Г. Региональная инженерная геология и геодинамика
Общие сведения об инженерно-геологических условиях в РБ.
Общие сведения об инженерной геологии и геодинамике в РБ. Размещение территорий РБ в зоне соприкосновения двух планетарных тектонических единиц восточно-европейской платформы и уральской складчатой области предопределило разнообразие и богатство её геологических структур, горных пород, полезных ископаемых и стройматериалов. Платформенная часть(2/3) наиболее пригодна для строительства дорожной сети, четвертичные отложения практически сплошной толщей, иногда значительной мощности, покрывают земную поверхность платформы и представляет собой продукты выветривания магматических пород в течении 1,5…2 млн. лет и формирование осадков ( глина, суглинок, песок, галька ). Глубина промерзания в среднем 180 см для песков, 160 для глин. В РБ 13 тыс. рек общей длинной 57 тыс. км, что оборачивается оползневыми явлениями и необходимостью строительства в основном средних малых мостов. Абс. отм. на платформе 60…480 м. Горная часть РБ с хребтами (Нары, Башмау, Еремель) являются частью Уральского поднятия Абс. отм. 550…1640. Зауральская часть РБ сложена вулканическими слабометаморфизированными толщами, представлена низкогорьем восточного склона южного Урала и высокими равнинами отметки 350…600 м.
Общие сведения об опасных геологических процессах в РБ (СНиП-22-02)
Общие сведения об опасных геологических процессах в РБ. Подтопление: процесс подьема уровня подземных вод или увеличения влажности грунтов, обусловлены превышением приходных статей водного баланса над расходными. Это происходит под влиянием комплекса техногенных факторов ,зависит от местных природных условий. Оползни: смешение грунтовых толщ, без нарушения контакта с массивом грунта. Характерна для местности имеющей разные отметки поверхности. Причины: подтопление, пригруз, подрезка основания, замачивание поверхности в экстремальном режиме, динамические воздействия. Карст: сложный физико-химический и механический процесс растворения ГП, образование пор, пустот полостей в грунтовых толщах, обрушение их кровли. Морозное пучение – явление деформации поверхности земли вследствие поднятия и замерзания подземной воды. Это химический процесс, вследствие которого происходит набухание почвы.
Подтопление: сущность, причины, ущерб. Схема.
повышение уровня подземных, обычно грунтовых, вод, вызванное естественным или искусственным увеличением приходной части их водного баланса, а также возникновением препятствий их движению. Часто причиной служит подпор поверхностных вод. В естественных условиях подтопление имеет временный, сезонный характер, напр. в период весеннего половодья или наступления многолетней фазы повышенной увлажнённости. Явление подтопления обычно наблюдается при создании водохранилищ, прудов, нарушении путей естественного движения подземных вод в ходе строительных работ. Подтоплению способствует утечка воды из водопроводных и канализационных сетей, фильтрация воды из искусственных водоёмов, каналов, на орошаемых землях. Подтопление в осн. неблагоприятное явление для хозяйства, поскольку приводит к заболачиванию тер., снижает продуктивность с.-х. культур, особенно в р-нах достаточного и избыточного увлажнения, сказывается на устойчивости инженерных сооружений и т. п. Осн. средства борьбы с подтоплением – осушение, дренаж территории.
Оползни: сущность, виды, причины, последствия. Схема.
Это скользящее смещение горных пород на склонах под действием гравитации и при участии поверхностных или подземных вод. Явление это частое и свойственно склонам долин, оврагов, балок, берегам морей, искусственным выемкам. Большое влияние на развитие оползневых процессов оказывает геологическое строение и литологический состав пород скулона. Наиболее часто оползни проявляются при залегании слоев с падением в сторону склона. Типичными оползневыми породами следует считать различные глинистые образования, для которых характерно свойство «ползучести». Оползневые тела могут иметь сложное строение. На одном и том же участке одну или несколько поверхностей скольжения. В этом случае различают оползни одно-, или двух- и многоярусные. Оползни можно разделить на скользящие и постепенно скользящие. При соскальзывании тело оползня перемещается мгновенно, в один прием. Большинство оползней смещается постепенно, хотя и с различной скоростью – от долей миллиметров в сутки до нескольких десятков метров в час. Классификация оползней предусматривает:
– собственно оползни происходят только путем скольжения земляных масс по склону. Плоскость скольжения обычно располагается на значительных глубинах;
– сплывы – смещение земляных масс на большей площади вследствие водонасыщения верхних слоев. Глубина залегания плоскости скольжения до 1 м ;
– оползни–обвалы – представляют собой смещение земляных масс одновременно по типу скольжения и обвала для крутых склонов.
Различают оползни действующие и недействующие. Действующие оползни требуют применения противооползневых мероприятий, зависящих от причин, которые порождают данный оползень. Недействующие оползни движений не проявляют. Сползание произошло достаточно давно и поверхность оползневого тела и следы смещения сглажены геологической деятельностью атмосферных вод.
Пучение морозное грунтов. Механизм. Схема.
При строительстве часто приходится учитывать морозное пучение - возможность увеличения объема грунта при промерзании. Пучению подвержены пылевато-глинистые грунты, а также пылеватые и мелкие пески. Это явление лишь частично объясняется тем, что объем воды, содержащейся в грунте, увеличивается при ее замерзании приблизительно на 9 %. При замерзании даже всей поровой воды в грунте увеличение его объема не превышало бы 3...4%. В то же время опыты и наблюдение в натуре показывают, что объем грунта при его промерзании иногда увеличивается на 50 и даже 100%. Рост объема грунта при его промерзании сопровождается резким увеличением влажности грунта с образованием в нем льда в виде линз и других включений. Пучение грунта развивается вследствие притока воды к фронту промерзания из нижележащих слоев. Миграция влаги зависит главным образом от движения связанной воды, окружающей твердые частицы вследствие разности сил притяжения молекул воды к поверхности твердых частиц у фронта промерзания (где толщина гидратных оболочек резко уменьшается из-за включения молекул воды в состав растущих кристаллов льда) и несколько ниже границы промерзания, а также от движения свободной воды по капиллярам.
Предотвращение морозного пучения грунтов в строительстве.
Морозное пучение вызвано миграцией глубинных вод на поверхность земной коры, следовательно чтобы морозного пучения не было необходимо удалять воду. Под дорогой делают дренаж из керамзита, щебня. Тепломелиоративные мероприятия заключаются в теплоизоляции фундамента; прокладке вблизи фундамента по наружному периметру подземных коммуникаций, выделяющих в грунт тепло. Гидромелиоративные мероприятия сводятся к понижению уровня грунтовых вод, осушению грунтов в пределах сезонно-мерзлого слоя и предохранению грунтов от насыщения поверхности атмосферными и производственными водами. Применяют открытые и закрытые дренажные системы (лотки, канавы, трубы), проектирование которых производят по СНиП 33-01 и СНиП 2.06.15. Физико-химические противопучинные мероприятия сводятся к специальной обработке грунта вяжущими и стабилизирующими веществами. Гидрофобизацию грунтов производят посредством обработки его экологически чистым веществом (полимером) при определенных гидротермических условиях.
Затопление: виды, последствия.
Карст, его сущность, условия развития и пассивации.
карстовые явления (нем. Karst, от названия плато Карст, или Крас, в Югославии), явления, возникающие в растворимых природными водами горных породах, и процесс их образования. К. характеризуется комплексом поверхностных и подземных форм, своеобразием циркуляции и режима подземных вод, речной сети и озёр: развивается в карбонатных и некарбонатных породах. В пределах материков обнажённые и погребённые карстующиеся породы занимают (в млн. км2): карбонатные — до 40 гипсы и ангидриты — около 7, каменная соль — до 4. Карбонатные породы растворяются при участии свободной углекислоты
(CaCO3 + H2O + CO2 " Ca+++ 2HCO–3) или других минеральных и органических кислот. Сульфатные породы и каменная соль могут растворяться в воде без сопутствующих реакций. К. развивается под совокупным воздействием поверхностных и подземных вод. Растворение горной породы часто сопровождается механическим размывом. При этом размыв может подготавливаться растворением спаек между зёрнами породы, что освобождает их от сцепления и облегчает смыв.
Для поверхности карстовых местностей характерны мелкие борозды — карры,замкнутые углубления: воронки, ванны, котловины, полья, естественные колодцы и шахты, слепые (замкнутые в нижнем конце) долины и балки. Особенно типичны воронки (конические, котлообразные, блюдцеобразные либо в виде ям неправильной формы) диаметром от 1 до 200 м и глубина от 0,5 до 50 м. На дне воронок и других понижений встречаются водопоглощающие отверстия — поноры. Котловины и воронки могут то заполняться водой, то осушаться (периодически исчезающие озёра). Котловины площадью до нескольких десятков и сотен км2,с крутыми бортами, ровным дном, исчезающими речками и ручьями известны под названием польев.
В закарстованных массивах образуются различные подземные ходы, полости, пещеры, которые часто развиваются вдоль трещин. Длиннейшие пещеры мира превышают 100 км (например, пещерные системы Флинт-Ридж в Кентукки, США, Хёллох в Альпах, Швейцария). Глубокие карстовые колодцы и естественные шахты, или пропасти, составляют переход между поверхностными и подземными формами К. Глубочайшие пропасти мира — Пьер-Сен-Мартен 1110 м (Франция — Испания) и Берже 1122 м (Изер, Франция). В СССР Назаровская пропасть в районе Сочи на Западном Кавказе имеет глубину около 500 м.
Комплекс поверхностных и подземных карстовых форм наиболее полно выражен в том случае, когда поверхность растворимых горных пород обнажена — голый К. Но растворимые горные породы могут быть покрыты: слоем почвы и дёрна (тогда отсутствуют обнажённые карры) — задернованный К.; нерастворимыми рыхлыми осадками (для поверхности характерны воронки и другие формы "просасывания", образующиеся путём вмывания в трещины и пустоты карстующихся толщ рыхлых покровных образований) — покрытый К.; нерастворимыми скальными образованиями (из поверхностных форм характерны только провалы) — бронированный К. Растворимые породы могут быть вообще глубоко погребены под некарстующимися толщами, и тогда карстовые формы на поверхности не выражены — погребённый К. Своеобразные карстовые ландшафты наблюдаются в тропических странах, нередко с характерными останцами из известняков (конический К., башенный К. и др.). Своеобразно протекают карстовые процессы в условиях распространения многолетнемёрзлых горных пород.
Карстовые местности бедны поверхностными водотоками. Реки и ручьи часто уходят в подземные полости, проделав в них часть своего пути, выходят опять на поверхность в виде мощных источников (воклюзов), главным образом по краям карстовых массивов. Циркуляция подземных вод наиболее интенсивна в при-долинных участках и в зонах тектонических нарушений, где сильнее развивается К. В платформенных равнинных условиях внутренней части ("ядра") водоразделов обычно бывают закарстованы слабее, чем при долинные участки.
С карстовыми явлениями внешне сходны явления псевдокарста, возникающие во льду и мёрзлых грунтах (термокарст), в мелкообломочных и пористых грунтах ("кластокарст", "глинистый К.", "лёссовый К.", механическая суффозия, просадки); в их развитии основную роль играют физические процессы — таяние льда, механическое воздействие движущейся воды и пр. Процессы, связанные с выщелачиванием солей из рыхлых грунтов, с растворением известкового и гипсового цемента песчаников и конгломератов, составляют группу карстово-суффозионных процессов. В этих породах вода растворяет только включения или цемент, а основная масса породы (глинистые частицы, песок, галька) удаляется механическим действием движущейся воды.
Карст осложняет промышленное, жилищное и транспортное строительство, сооружение ГЭС, водохранилищ (известны случаи фильтрации воды из водохранилищ и даже разрушения плотин из-за явлений К.). Подземные полости и трещины уменьшают прочность грунта, что заставляет вести специальные изыскания при строительстве, прокладке дорог и т.д. При относительно слабом развитии К. допускается строительство жилых зданий в 5 этажей с обязательным усилением фундаментов, закладки железобетонных поясов и т.п.
К. нередко затрудняет добычу полезных ископаемых в закарстованных массивах, но иногда используются его дренирующие свойства. Вместе с тем некоторые полезные ископаемые выполняют карстовые полости, образуя месторождения свинцовых, цинковых и железных руд, бокситов, фосфоритов, нефти и горючих газов, россыпей золота, алмазов и др.
В СССР К. развит во многих районах на Восточно-Европейской равнине, в Крыму, на Урале и в Предуралье, на передовых хребтах Большого Кавказа, в Средней Азии (плато Устюрт, хребты Каратау, Алайский, Зеравшанский, Петра Первого и др.), местами в Казахском мелкосопочнике, в горах Южной Сибири, в Приангарье и на Дальнем Востоке. За рубежом особенно интенсивно К. развит в Югославии, считающейся страной классического К., во многих др. странах Западной Европы, в различных районах США, в Вест-Индии (на Кубе, Пуэрто-Рико, Ямайке), в Китае (особенно в Гуанси-Чжуанском автономном районе и провинции Юньнань), на полуострове Индокитай и др.
Защелачивание глинистого грунта и его пагубность.
защелачивание применяется для инъекционного закрепления глинистых грунтов. 1) в грунт вводят водный раствор NaOH. 2) вначале грунт обрабатывают насыщенным раствором гидроксида кальция, а затем вводят 2,5-4 нормальный раствор. Результатом такой обработки яв-ся образование новых структурных связей. При наличии в грунтах гипса, кальцита и других минералов в грунтах кристаллизуется гидросиликаты кальция и магния. Результатом такого преобразования твердой компоненты яв-ся увеличение прочностных характеристик глинистых грунтов. Защелачивание грунтов , как преднамеренное мероприятие путём инъекции концентрированной 10…40%-ной (2,5…10 н) щёлочи является всесторонне пагубным для окружающей среды, поскольку глинистые грунты поглощают только 25 кг щёлочи на 1 м3 грунта, остальное в количестве 215 (275) кг растекается в подземном пространстве, заражая, загрязняя, разъедая всё на своём пути. 4. Процесс защелачивания трудно управляем, порой непредсказуем, о чём свидетельствуют бросовые работы с отрицательным эффектом в виду специфики осадочных горных пород.
Методы закрепления и уплотнения грунтов, цель, сущность, технологии.
Цементация и битумизация заключается в инъекции цементного раствора эли разогретого битума. Эти способы применяют для пористых грунтов с высоким коэффициентом фильтрации, а также трещиноватых скальных пород. Химическим способом закрепляют песчаные и лёссовые грунты, нагнетая в них химические растворы. Термическое закрепление заключается в обжиге лессовых грунтов горячими газами, которые нагнетаются через скважины в их поры. Устройство грунтовых подушек заключается в замене слабого грунта основания другим, более прочным. Вытрамбовку котлованов осуществляют с помощью тяжелых трамбовок, подвешенных на стреле крана. Этот способ менее сложен, поскольку не требует замены грунта основания. Смолизация околосвайного грунта позволяет закрепить грунт и не дает сваям проседать. Многосекционные сваи – метод в котором рядом с уже вбитой сваей вбивают еще одну, для распределения нагрузки.
Область применения грунтов в строительной отрасли.
Изменчивость свойств грунтов в пространстве.
Зависимость свойств грунтов от внешних воздействий.
Инженерно-геологические изыскания для строительства (СНиП 11-02-96). Задание на изыскания.
Технические требования и рекомендуемые правила в развитие и обеспечение основных положений СНиП 11-02-96 регламентируются и детализируются сводами правил, в которых устанавливается состав и объем работ, технология и методика их выполнения для отдельных видов инженерных изысканий, в том числе для различных видов строительства, выполняемых в районах развития опасных природных и техноприродных процессов, на территории распространения специфических грунтов, а также в районах с особыми природными и техногенными условиями. В состав инженерных изысканий для строительства входят следующие основные их виды: инженерно-геодезические, инженерно-геологические, инженерно-гидрометеорологические, инженерно-экологические изыскания, изыскания грунтовых строительных материалов и источников водоснабжения на базе подземных вод.Кинженерным изысканиям для строительства также относятся: геотехнический контроль; обследование грунтов оснований фундаментов зданий и сооружений;оценка опасности и риска от природных и техноприродных процессов;обоснование мероприятий по инженерной защите территорий;локальный мониторинг компонентов окружающей среды;геодезические, геологические, гидрогеологические, гидрологические, кадастровые и другие сопутствующие работы и исследования (наблюдения) в процессе строительства, эксплуатации и ликвидации объектов;научные исследования в процессе инженерных изысканий для строительства предприятий, зданий и сооружений;авторский надзор за использованием изыскательской продукции в процессе строительства в составе комиссии(рабочей группы);инжиниринговые услуги по организации и проведению инженерных изысканий.
Изыскания для разработки предпроектной документации (СНиП 105-97,гл. 6).
Инженерно-геологические изыскания для разработки предпроектной документации должны обеспечивать изучение инженерно-геологических условий территории (района, площадки, трассы) проектируемого строительства и составление прогноза изменения этих условий в период строительства и эксплуатации предприятий, зданий и сооружений.Инженерно-геологические исследования и изыскания для разработки предпроектной документации проводятся:при составлении различного рода схем, концепций и программ развития регионов;при разработке градостроительной документации;при разработке обоснований инвестиций в строительство предприятий, зданий и сооруженийДля предпроектной документации, разрабатываемой с целью составления генеральных схем развития и размещения производительных сил отраслей, комплексной оценки и использования территорий, принятия принципиальных решений по размещению объектов строительства материалы инженерно-геологических исследований территории должны обеспечивать составление карт инженерно-геологического районирования в масштабах 1:100000-1:200000
Изыскания для разработки проекта (СНиП 105-97, гл. 7).
Инженерно-геологические изыскания для разработки проекта строительства предприятий, зданий и сооружений должны обеспечивать комплексное изучение инженерно-геологических условий выбранной площадки (участка, трассы) и прогноз их изменений в период строительства и эксплуатации с детальностью, достаточной для разработки проектных решений.Инженерно-геологические изыскания должны обеспечивать получение материалов и данных для обоснования компоновки зданий и сооружений, конструктивных и объемно-планировочных решений, составления генерального плана проектируемого объекта, разработки мероприятий и сооружений по инженерной защите, охране геологической среды и созданию безопасных условий жизни населения, проекта организации строительства. При инженерно-геологических изысканиях для разработки проекта следует выполнять инженерно-геологическую съемку исследуемой территории площадки.
Изыскания для разработки рабочей документации (СНиП 105-97, гл. 8).
Инженерно-геологические изыскания для разработки рабочей документации должны обеспечивать детализацию и уточнение инженерно-геологических условий конкретных участков строительства проектируемых зданий и сооружений и прогноз их изменений в период строительства и эксплуатации с детальностью, необходимой и достаточной для обоснования окончательных проектных решений. Инженерно-геологические изыскания должны обеспечивать получение материалов и данных, необходимых для разработки окончательных объемно-планировочных решений, расчетов оснований, фундаментов и конструкций проектируемых зданий и сооружений, детализации проектных решений по инженерной защите, охране окружающей среды, рациональному природопользованию и обоснованию методов производства земляных работ в соответствии с требованиями п. 4.20 СНиП 11-02-96. Инженерно-геологические изыскания следует выполнять, как правило, на конкретных участках размещения зданий и сооружений в соответствии с проектом, в том числе на участках индивидуального проектирования и переходов через естественные и искусственные препятствия трасс линейных сооружений. Состав и объемы изыскательских работ следует устанавливать в программе изысканий с учетом вида (назначения) зданий и сооружений (трасс), уровня их ответственности, сложности инженерно-геологических условий, наличия данных ранее выполненных изысканий и необходимости обеспечения окончательного выделения инженерно-геологических элементов, установления для них нормативных и расчетных показателей на основе определений лабораторными и (или) полевыми методами физических, прочностных, деформационных, фильтрационных и других характеристик свойств грунтов, уточнения гидрогеологических параметров водоносных горизонтов, количественных характеристик динамики геологических процессов и получения других данных для осуществления расчетов оснований, фундаментов и конструкций зданий и сооружений, обоснования их инженерной защиты, а также для решения отдельных вопросов, возникших при разработке, согласовании и утверждении проекта.
Статическое и динамическое зондирование грунтов (ГОСТ 20069-81,ГОСТ 19912-81). Графики зондирования.
ДИНАМИЧЕСКОЕ ЗОНДИРОВАНИЕ. Испытание грунта методом динамического зондирования проводят с помощью специальной установки, обеспечивающей внедрение зонда ударным или ударно-вибрационным способом. При динамическом зондировании измеряют: глубину погружения зонда от определенного числа ударов молота (залога) при ударном зондировании; скорость погружения зонда при ударно-вибрационном зондировании. По данным измерений вычисляют условное динамическое сопротивление грунта погружению зонда.
СТАТИЧЕСКОЕ ЗОНДИРОВАНИЕ. Испытание грунта методом статического зондирования проводят с помощью специальной установки, обеспечивающей вдавливание зонда в грунт. При статическом зондировании по данным измерения сопротивления грунта под наконечником зонда и на боковой поверхности зонда определяют: удельное сопротивление грунта под наконечником (конусом) зонда; общее сопротивление грунта на боковой поверхности; удельное сопротивление грунта на участке боковой поверхности (муфте трения) зонда.
Условные графические обозначения в документации по инженерно-геологическим изысканиям (ГОСТ 21.302-96, гл.6).
Изыскания грунтовых и местных строительных материалов (СНиП 109-98, СНиП 11-02-96, гл.9)
Изысканий грунтовых строительных материалов: сбор, обобщение и использование имеющихся фондовых материалов изысканий прошлых лет; дешифрирование космо- и аэрофотоматериалов; маршрутные наблюдения (рекогносцировочное обследование);проходка горных выработок; геофизические исследования; опытные полевые работы; гидрогеологические исследования; отбор проб грунтовых строительных материалов; стационарные наблюдения; лабораторные исследования проб грунтовых строительных материалов; опытно-производственные исследования с участием строительных организаций; обследование, земляных сооружений; работы и исследования в составе других видов инженерных изысканий; камеральная обработка материалов; составление технического отчета (заключения). . Сбор и обобщение имеющихся фондовых материалов изысканий прошлых лет выполняется на первом этапе изысканий грунтовых строительных материалов для составления программы изысканий и их оптимальной организации. Сбору, обобщению и использованию подлежат: сведения о действующих и законсервированных карьерах по добыче различных видов грунтовых и местных строительных материалов, их принадлежности, производительности, качестве, использовании, возможности и условиях их получения; По результатам сбора, обобщения и анализа указанных материалов в программе (предписании) изысканий и техническом отчете (заключении) должна быть дана оценка их качества, достоверности, степени изученности и возможности использования этих материалов для решения соответствующих проектных задач. Изыскания грунтовых строительных материалов должны обеспечивать получение необходимых и достаточных данных об их источниках, количестве, качестве и горно-геологических условиях для проектирования и организации временных карьеров по добыче грунтовых материалов, не являющихся местными строительными материалами и предназначенных для возведения земляных сооружений (насыпных, намывных плотин, дамб, дорог и т.п.) и других проектируемых объектов строительства.
Оборудование для инженерно-геологических изысканий.
Инженерно-геологическая колонка. Шурф.
Назначение: ввод данных по инженерно-геологическим выработкам, оформление и выпуск чертежей инженерно-геологических колонок, обмен геологическими данными с другими системами.Области применения: инженерно - геологические изыскания, геологическое обеспечение проектирования промышленных, гражданских и транспортных объектов.Шурф- вертикальная (редко наклонная) горная выработка небольшой глубины (до 25 м), проходимая с земной поверхности для разведки полезных ископаемых, вентиляции, водоотлива, транспортирования материалов, спуска и подъёма людей и для других целей.. шурфы помогают детально изучать геологическое строение участка, производить отбор любых по размеру образцов с сохранением их структуры и природной влажности. По мере проходки шурфа непрерырвно ведут геологическую работудокументацию- записывают данные о вскрываемых породах, условиях их залегания , появление грунтовых вод, производят отбор образцов. По окончании разведочных работ шурфы тщательно засыпают , грунт утрамбовывают
Инженерно-геологический разрез. План местности. Пояснения.