивление, боковое трение и поровое давление в грунте.

Динамический пенетрометр PDG 1000 фирмы VECTRA (Франция) монтируется на прицепе. Вбивание конической иглы производится с помощью сил гравитации. Откалиброванная масса ударяет с регулярным интервалом по наковальне, связанной со стержнем держателя иглы. Погружение иглы в исследуемый грунт измеряется датчиком перемещения, установленным наверху стойки. Датчик давления фиксирует величину давления в гидравлической цепи в момент поднятия молотка после каждого удара. Установка имеет диаграмму сопротивления при вбивании калибровочной иглы под стандартным нагружением. Определено соотношение между плотностью грунта и сопротивлением вбиванию для всех видов и составов грунтов.

Метод статического зондирования позволяет получить сопротивление грунта, используемое при расчете забивки свай, а также приблизительные плотность грунта, угол внутреннего трения, модуль деформации и удельное давление на глинистые грунты. Метод основан на том, что грунты в зависимости от их структурных особенностей, состава и строения оказывают различное сопротивление прониканию зонда с рабочим наконечником, имеющим обычно форму конуса. Из установок статического зондирования наиболее распространены следующие: С-979, С-832, УСЗК-3, УСЗК-73В, СП-59 и ПИКА-9 (пенетрометроприставка к УГБ-1ВС), которые позволяют выполнить зондирование на глубину до 15-20 м, имеют массу 0,3-2,6 кг. В качестве регистрирующей аппаратуры используются манометры, динамометры, самописцы, манометры-тензодатчики, измерительные головки и т.д.

Для болотных грунтов следует применять пенетрометр П-4 конструкции Тверского государственного технического университета (ТГТУ). Пенетрометр П-4 включает помимо наконечника стержень для оценки трения штанг о грунт, соединительные штанги, упор и рукоятку, витую пружину и индикатор часового типа.

При задавливании конуса в грунт оператор на определенных глубинах фиксирует показания индикатора. В качестве показателя, характеризующего зондирование, вычисляется удельное сопротивление зондированию и строится график изменения по глубине усилия задавливания, а также удельного сопротивления зондированию.

При испытании слабых грунтов на сдвиг в условиях природного залегания используют приборы лопастного типа: сдвигомер-крыльчатка конструкции ТГТУ СК-8, крыльчатка ЦНИИС и сдвигомер-крыльчатка БелдорНИИ.

Испытание заключается в измерении максимального крутящего момента, возникающего при срезе грунта во время вращения в нем крестообразной лопасти. При повороте следят за стрелкой индикатора до тех пор, пока не прекратится ее отклонение и не начнется спад.

Отличительной особенностью сдвигомера-крыльчатки БелдорНИИ является наличие динамометрического устройства и двух крыльчаток с различными диаметрами. Крыльчатку ЦНИИС (комплектуется крыльчатками четырех размеров) используют, когда верхние слои слабой толщи осушены и уплотнены, поэтому при ее применении необходимо предварительное бурение.

ФГУП «Росстройизыскания» разработаны автоматизированные компрессионные сдвиговые приборы «Питон-К», «Питон-В», «Пласт-К», «Пласт-С», которые представляют результаты испытаний в цифровом виде.

Для выполнения гидрогеологических изысканий может быть использован многоканальный датчик «Madosolo» французской фирмы «IRIS INSTRUMENTS», предназначенный для контроля уровня грунтовых вод, как при единичных, так и стационарных наблюдениях. Прибор принимает электрические сигналы с сенсора, непосредственно производимые им самим. Временной интервал снятия показаний программируется от 1 мин до 24 час. Зафиксированные от 13 000 до 28 000 результаты измерений заносятся в электронную память прибора и преобразуются с помощью компьютера в обычные физические величины. Условия работы прибора: температура от -25° до +70°С при влажности от 0 до 100 %, точность измерений 0,2 %.

Помимо буровых и шурфовых работ, пенетрометров и установок лопастного типа используют геофизические методы исследований. Их стали широко применять при системном автоматизированном проектировании. Эти методы позволяют собирать инженерно-геологическую информацию в пределах широкой полосы варьирования трассы для последующего построения цифровых и математических моделей инженерно-геологического и гидрогеологического строения местности. Геофизические методы изысканий описаны в разделе 6.7.