Инженерно-геологические изыскания

Инженерно-геологические  изыскания

Введение 

Целью инженерно-геологических изыскания  является изучение условий строительства зданий и сооружений для обеспечения их нормальной работы, как в период строительства, так и в процессе эксплуатации. Изыскания должны обеспечить проекты строительства качественной инженерно-геологической информацией.

Задача исследований – изучение геологического строения, геоморфологии, гидрогеологических условий, природных геологических и инженерно-геологических процессов, свойств горных пород и прогноз их изменений при строительстве и эксплуатации различных сооружений.

Введение инженерно-геологических  изысканий регламентируется основным нормативным документом в строительстве СНиП 11-02-96 «Инженерные изыскания для строительства». Данный документ определяет порядок, состав, объем и виды выполняемых работ изысканий для различных этапов проектирования, строительства и эксплуатации объектов и различных геологических обстановках, а так же состав документации по результатам изысканий, порядок их предоставления и приемки, а также ответственность исполнителей и заказчиков (проектировщиков).

Состав исследований определяется программой, согласованной с проектной  организацией. В состав работ входят: сбор, изучение и анализ имеющихся геологических материалов по району строительства; инженерно-геологическая и гидрогеологическая съемка; буровые и горнопроходческие разведочные работы; геофизические исследования; опытные  полевые работы; стационарные наблюдения; лабораторные исследования грунтов и подземных вод; камеральная обработка и составление отчета.

Методы инженерно-геологических  изысканий

Инженерно-геологические изыскания  производятся по стадиям. Первая на комплексной инженерно-геологической съемке, при которой кроме изучения инженерно-геологических условий будущего строительства необходимо провести поиски месторождений полезных ископаемых, в том числе строительных материалов и составить геологическую карту. На проектной стадии масштабы инженерно-геологических съемок устанавливают в пределах 1:25000 до 1:2000 и даже 1:1000 в зависимости от вида строительства, стадии проектирования, степени изученности исследуемых территорий и сложности инженерно-геологических условий. В процессе съемки изучаются геологическое строение местностит (стратиграфия, литология, тектоника и др.), геоморфология, гидрогеология, физико-геологические яваления (оползни, суффозия, карст, просадка лёссовых грунтов и др.), физико-механические свойства исследуемых пород, состояние существующих сооружений и инженерно-геологические явления.

Главная цель инженерно-геологической  съемки заключается в исследовании геологического строения грунта на глубину активной зоны. Для жилищного строительства слагаемые основания породы исследуются ниже подошвы фундамента на 10-12 м в зависимости от вида фундамента и этажности здания. В период строительства при проходке котлованов производят сверку наблюдаемых  геологических данных с геологическими материалами, полученными в период инженерно-геологических исследований до проектирования. При наличии расхождений назначают дополнительные инженерно-геологические работы для подтверждения правильности выполненного проекта или внесения в него необходимых исправлений.

При эксплуатации зданий и сооружений во многих случаях целесообразны  работы, связанные с подтверждением прогноза устойчивости объектов. Проводят наблюдения за характером и величиной осадок, режимом грунтовых вод и рек, размывом берегов, устойчивостью склонов и.т.д. К этому периоду относят работы, получившие названия инженерно-геологической экспертизы. Задачей таких исследований является установление причин возникновения деформаций зданий и сооружений.

Инженерно-геологические работы выполняют  в три этапа:

1. подготовительный
2. полевой
3. камеральный

Подготовительные работы включают изучение района по архивным, фондовым и литературным материалам. Осуществляется подготовка к полевым работам.

В полевой период проводят все инженерно-геологические  работы, предусмотренные проектом для  данного участка:

- инженерно-геологическая съемка;

- разведочные работы и геофизические исследования;

- опытные полевые исследования  грунтов;

- изучение подземных вод;

- анализ опыта местного строительства  и.т.д.

В течение камерального периода  производят обработку полевых материалов и результатов лабораторных анализов, составляют инженерно-геологический отчет с соответствующим графическим приложениями в виде карт, разрезов и.т.д.

Инженерно-геологический отчет  является итогом инженерно-геологических  изысканий. Отчёт передается проектной организации, и на его основе выполняется необходимая проектная документация для строительства. В общем виде отчёт состоит из введения, общей и специальной частей, заключения и приложений. Во введении указывают место проведения изыскательских работ и время года, исполнители и цель работ. В общей части, в её отдельных главах дается описание:

- рельефа, климата, населения,  растительности;

- геологии с приложением геологических  карт и разрезов;

- карт строительных материалов, которые необходимы для выполнения  строительных работ.

В специальных главах большое внимание уделяется грунтам и подземным водам. Грунты являются основным объектом исследований. Поэтому указываются какие грунты, их свойства, выраженные в цифрах, что необходимо для определения расчетных характеристик, пригодность грунта для строительства объекта.

Подземные виды оцениваются в двух направлениях: как источники водоснабжения  при строительстве и эксплуатации объекта и как они могут  помешать строительству. В этом случае даются рекомендации по строительному  водопонижению и устройства дренажей на период эксплуатации объекта.

В заключительной части отчета дается общая инженерно-геологическая оценка участка по пригодности для данного строительства, указываются наиболее приемлемые пути освоения территории, заостряется внимание на вопросах охраны окружающей среды. отчет обязательно должен иметь приложение, в котором дается различный графический материал (карты, разрезы, колонки скважин и др.), а также таблицы свойств грунтов, химических анализов воды, каталог геологических выработок и др.

Инженерно-геологические заключения. В практике инженерно-геологических исследований очень часто вместо больших отчетов приходиться составлять инженерно-геологическое заключение. Выделяется три вида заключений: 1) по условиям строительства объекта; 2) о причинах деформации зданий сооружений и 3) экспертиза. В первом случае заключение носит характер инженерно-геологического отчёта. Такое заключение может быть выполнено для строительства отдельного здания.

Инженерно-геологическая экспертиза проводится главным образом, по проектам крупных сооружений. Основой для экспертизы является наличие спорных и разноречивых оценок природных условий (в процессе изысканий) или аварий сооружений (в процессе эксплуатации).

Экспертиза устанавливает:

- правильность приемов исследований;

- достаточность объемов работ;

- правомерность выводов и рекомендаций;

- причины аварий и.т.д.

По объему работы экспертиза бывает кратковременная и длительная. В первом вопрос решается практически сразу. Выводы излагаются в виде заключения. Во втором экспертиза кроме изучения имеющихся материалов требует выполнения специальных работ по определенной программе с указанием сроков. По окончании работ выводы могут быть изложены в виде заключения или даже небольшого инженерно-геологического отчёта.

Экспертиза должна давать отчет на поставленные вопросы, содержать необходимые конкретные рекомендации, обоснования и доказательства целесообразности предлагаемых инженерно-геологических мероприятий.

Инженерно-геологическая съемка представляет собой комплексное изучение геологии, гидрогеологии, геоморфологии и других естественноисторических условий района строительства. Эта работа даёт возможность оценить территорию со строительной точки зрения. Масштаб инженерно-геологической съемки определяется детальностью инженерно-геологических исследований и колеблется от 1:200000 до 1:10000 и крупнее. Основой для проведения съемки служит геологическая карта данной территории.

Геоморфологические исследования уточняют характер рельефа, его возраст  и происхождение. При геологических работах определяют условия залегания пород, их мощность, возраст, тектонические особенности, степень выветрелости и т.д. Для этой цели изучают естественные обнажения, представляющие собой выходы на поверхность слоёв горных пород на склонах гор, оврагов, речных долин. Для каждого слоя записывают наименование породы, окраску, состав, примеси, измеряют видимую мощность и элементы залегания. На карте указывается место нахождения обнажения. Наиболее характерные для данного района обнажения зарисовывают и фотографируют. Районы, где наблюдается большое количество обнажений, называют открытыми, при отсутствии их закрытыми. В закрытых районах геологическое строение изучают с помощью разведочных выработок (буровых скважин, шурфов, траншеи, шахты и.т.д) выработки документируются. одновременно из них выбирают пробы образцов пород для лабораторных исследований.

При инженерно-геологической съемке изучают гидрогеологические условия  для выяснения обводненности пород, глубины залегания подземных вод, их режима и химического состава; выявляют геологические явления и процессы (обвалы, осыпи, оползни, карсты и.т.д.), которые могут вредно отразиться на устойчивости и нормальной эксплуатации зданий и сооружений, изучают опыт строительства на данной территории, определяют физико-механические свойства пород полевыми методами, а также в специальных полевых лабораториях. В процессе инженерно-геологической съемки производят поиски месторождений естественных строительных материалов. На основе полученных данных составляют инженерно-геологическую карту района строительства. Это дает возможность произвести инженерно-геологическое районирование территории и выделить участки, наиболее пригодные под строительство крупных объектов (промышленные предприятия, жилые микрорайоны и.т.д).

Аэрокосмические методы. Для ускорения съемочных работ и повышения их качества используют аэрометоды, которые особенно эффективны в районах, труднодоступных для наземного изучения (заболоченные низменности, пустыни и.т.д.). широкое распространение в современных условиях получили методы космической съемки, для которых разработана специальная аппаратура, методики дешифрования снимков, позволяющие получать высокоточную и достоверную информацию.

Инженерно-геологические  изыскания для строительства  зданий и сооружений.

Инженерно-геологические изыскания являются начальным этапом строительства любого объекта и находятся в полной зависимости от вида объекта и находятся в полной зависимости от вида объекта (промышленное предприятие, жилой дом, автомобильная дорога и т.д.). поэтому изыскания под каждый вид объекта имеют свою специфику, свои особенности, но все изыскания имеют нечто общее, некоторый стандарт.

Результаты инженерно-геологических  исследований в виде отчета поступают  в строительную проектную организацию. Отчёты должны иметь для инженера-проектировщика материалы по семи позициям результатов инженерно-геологических изысканий:

- оценка пригодности площадки  для строительства данного объекта

- геологический  материал, позволяющий решать все  вопросы по основаниям и фундаментам

- оценка грунтового основания на восприимчивость возможных динамических воздействий от объекта

- наличие геологических  процессов и их влияние на  устойчивость будущего объекта

- полную характеристику  по подземным водам

- все сведения  по грунтам, как для выбора  несущего основания, так и для производства земляных работ

- по влиянию  будущего объекта на природную  среду.

Проектирование  крупных объектов осуществляется по стадиям: технико-экономическое обоснование(ТЭО), технический проект и рабочие  чертежи. Название стадий инженерно-геологических изысканий соответствует стадия проектных работ, за исключением стадии ТЭО, где геологические работы получили название рекогносцировочных инженерно-геологических изысканий. Следует отметить, что в практике строительства последовательность стадий проектирования не всегда соблюдается. Проектирование крупных объектов может быть проведено в две стадии, проектирование жилого дома в одну стадию. В соответствии с этими стадиями проводятся инженерно-геологические изыскания.

На ранних стадиях проектирования инженерно-геологические изыскания охватывают обширные площади, применяются не очень точные, но сравнительно простые и экономичные технические средства. По мере переходя к более поздним стадиям площади изысканий сужаются и применяются более сложные и точные методы геологических работ. На выделенной под строительство площадке на каждом отдельном этапе инженерно-геологические изыскания выполняют в определенной последовательности:

- собирают общие сведения по  территории из литературных публикаций и архивных материалов изыскательских организаций, сведения о климате, рельефе, населении, речной сети и.т.д.

- производят осмотр строительной  площадки инженеры-проектировщики  совместно с инженером геологом, определяют степень её застройки,  осматривают ранее построенные здания, дорожную сеть, рельеф, растительность и т.д., в целом определяют пригодность участка под застройку и вырабатывают техническое задание на изыскания.

- выполняют инженерно-геологические  изыскания, в полевых условиях  изучают геологическое строение площадки, гидрогеологию, геологические процессы, при необходимости на грунтах ставят опытные работы, отобранные пробы грунтов и подземных вод изучают в лабораториях.

- по окончанию полевых и лабораторных  работ в камеральный период  составляют инженерно-геологический отчет, который защищают в проектной организации, после чего он становиться документом и используется для проектирования объекта.

Инженерно-геологические  изыскания для строительства  промышленных сооружений

Проектирование промышленных сооружений чаще всего выполняют в две стадии. С начала разрабатывают проектное здание, а на его основе в последующем технический проект и рабочие чертежи. По сложным объектам могут производиться дополнительные изыскания, необходимые для доработки и уточнения ранее выполненных изысканий. иногда по отдельным несложным объектам исследования могут выполняться одновременно для проектного задания и рабочих чертежей.

Каждому этапу проектирования предшествуют свои инженерно-геологические изыскания: проектному заданию – предварительные, рабочим чертежам – детальные. Промышленное предприятие представляет собой сложный комплекс различных зданий и сооружений. Поэтому параллельно с изысканиями и проектированием основного сооружения выполняют аналогичные работы по линиям связи, ЛЭП, магистральным трубопроводам, подъездным и внутризаводским путям автомобильных, железных и канатных дорог, по сооружениям водоснабжения, канализации и т.д.

Предварительные изыскания. В тех  случаях когда это необходимо, вначале выполняют инженерно-геологические работы на уровне технико-экономического доклада (ТЭД). Основная цель – выбор строительной площадки. В состав исследований входит:

- инженерно-геологическая съемка

- проходка разведочных выработок  и геофизические работы

- полевые опыты по грунтам и подземным водам

- лабораторные исследования и  камеральные работы с составлением  инженерно-геологического отчета.

Во многих случаях площадки характеризуются  сложными, специфическими условиями. Это требует проведения дополнительных работ, состав и содержание которых зависят от особенностей условий площадок. К таким условиям относят районы сейсмические, болотистые, карстовые, оползневые, а так же площадки с вечномерзлыми породами, лессовыми просадочными отложениями и участки, сложенные насыпными и намывными грунтами. Все материалы работ обобщают и представляют в виде инженерно-геологического отчета с приложениями обзорной карты района строительного масштаба 1:25000 – 1:100000 с указанием границ изучаемой площадки, инженерно-геологической карты и разрезов, колонок разведочных выработок, таблиц показателей пород и подземных вод, графиков наблюдений, фотографий природных условий. Отчет дает общую инженерно-геологическую оценку площадки с учетом особенностей проектируемых зданий и сооружений.

Детальные изыскания. Эти изыскания чаще всего выполняют применительно к объединенной стадии проектирования – технический проект и рабочие чертежи. Их целью является детализация и уточнение инженерно-геологических данных, полученных на стадии проектного задания (предварительных исследований) для каждого здания и сооружения. Для проектирования второстепенных объектов бывает достаточно материалов предварительных исследований. В целях уточнения иногда дополнительно проходят 1-2 буровые скважины.

На этой стадии основным являются разведочные выработки и опытные работы. разведочные выработки располагают в зависимости от размещения фундаментов – по периметру или осям здания. Количество выработок зависит от ряда факторов, в том числе от этажности здания и сложности геологического строения площадки.

Глубина разведочных выработок  зависит от особенностей и сложности  геологического строения. При небольшой глубине залегания скальных пород выработки должны быть на 0,5-1 м врезаны в эти породы. В случае если строительная площадка сложена более или менее однородной толщей достаточно прочных пород (глины, суглинки и т.д.), глубина выработок принимается равной полуторной-двойной ширине фундаментов, но не менее 6-8 м при более сложных условиях их глубина доводится до 20-25 м и более. На участках распространения (водонасыщенных песков, илов и т.д.) скважины должны достигнуть их и на 2-3 м войти в породы, которые могут служить надежным основанием.

Полевые опытные инженерно-геологические  работы. Производят только под наиболее ответственные сооружения. Их целью являются уточнения прочностных и деформативных показателей грунтов в пределах контура здания. Опытные гидрогеологические работы выполняют для получения окончательных данных для расчета дренажных сооружений, определения притоков воды в котлованы и др.

По окончании изысканий этого  этапа составляется отчет, дающий исчерпывающие  данные по грунтам оснований отдельных  зданий и сооружений и агрессивности  грунтовых вод. В отчете приводятся также рекомендации по проведению мероприятий, обеспечивающих защиту фундамента, подземных сооружений и перечень прочих инженерных мероприятий, обеспечивающий устойчивость зданий и сооружений в период их строительства и эксплуатации.

Инженерно-геологические  изыскания для градостроительных  работ

Проектирование городского и поселкового строительства осуществляется стадийно. В настоящее время оно складывается из проектов: планировки и планы размещения первоочередного строительства, детальной планировки и проекта застройки.

Исследования  для проекта планировки и плана  размещения первоочередного строительства. Инженерно-геологические исследования для проекта планировки городов (поселков) должны дать оценку значительной территории с точки зрения возможности использования её для строительства. Геологические работы проводят в сочетании с другими исследованиями и проектными проработками, экономическими, климатическими, гидрогеологическими, экологическими, санитарно-гигиеническими и т.д. По изучаемой территории должны быть получены сведения о рельефе, гидрологии, климате, почвах, растительности, геологическом строении, гидрогеологии, природных геологических явлениях и инженерно-геологических процессах (оползнях, карсте, просадках, сейсмике и т.д.), составе и свойствах грунтов. Инженерно-геологические изыскания проводят в три периода: подготовительный, полевой и камеральный. Инженерно-геологический отчет служит основанием для составления проекта планировки и плана размещения первоочередного городского и поселкового строительства.

Основой инженерно-геологических  исследований для проекта детальной планировки являются материалы, полученные при изысканиях для проекта планировки. Аналогичный состав и содержание работ и их последовательность (подготовительные работы, полевой период, камеральная обработка материала). Исследования для проекта застройки. Проект застройки в пределах существующего города предусматривает строительство отдельных жилых домов (микрорайонов), кварталов, улиц и площадей. Проектирование проводят в 2 стадии – проектного задания и рабочих чертежей. Перед каждой стадией выполняют инженерно-геологические работы. Изыскания для проектного задания освещают геологические и гидрогеологические условия всей изучаемой площадки, характеризуют инженерно-геологические свойства грунтов. В случае если для данной площадки ранее проводились изыскания для проекта планировки и проекта детальной планировки, то этих материалов достаточно, чтобы не проводить новых исследований на стадии проектного задания застройки. На стадии рабочих чертежей инженерно-геологические материалы могут быть оформлены в данном отчете. При составлении рабочих чертеже возможны случаи назначения дополнительных исследований. Это связано главным образом, с изменениями в размещении зданий или проверкой имеющихся геологических материалов.

Инженерно-геологические  изыскания для отдельных зданий. Инженерно-геологические работы под застройку отдельных зданий проводят, как правило, одновременно для проектного задания и рабочих чертежей, т.е. фактически в одну стадию. изучению подвергается ограниченная площадка. Объем проводимых на ней работ зависит от сложности инженерно-геологических условий, которые подразделяют на 3 категории:

- 1 категория – участки с простой  геологией, слои залегают горизонтально,  несущая способность грунтов не вызывает сомнения, грунтовые воды под фундаментами залегают ниже активной зоны, мощность насыпных грунтов не превышает 2-х м.

- 2 категория – участки  средней геологической сложности,  толща сложена из 4-5 литологически различных слоев в виде складок, грунтовые воды залегают в пределах активной зоны, мощность насыпных грунтов составляет 3-4 м.

- 3 категория – участки  геологически сложные, расположены  в пределах пересеченного рельефа,  толща многослойная, залегание слоев  складчатое, нарушенное, грунтовые  воды залегают выше подошвы  фундаментов, активная зона содержит грунты типа ила, торфа, мощность насыпных грунтов превышает 4 метра, на участке развиты природные геологические явления.

Инженерно-геологические  работы выполняют в обычном порядке. Отличие работ заключается в том что на площадках будущих высотных зданий (более 9 этажей) обязательно проводится изучение грунтов опытными нагрузками. Выполненные работы представляют в виде заключения об инженерно-геологических условиях площадки.

Заключение 

Главная цель инженерной геологии – это изучение природной геологической обстановки местности до начала строительства, а также прогноз тех изменений, которые произойдут в геологической среде, и в первую очередь в породах, в процессе строительства и при эксплуатации  сооружений. В современных условиях ни одно здание или сооружение не может быть спроектировано, построено и надежно эксплуатироваться (а в последствии может быть ликвидировано или реконструировано) без достоверных и полных инженерно-геологических материалов.

Все это определяет основные задачи, которые стоят перед инженерами-геологами в процессе изыскательских работ ещё до начала проектирования объекта (при принятии решения о строительстве, об инвестировании проекта и т.п.) а именно:

- Выбор оптимального (благоприятного) в геологическом отношении (площадки, района) строительства данного объекта.

- Выявление инженерно-геологических  условий в целях определения  наиболее рациональных конструкций фундаментов и объекта в целом, а также технологии производства строительных работ.

- Выработка рекомендаций  по необходимым мероприятия и сооружениям инженерной защиты территорий и охране геологической среды при строительстве и эксплуатации сооружений.

Возникающие проблемы при взаимодействии современных строительных объектов с окружающей, в том числе и  геологической средой, определяет необходимость для инженера-строителя обладать знаниями в инженерной геологии, а для инженера-геолога – в области строительства. В настоящее время только такое взаимопонимание позволяет грамонтно и экологично решать все задачи при строительстве, эксплуатации, реконструкции и ликвидации строительных объектов.