Текст
ИНЖЕНЕРНОГЕОЛОГИЧЕСКИЕ ИЗЫСКАНИЯ
ДЛЯ ПРОМЫШЛЕННОГО
И ГРАЖДАНСКОГО
СТРОИТЕЛЬСТВА
ИНЖЕНЕРНОГЕОЛОГИЧЕСКИЕ ИЗЫСКАНИЯ
ДЛЯ ПРОМЫШЛЕННОГО И ГРАЖДАНСКОГО СТРОИТЕЛЬСТВА
МОСКВА «НЕДРА» 1975
УДК 624.131
Солодухин М. А. Инженерно-геологические изыскания для промышленного и гражданского строительства. М., «Недра», 1975,188 с.
В работе обобщен опыт инженерно-геологических изысканий для промышленного и гражданского строительства. Рассматриваются состав и стадии инженерно-геологических работ, основные методы исследований, а также особенности методики инженерногеологических работ для различных видов строительства.
Книга предназначена для широкого круга специалистов, занятых инженерно-геологическими изысканиями.
Таблиц 90, иллюстраций 24, список литературы — 77 названий.
20806—043
043(01)—75
80—75
© Издательство «Недра», 1975
ПРЕДИСЛОВИЕ
Грандиозные планы промышленного и гражданского строительства в СССР предъявляют постоянно растущие требования к росту объемов и качества инженерно-геологических исследований.
Директивами XXIV съезда КПСС по пятилетнему плану предусматривается повышение затрат на капитальное строительство на 36—40%. Успешное осуществление строительства сооружений, рассчитанных на длительную и безаварийную эксплуатацию, выбор экономически обоснованных оптимальных типов и размеров фундаментов во многом зависят от детальности изучения инженерно-геологических условий строительства.
Проектированию любого сооружения предшествует проведение инженерно-геологических работ различной детальности, зависящей от сложности проектируемого сооружения, стадии проектирования, природных условий и ряда других факторов.
В Советском Союзе инженерно-геологические работы проводятся организациями Министерства геологии СССР, отделами изысканий проектных институтов различных министерств и ведомств и специализированными организациями: трестами и институтами изысканий госстроев республик, которые выполняют основной объем инженерно-геологических исследований для проектирования промышленного и гражданского строительства. Ежегодно выполняется объем изыскательских работ на сумму более 300 млн. руб. На изысканиях заняты более 120 тыс. человек в 1400 организациях различных министерств и ведомств.
Только трестами инженерно-строительных изысканий Госстроя РСФСР ежегодно выполняется объем инженерно-геологических работ на сумму более 32 млн. руб., проходится более 1,7 млн. пог. м горнобуровых выработок.
Постоянно растет оснащенность инженерно-геологических работ новой техникой и приборами, совершенствуется методика исследований. Все шире применяются опытные и геофизические исследования, прогрессивные методы бурения, новейшие лабораторные приборы.
Трудами отечественных ученых созданы многочисленные учебники, монографии и отдельные труды по различным разделам
инженерной геологии, которые с успехом используются при производстве изыскательских работ.
Вопросы инженерно-геологических исследований для промышленного и гражданского строительства рассматриваются в отдельных главах в работах И. В. Попова (1959 г.), Н. Н. Маслова (1968 г.), Н. В. Коломенского и И. С. Комарова (1964 г.), М. В. Седенко (1969 г.) и др. Проблемы, связанные с инженерно-геологическими исследованиями для проектирования горных сооружений, рассмотрены П. Н. Панюковым (1962 г.). Широко используются «Справочник по инженерной геологии» под общей редакцией М. В. Чури-нова (1968 г.), обстоятельная монография по полевым методам Г. К. Бондарика, И. С. Комарова и В. И. Ферронского (1967 г.). Методические вопросы изучения состава и свойств пород изложены в работах И. М. Горьковой, А. К. Ларионова, В. Д. Ломтадзе, Е. М. Сергеева и др. Специально методике инженерно-геологических работ посвящены работы Н. В. Коломенского (1968 г., 1969 г.). Многие вопросы, связанные с организацией производства инженерногеологических работ, рассмотрены' С. П. Абрамовым, Б. М. Ребри-ком и др. Опыт инженерно-геологических изысканий для строительства гидротехнических сооружений обобщен группой авторов в монографии под общей редакцией Е. С. Карпышева (1972 г.).
Невозможно даже кратко перечислить многочисленные работы по грунтоведению и механике грунтов, которые в той или иной степени влияют на методику проведения инженерно-геологических исследований.
Однако следует отметить, что существующая литература по инженерной геологии либо рассматривает очень широкий круг вопросов, либо посвящена отдельным узким проблемам. В настоящее время сам термин «инженерная геология» включает самые разнообразные вопросы, связанные с инженерно-геологическими процессами и явлениями, изучением состава и свойств пород и др.
В настоящей работе делается попытка обобщить методику инженерно-геологических исследований только для промышленного, гражданского и сельскохозяйственного строительства в условиях европейской части СССР. Производство инженерно-геологических изысканий для промышленного, гражданского и сельскохозяйственного строительства проводится в соответствии с действующими нормативными документами. Расплывчатость и противоречие отдельных требований нормативных документов вызывают немалые трудности, целый ряд требований не достаточно обоснован и не полностью учитывает новейшие достижения отечественной и зарубежной науки.
В основу книги положен опыт, накопленный рядом крупных изыскательских организаций и в первую очередь Ленинградским трестом инженерно-строительных изысканий Госстроя РСФСР (ЛенТИСИЗ).
Фактическим материалом данной работы явились инженерногеологические исследования по крупным промышленным площадкам в районах Архангельской, Ленинградской, Новгородской, Мурман
ской и других областей Северо-Запада 'европейской части СССР, ряда районов Астраханской и Крымской областей. Использован опыт по инженерно-геологическим работам для проектирования жилищно-гражданского и сельскохозяйственного строительства, преимущественно в Ленинградской области. Кроме того, широко использованы опубликованные и фондовые материалы по другим районам.
В работе не рассматриваются особенности изысканий в сейсмических районах, в районах с развитыми вечномерзлыми грунтами и другие специальные вопросы, имеющие определенную специфику.
Автор стремился избежать детализации в описании отдельных широко известных методов исследований и в то же время провести достаточно полное обобщение опубликованного материала в форме, удобной для практического использования. Более широко рассмотрены вопросы, по которым проведены специальные исследования и разработки.
Автор приносит благодарность И. С. Комарову за ценные замечания, сделанные при подготовке рукописи, а также многочисленным товарищам по совместной практической работе.
ГЛАВА I
СОСТАВ И СТАДИИ
ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИХ РАБОТ
1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ
Инженерно-геологические работы, проводимые для обеспечения задач проектирования промышленного и гражданского строительства, представляют собой сложный, многофакторный процесс, зависящий как от естественных условий (геолого-литологическое строение района, наличие и характер физико-геологических явлений, природные условия и др.), так и от характера проектируемых сооружений и прогноза влияния их на изменение природной обстановки. В зависимости от сочетания всех этих факторов формируются состав инженерно-геологических исследований, методика и объемы работ.
Экономические требования к инженерно-геологическим работам заключаются, в конечном итоге, в снижении стоимости строительства. Это требование осуществляется за счет снижения стоимости изыскательских работ и главным образом за счет снижения строительных затрат на освоение участков, возведение фундаментов, проведение защитных мероприятий и т. д.
Снижению стоимости собственно изыскательских работ посвящено множество трудов, а важность проблемы снижения стоимости строительства за счет качественных изысканий усиленно подчеркивается лищь в самое последнее время [3].
Экономическую задачу инженерно-геологических изысканий можно сформулировать как необходимость получить в минимальные сроки при наименьших затратах инженерно-геологическую информацию, необходимую и достаточную для оптимального проектирования. Эта задача успешно может выполняться при выборе рациональных методов и объемов инженерно-геологических работ. Поэтому очень важно обоснованное выделение составов, стадий и этапов инженерно-геологических изысканий.
В табл. 1 приведена динамика видов инженерно-геологических работ, выполняемых трестами инженерно-строительных изысканий Госстроя РСФСР.
В настоящее время нет окончательного представления о составе инженерно-геологических исследований.
Н. В. Коломенский (1968) независимо от стадии проектирования сооружений выделяет циклы, зависящие только от специфики применяемой методики:
инженерно-геологические поиски;
Таблица I
Динамика видов инженерно-геологических работ
Виды работ Годы
1968 1969 1970 1971 1972
Объем инженерных изысканий всех видов 38 580 41 759 48178 56 372 64 237
работ, тыс. руб. Объем инженерно-геологических работ, 23 000 23 434 27 114 31 920 34 990
тыс. руб. Объем буровых и горнопроходческих ра- 18 150 18 874 20 036 23 766 24 350
бот, тыс. руб. То же, процент от инженерно-геологиче- 79,0 82,7 73,9 74,5 69,5
ских работ Объем полевых опытных работ, тыс. руб. — 1080 2960 3075 3924
То же, процент от инженерно-геологических работ — 2,4 10,9 9,7 11,2
Объем геофизических работ, тыс. руб. 896 582 845 1216 1402
То же, процент от инженерно-геологиче- 3,9 2,5 3,1 3,9 4,0
ских работ Объем лабораторных работ, тыс. руб. 1896 2897 3274 3764 4154
То же, процент от инженерно-геологиче- 8,2 12,4 12,2 11,9 11,9
ских работ
инженерно-геологическая разведка;
инженерно-геологическое опробование горных пород.
Г. К. Бондарик [8] отмечает, что подобное подразделение не является строгим, так как инженерно-геологическое опробование включается как в инженерно-геологические поиски, так и в разведку, т. е. «цикл работ включается в цикл работ».
По Г. К. Бондарику рассматриваются комплексы операций: инженерно-геологическая съемка и инженерно-геологическое опробование, включающее основные наборы методов работ (аэрофотосъемка, визуальные наблюдения, геофизические методы, проведение горнобуровых выработок, лабораторные методы и т. д.).
В соответствии со СНиП II-A.13—69 в состав инщенерно-геологи-ческих изысканий входят:
сбор, изучение и обобщение данных о природных условиях района (участка) строительства и материалов изысканий прошлых лет;
инженерно-геологическая рекогносцировка;
инженерно-геологическая съемка;
инженерно-геологическая разведка.
При выполнении инженерно-геологической рекогносцировки, съемки и разведки производится инженерно-геологическое опробование.
С. П. Абрамов [3] указывает, что этапы инженерно-геологических работ диктуются не только потребностью упрощения и облегчения финансирования, но главным образом необходимостью анализа получаемых сведений и корректировки первоначальной программы, построенной на определенных гипотезах.
Особенности определения этапов и стадий в инженерной геологии в отличие от геологоразведочных работ состоят в том, что необходимо увязывать этапы и стадии с факторами, зависящими от геологических условий, и с потребностями поэтапного проектирования строительства. ’
С. П. Абрамов выделяет пять этапов инженерно-геологических изысканий:
I — изучение природных условий района предполагаемого строительства;
II — работы на перспективных вариантах;
III — работы на выбранном варианте;
IV — работы в сфере взаимодействия зданий и сооружений с грунтами;
V — работы в период строительства.
Отмечается, что в настоящее время выбор местоположения строительства диктуется в основном экономическими и градостроительными задачами. Инженерно-геологические условия на выбор места строительства не оказывают, как правило, определяющего значения [3]. Это обстоятельство вызвано возрастающей необходимостью использования для нового строительства бросовых и неудобных земель, освоения заболоченных участков и т. д., кроме того, строительное производство уже в настоящее время располагает техническими средствами для строительства в самых сложных инженерногеол ог ических условиях.
Следует согласиться с С. П. Абрамовым в критике нормативных документов (СН 211—62, СН 225—62, СН 234—62 и др.), закрепивших «ремесленнический подход к изысканиям» и разрывавших между собой связь этапов изысканий. Однако полностью нельзя принять предложенную им схему этапов инженерно-геологических изысканий, составленную по аналогии с этапами геологоразведочных работ с примечанием: «привязка этапов изысканий к стадиям проектирования осуществляется индивидуально для каждого проекта по согласованию между проектной и изыскательской организациями».
Инженерно-геологические изыскания неразрывно связаны с проектированием строительства, предшествуют проектированию и состав инженерно-геологических работ должен строиться (и, естественно, пересматриваться) в зависимости от состава и стадии проектирования. Связь между собою составов инженерно-геологических работ заключается в научно обоснованном подборе объемов и методики работ каждого из последующих составов в зависимости от результатов предыдущих работ. Состав работ должен быть различным в зависимости от видов строительства (гидротехнического, промышленногражданского, линейного и т. д.).
До сих пор отсутствует единство в понимании терминов: состав работ, циклы исследований, этапы и т. п.
Целесообразно принять следующее подразделение инженерногеологических исследований.
Состав инженерно-геологических изысканий — комплекс работ, характеризующийся набором специальных методов, зависящих от инженерно-геологических условий и целей проектирования объектов строительства.
Название «состав инженерно-геологических изысканий» официально введен впервые СНиП IBA.13—69. По Н. В. Коломенскому оно соответствует понятию «цикл исследований», по Г. К. Бонда-рику — «комплекс операций», по классификациям геологоразведочных работ — «этапы», по С. П. Абрамову — «основные виды работ на этапе» и др.
К составу инженерно-геологических изысканий относятся: сбор, изучение и обобщение материалов прошлых лет, инженерно-геологическая рекогносцировка, инженерно-геологическая съемка и инженерно-геологическая разведка.
Инженерно-геологическое опробование входит в состав инженерно-геологических изысканий как основной метод получения информации по вещественному составу, состоянию и свойствам пород.
Стадия изысканий — законченная часть определенного состава инженерно-геологических изысканий, отличающаяся степенью детальности и порядком проведения работ, зависящая от стадийности проектирования объектов строительства. Это понятие стадии сохраняется в основном у многих авторов и широко применяется на практике. Названия стадий изысканий соответствуют стадиям проектных работ, в чем мы видим преемственность и взаимозависимость инженерных изысканий и проектирования как единого процесса с общей целью.
Этап инженерно - гео л о г ичес к их изысканий — законченная часть работ на определенной стадии изысканий, позволяющая организационно либо технически оформить окончание отдельного вида (либо отдельных видов) работ. Этот термин особенно широко начал применяться после перехода на поэтапную оплату инженерно-геологических работ. С. П. Абрамов дает более широкое понимание этапов как частей «единого технологического процесса изысканий, заканчивающихся выдачей отчетных материалов и обеспечивающих тем самым решение основных задач проектирования». Таким образом, по С. П. Абрамову этап обязательно включает полевые и камеральные работы с выдачей отчетных материалов. В нашем понимании этап предусматривает возможности как организационного (полевые работы без выдачи отчетных материалов, камеральные работы, выдача предварительных материалов и др.), так и технического оформления части работ (полное окончание работ по части, либо по отдельным сооружениям, выполнение только геофизических работ и т. д.), что позволяет более гибко планировать проведение изысканий.
В табл. 2 представлена схема состава инженерно-геологических работ для промышленного и гражданского строительства.
Схема состава инженерно-геологических работ
Состав инженерно-геологических изысканий (по СНиП П-А 13-69) Основные методы получения информации Основные методы отображения информации
Сбор, изучение п обобщение материалов прошлых лет Косвенные методы Архивный поиск, обработка и оценка собранных материалов Схемы, выписки, выкопировки, перфокарты, таблицы и т. д.
Инженерно-геологическая рекогносцировка Маршрутные обследования (линейные и площадные) Схемы, зарисовки, фотографии
Инженерно-геологическая съемка Инженерно-геологическое опробование Аэрометоды, визуальные наблюдения, измерения и описания. Горно-буровые и геофизические работы Карты, разрезы, отчеты
Инженерно-геологическая раз-'ведка Проходка горно-буровых выработок. Полевые и лабораторные методы исследований. Стационарные наблюдения. Осмотр и документация строительных работ Отчеты с приложением карт, разрезов, таблиц и т. д.
2. ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКАЯ СЪЕМКА
Методы инженерно-геологической съемки. С целью изучения условий строительства тех или иных сооружений производится инженерногеологическая съемка, являющаяся ведущим методом площадных исследований. Основной документ, составляемый по результатам съемки, — инженерно-геологическая карта. Иногда для карт различного масштаба используются имеющиеся материалы ранее выполненных исследований. В этом случае инженерно-геологическая карта составляется без полевых работ, т. е. без инженерно-геологической съемки.
Г. К. Бондарик [8] дает формализованное понятие инженерногеологической съемки как комплекса работ, «выполняемых с целью получения набора моделей инженерно-геологических условий».
ю
для промышленного и гражданского строительства
Виды и стадии проектирования
для промышленного строительства (по СН 202-69) для гражданского строительства (по СН 401-69) для сельскохозяйственного строительства (по РСН-24—66)
На всех стадиях На всех стадиях На всех стадиях
На всех стадиях при проектировании нового строительства. Выбор площадки На всех стадиях при проектировании нового строительства
Проекты планировки и застройки районов, схема генерального плана промышленного узла. Технический проект в сложных инженерно-геологических условиях Проекты застройки микрорайонов, кварталов и комплексов общественных зданий Проекты планировки и застройки
Проекты привязки при двухстадийном проектировании— технический проект и рабочие чертежи; при одностадийном проектировании — техно-рабочий проект. Проекты производства работ. Уточнение и изменение проектов. Проекты реконструкции зданий и сооружений Проекты для строите-тельства жилых и общественных зданий и сооружений (проекты привязки) — техно-рабочий проект. Проекты технически сложных жилых и общественных зданий — технический проект и рабочие чертежи Проекты отдельных зданий и сооружений в сложных инженерно-геологических условиях, либо при отсутствии работ предыдущей стадии
Инженерно-геологическая съемка. назначается, как правило, на ранних стадиях изысканий в процессе инженерно-геологических поисков, однако в ряде случаев проводится и при инженерно-геологической разведке.
В состав инженерно-геологической съемки входят:
сбор, систематизация и анализ материалов по геологической изученности района;
описание местности, опорных разрезов, обнажений, состояния существующих сооружений, физико-геологических явлений и т. д.;
разбивка маршрутов, производство наблюдений (описание естественных и искусственных обнажений, геоморфологических элементов, физико-геологических явлений, выходов подземных вод, колодцев и т. д.), фотографирование объектов наблюдений;
аэровизуальные наблюдения и полевое дешифрирование аэрофотоматериалов;
проходка горных и буровых выработок, производство динамического и статического зондирования;
геофизические исследования;
полевые и лабораторные определения состава и физико-механических свойств пород;
гидрогеологические режимные наблюдения;
специальные исследования, предусмотренные программой;
камеральная обработка материалов, составление карт, разрезов и технического отчета.
Выбор применяемых способов зависит от сложности геологического строения территории и поставленной цели накопления и обработки информации, достаточной для решения конкретной проектной задачи на той или иной стадии.
Наиболее широко инженерно-геологическая съемка применяется при проектировании промышленного и гражданского строительства с целью:
освещения инженерно-геологических условий на стадии разработки схемы генерального плана промышленного узла; техникоэкономического обоснования (ТЭО) проектов промышленного строительства; проектов генерального плана города, поселка; проектов планировки отдельных районов городского и сельского строительства, а в ряде случаев и для проектов застройки микрорайонов, кварталов и комплексов общественных зданий;
обоснования определенного вида строительства, либо защитных мероприятий, например противооползневых, карстозащитных и др.;
определения оптимального объема полевых, опытных и лабораторных работ при изысканиях на последующих стадиях;
прогноза возможных изменений инженерно-геологических условий территории.
В настоящее время отсутствует единая классификация видов инженерно-геологической съемки и типов инженерно-геологических карт.
Наиболее приемлемым является разделение карт по масштабам на обзорные — 1:2 500 000—1 : 500 000, мелкомасштабные — 1 : 200 000 — 1 : 100 000, среднемасштабные — 1 : 50 000 — 1 : : 25 000, крупномасштабные — 1 : 10 000 — 1 : 5000, детальные — 1 : 2000 и крупнее.
По своему назначению различают карты трех типов: общие инженерно-геологические (карта инженерно-геологических условий), инженерно-геологического районирования и специальные инженерногеологические.
Обзорные и мелкомасштабные карты составляются, как правило, по имеющимся материалам геологической съемки для выявления общих закономерностей формирования инженерно-геологических условий на больших территориях. Для всей территории СССР составлена под редакцией М. В. Чуринова (ВСЕГИНГЕО) инженерно
геологическая карта масштаба 1 : 2 500 000. При государственной геологической съемке по каждому планшету составляются инженерно-геологические карты масштабов от 1 : 100 000 до 1 : 200 000.
Для проектирования промышленного и гражданского строительства проводятся только крупномасштабные и детальные инженерногеологические съемки, однако съемки более мелких масштабов оказывают неоценимую помощь при планировании и проведении крупномасштабных съемок.
В последнее время получают применение ускоренные методы картирования, особенно аэрометоды, позволяющие достаточно точно выделять некоторые типы отложений [38]. В практике наиболее распространены методы раздельного картирования, комплексного картирования и инженерно-геологического районирования [26].
Метод раздельного картирования заключается в том, что на карту наносятся порознь все основные компоненты инженерногеологических условий. На этих картах отражается рельеф, гидрография, стратиграфия, тектоника. Выделяются геолого-генетические комплексы и литологические разности, картируются места проявлений физико-геологических явлений, выносятся некоторые показатели физико-механических свойств пород. И. С. Комаров (1967 г.) отмечает достоинства карт инженерно-геологических условий, позволяющих получить информацию о всех компонентах инженерногеологической обстановки, а также выявить закономерности пространственного изменения и взаимосвязь этих компонентов. Недостаток метода — значительная перегрузка карты и отсутствие комплексных оценок отдельных частей территории.
Метод комплексного инженерно-геологического картирования заключается в выделении на карте комплексов отложений, для которых может быть дана обобщенная инженерно-геологическая характеристика. Вполне понятно, что выделяемый комплекс отложений зависит также от детальности карты. На картах мелких масштабов выделяются комплексы высшего порядка, включающие комплексы низшего порядка, картируемых на картах средних и крупных масштабов. Этим достигается преемственность в содержании карт разных масштабов. На комплексные карты наносятся дополнительно компоненты физико-геологических явлений.
Метод инженерно-геологического районирования, разработанный И. В. Поповым, заключается в последовательном делении территории на отдельные части, которые характеризуются все большей однородностью по инженерно-геологическим условиям.
Инженерно-геологическое районирование может включать как выделение территориальных единиц (региональное районирование), так и определенные типы территориальных единиц (типологическое районирование).
Н. В. Коломенский (1967 г.) предлагает составлять унифицированные инженерно-геологические карты, на которых показывать наиболее важные факторы для всех видов строительства, тектонические условия, литологический состав пород, максимальное поло
жение уровня первого от поверхности водоносного горизонта, физикогеологические явления и физико-технические свойства пород. При необходимости факторы, специфические для отдельных видов строительства, изображаются на дополнительных картах.
В. Д. Ломтадзе [33] считает, что на инженерно-геологической карте должны быть выделены группы и подгруппы пород, соответствующие принятым инженерно-геологическим классификациям, и определены инженерно-геологические условия конкретного вида строительства. По этой методике составлены карты для городов Северо-Запада СССР и Прибалтики.
При составлении крупномасштабных и детальных карт часто используется методика составления карт-срезов с характеристикой отложений на различных отметках от поверхности. Составление таких карт для проектирования промышленного и гражданского строительства, на наш взгляд, не всегда целесообразно, так как обычно представляет интерес весь комплекс отложений в пределах активной зоны. Лишь в отдельных специальных случаях может появиться необходимость в построении одной или нескольких карт-срезов.
Большим распространением пользуются карты, с которых «сняты» те или иные отложения, например торфа, насыпные грунты и т. д. Для отдельных видов строительства, например для проектирования мелиоративного строительства, разрабатываются специальные методики.
Краткий обзор общих положений показывает, насколько сложны вопросы, связанные с методикой инженерно-геологической съемки. Нет единства и в определении кондиции съемок.
Для съемки в масштабе 1 : 2000 рекомендации по количеству съемочных точек и горно-буровых выработок отсутствуют. Исходя из детальности этого масштаба и предполагая возможность использования материалов съемки в масштабе 1 : 2000 для проектирования объектов строительства, предлагается принять количество выработок на 1 км2 для I категории сложности 25—30, что соответствует сетке 200 X 150 м, для II категории 35—40, что соответствует сетке 150 X X 150 м. Для III категории можно принять количество выработок 50—60, имея в виду сгущение сетки в наиболее сложных местах. Некоторые рекомендации по количеству точек наблюдений при съемках сведены в табл. 3.
Следует отметить, что отсутствует четкое понятие кондиции инженерно-геологических съемок. Оценка кондиции только по количеству точек наблюдения и горно-буровых выработок обеспечивает лишь достоверность освещения условий залегания пород, гидрогеологических условий и пространственного положения выделенных геолого-генетических комплексов. Необходимо, чтобы инженерногеологические карты были кондиционными и по изученности состава и физико-механических свойств картируемых пород. Это может быть достигнуто, например, за счет определения необходимого числа проб показателей физико-механических свойств для каждого слоя при-
Рекомендуемое количество точек наблюдения на 1 км2 (а) и в том числе горно-буровых выработок (б) при отсутствии геологической карты требуемого масштаба
Категория сложности Масштаб
1 : 200 000 1 :100 000 1 : 50 000 1 : 25 000 1 : 10 000 1 : 5000 1 : 2000
1 б 0,5 0,05-0,15 1 0,02-0,35 2 0,05-0,9 6 0,3-2,4 14 0,7-6 47 9—23 60 25—30
11 б 0,6 0,06—0,18 1,5 0,03—0,5 3 0,06—1 8 0,4—3 26 1,3-11 59 18—32 70 35-40
III» 1,1 0,01-0,33 2 2 0,05—0,7 5 0,1—1,6 10 0,5-4 34 1.7—14 74 30—45 90 50—60
Примечание. 1. Для масштабов 1 : 200 000 — 1:10 000 по «Сборнику цен на проектные и изыскательские работы для строительства» (СЦПИР), часть 1, 1967 г.; для масштаба 1 : 5000 по СН 211—62; для масштаба 1 : 2000 по предложению автора.
2. Категории сложности даны по СЦПИР, часть 1, 1967 г.
ходящихся на единицу площади исходя из различных уровней доверительной вероятности. Целесообразно принимать уровни доверительной вероятности при определении числа проб для масштабов 1 : 10 000 — 1 : 5000 в 0,90, а для масштаба 1 : 2000 в 0,95.
В основу составления обзорных и мелкомасштабных инженерно-геологических карт положен формационный и литолого-генетический принцип анализа территории, разработанный И. В. Поповым, М. В. Чуриновым и др. На рис. 1 представлена общая схема таксономических единиц для классификации горных пород на инженерногеологических картах.
Нами рассматриваются лишь некоторые вопросы, связанные с крупномасштабным и детальным картированием.
Составление крупномасштабных и детальных карт, учет, систематизация и обобщение материалов. Большой объем инженерно-геологических работ требует четкой организации учета, систематизации и обобщения материалов, что в свою очередь создает благоприятные условия для составления карт по фондовым материалам.
Инженерно-геологические съемочные работы учитываются в соответствии с «Инструкцией по составлению и пополнению карты инженерно-геологической заснятости и картотеки инженерно-геологической изученности территории СССР» (ВГФ, 1965 г.) на бланковой основе масштаба 1 : 1 000 000, где выделяются площади съемок, составленные для общей оценки инженерно-геологических условий
Рис. 1. Схема классификации пород на инженерно-геологических картах
территории, и для обоснования проектов строительства различных объектов.
Учет и систематизация материалов детальных инженерно-геологических работ, выполненных после 1950 г., производится в соответствии с «Рекомендациями по составлению справочно-информационной картотеки инженерно-геологических материалов», разработанными ЦТИСИЗ и ПНИИИС в 1967 г. Наиболее принятой формой учета материалов в настоящее время является перфокарта типа К-5 с двухрядной перфорацией. Однако следует отметить и неудобства этой системы, связанные с трудоемкостью изготовления ИПС и ограниченными возможностями поиска.
Наиболее перспективной следует считать систему запоминающего устройства ЭВМ.
На перфокарты заносится информация по отдельным отчетам, на обратной стороне карты выносится краткая аннотация отчета (рис. 2, 3) и сведения по опорным скважинам (рис. 4, 5). Эти перфокарты используются для составления инженерно-геологических карт, а также при необходимости получить оперативные сведения по изучаемому участку. Учет и систематизация материалов позволяет достигнуть определенного экономического эффекта за счет использования материалов прошлых лет и сокращения объемов полевых и лабораторных исследований.
Только по трестам изысканий Госстроя РСФСР условная экономия от использования учтенных материалов ориентировочно составляет не менее 1,5 млн. руб. в год.
Составление крупномасштабных карт по фондовым материалам принципиально не отличается от картирования по результатам съемочных работ, так как и в этом и в другом случае использование ранее проведенных работ обязательно. Следует отметить, что при составлении карт по фондовым материалам, как правило, намечаются следующие особенности. Наибольшую кондицию имеют районы, где проводились массовые инженерно-геологические работы и эти районы к моменту составления карты обычно уже застроены. Районы перспективной застройки, т. е. представляющие наибольший интерес, имеют недостаточную изученность и без дополнительных полевых работ будут представлять собой «белые» пятна.
При составлении крупномасштабных и детальных инженерногеологических карт наиболее существенно выделение групп горных пород с различными свойствами, влияющими на проектирование конкретного вида строительства. Для этого прежде всего необходимо иметь научно обоснованную инженерно-геологическую классификацию, достаточно детальную для отображения наиболее существенных различий по составу, состоянию и свойствам пород. Эта классификация должна иметь в основе сложившуюся естественно-геологическую схему и учитывать требования строительных нормативных документов, которые могут меняться по мере развития методов исследований грунтов и методов расчета оснований и строительных конструкций.
Рис. 2. Учетная перфокарта инженерно-геологических материалов (лицевая сторона)
1-100000 11.50000 | 1:25000 1-10000
Номенклатура планшетов (по масштабам)
ЫЦ1Е1Ц11|11Я
Лентисиз
Учетная карточка инженерно-геологических материалов
1 .Название материала, автор и год составления Отчет, поинженерно-геа^огическ им_ работам . в'ЛЧбРираионе /Й гор М&ангыьспа... Кузнецова. С.С~ 1967г. _ Договор 57:67__
2 Область, край, район, город (поселок) гор. Архангельск
3 Организация, проводившая работу Лентисцз отдел/7'3
4 место хранения материалов. инв ЬГ Архив Лентисиз_77Д15563-ЦД-Х архив______
Лрхангельского_отдела^ N°591-jlZ_
5 .Цель изыскания и стадия работ Изыскания на стадии техно-рабочего проекта для жйлйщно-гражданского .стррйтельст ва
N*. ...572.
6 Номенклатура листа масштаба 1:100000 . ..153...
I Положение изученной площади на схеме М 1: 100000
^Краткая аннотация
О
О
З.Примечани!
Поились
Подпись
На.о^екте.Т-ройдено HL£^важин_ диаметрам. _ 168мл/, 1д7дигиой_15р25м_и^ 20здндировочных. скважин глубиной. до 5рс Въ1псаме^с 37 г°лн.Ь1Х_ к омплексов рпределения состава. УЛЧ^ико-механическихсвойствторсроб^озерно-^ о УвРТЛнов^суг^ююв, меренных суглинковиморскихглин. о о Йсполмованы материалы 196_SJвзыскания под проектДеталь- Q Q ной иЧаЧУРЧвки.Прид_окзалькогорайона арх. 59421" Выполнено ?7точек. cm?™™?™**?- зондирования_ установкой. С-97!9на_
’ глубину до 15м и 5 штампоопытов установкой КРУ-600по тар-о, о (рам. на_ глубине 3-4м. Результаты исследований обработаны рстодал/иматематической_ ста тис тику^В отчете рено- о о мендуктся свайные_ррундаме_нть1_ с_заыублением_ острия_ о о ^ой ^Лорские глиныИз\срврем.еннь1х'рризико-геологичесмрх о о РУУУ-Знаетс^интенсивная зао^сачиваемость_тер- о о риторииД настовике вруия_ ведется гиаронамывпрсчаных о о грунтов с иелью поднятия поверхности^ на. 15-2JJM. J_о о
Уредусмагпривается. дополнительное проведение./инам.ическшс^ ° и.статических.испытаййи'_сбаи_ ~ - -
лица, заполнявшего карточку____ -
лица проверявшего карточку.. _лолж с ь.а>
о оооооооооО оооо о о о о с
197.._ .197...
Рис. 3. Учетная перфокарта инженерно-геологических материалов (обратная сторона)
Координаты
юрод район
Область
ОсмОЗ
ЛенТИСИЗ
ос-о!
Объект
Вода
индекс
xow
появл
устан.
Опробование
пОО
^О-Ю О «О
х л ocoi X
0^0*
Ot-Oiq
глубина подошы.
Абс.отм. устья Опорная скважина
50 60 ТО ВО’ ГОД
Пата проходки.
ЕДИНИЦЫ
окоз ОПр е ОН £
ОП.С о
ОЛ
ОсЧЭг О-СО
лабораторные и опытные исследования С Ф П Д В - ' "
|Ш G3 Д.3 К П О О О О О
О
Рис. 4. Макет фактографической перфокарты опорной скважины (лицевая сторона)
Рис. 5. Макет фактографической перфокарты опорной скважины (обратная сторона)
Таким образом, даже при известных недостатках классификаций, имеющихся в нормативных документах, на детальных и крупномасштабных картах приходится выделять горные породы по этим классификациям, так как только в этом случае они могут быть использованы для проектирования строительства.
По результатам полевых и лабораторных исследований должны быть выявлены основные закономерности изменчивости физико-механических свойств пород в пространстве. В соответствии с «Рекомендациями по производству инженерно-геологической съемки при инженерных изысканиях для строительства» (М., Стройиздат, 1972) изменчивость физико-механических свойств пород устанавливается по следующим показателям: для скальных пород — по петрографическому составу и временному сопротивлению сжатию в сухом и водонасыщенном состоянии, а для растворимых пород дополнительно по растворимости; для крупнообломочных пород — по содержанию фракций, составу, окатанности и выветрелости крупнообломочного материала, составу и состоянию мелкозема, объемной массе породы, текстуре; для песчаных пород, — по гранулометрическому и минеральному составу, объемной массе и пористости; для глинистых пород — по числу пластичности, объемной массе и пористости, естественной влажности, консистенции; для пород особого состава и состояния по специальным показателям (проса-дочность, набухаемость, засоленность, заторфованность, содержание органических включений и т. д.). Рекомендуется использовать для характеристики изменчивости пород комплексные показатели зондирования.
Опыт трестов изысканий в составлении инженерно-геологических карт наиболее полно обобщен в разработанных ЦТИСИЗ «Указаниях по составлению инженерно-геологических карт масштабов 1 : : 10 000 — 1 : 5000 для территорий городов и поселков (по фондовым материалам)», Госстрой РСФСР, 1971.
Обычно составляется комплект карт, которые подразделяются на карты инженерно-геологических условий и инженерно-геологического районирования.
Карта инженерно-геологических условий представляет собой инженерно-геологический синтез геоморфологического, геолого-литологического и гидрогеологического строения картируемой территории. И. В. Попов указывает на необходимость специального инженерно-геологического анализа и своеобразного инженерно-геологического сложения всех факторов в противовес простому сложению геологической, литологической, геоморфологической и гидрогеологической карт [52].
В зависимости от природной обстановки и целей проектирования составляют дополнительные карты к карте инженерно-геологических условий: мощности и состава насыпных грунтов, торфов, кровли коренных, либо других маркирующих отложений, химизма грунтовых вод, карты отдельных физико-геологических явлений (карты просадочности, оползневые карты и т. д.). Очень часто в качестве
дополнительных карт составляются: карта-срез на определенной глубине или отметке, карта-срез по кровле пород, обладающих явно положительными либо отрицательными признаками.
Неотъемлемой частью комплектов карт является карта фактического материала, которая впоследствии может быть использована как дежурный план для нанесения вновь пройденных выработок.
Требование к простоте чтения обычно заставляет составлять карту инженерно-геологического районирования, хотя в ряде случаев ее можно совместить с картой инженерно-геологических условий.
На карте инженерно-геологических условий в зависимости от принятой методики выделяют цветом либо генетическую принадлежность отложений, либо группы пород по определенной инженерногеологической классификации. Независимо от принятой методики различными приемами картирования (цветом, штриховкой, краплением, изолиниями и т. п.) должны быть отражены следующие данные:
фактический материал (опорные выработки в единой нумерации, точки’проведения опытных работ, линии геофизических профилей, обнажения, данные натурных наблюдений, гидрологические посты, линии основных инженерно-геологических разрезов и т. д.);
геоморфологические и топографические особенности территории (основные формы рельефа, тип склонов, неотектонические явления, погребенные долины и т. д.);
гидрологические условия (границы и характер затопляемости территории при различных уровнях обеспеченности);
распространение и условия залегания (в виде контуров, изолиний мощностей или глубин, врезок, накладок и т. п.), генезис, состав и свойства горных пород на всю картируемую глубину (обычно не менее 10—15 м);
гидрогеологические условия (распространение и характер первого от поверхности выдержанного водоносного горизонта и «верховодки», их химический состав, либо агрессивные свойства, условия залегания в виде глубин, или гидроизогипс на период максимума с обеспеченностью порядка 10%);
распространение, характер и интенсивность проявления физикогеологических и антропогенных явлений (оползни, сели, обвалы, карсты, заболачиваемость, просадки, подработка берегов, карьеры, шахты, рефулируемые территории и т. п.);
распространение и характер существующих инженерных мероприятий, влияющих на инженерно-геологическую оценку территории (дренаж, плотины, берегоукрепительные работы, места усиления фундаментов и т. д.);
прочие естественные и искусственные факторы, оказывающие неблагоприятное воздействие на условия освоения территорий, производства строительства и эксплуатации сооружений.
При сложных инженерно-геологических условиях появляется необходимость в составлении карты инженерно-геологического районирования.
Основой для составления такой карты являются требования соответствующих нормативных документов, в частности для проектирования планировки и застройки населенных мест необходимо выделять районы по классификации СНиП П-К.2—62, при изысканиях для объектов сельскохозяйственного строительства по классификации РСН-24—66 и т. д.
На картах районирования в зависимости от сложности территории выделяются районы, подрайоны и участки.
В настоящее время принято выделять районы вполне благоприятные, условно благоприятные и неблагоприятные (сложные) для строительства. Вполне понятна условность подобной классификации, так как даже в районах целиком неблагоприятных для строительства всегда находятся подрайоны или участки с более благоприятными условиями, чем территория в целом, что требует обязательного выделения этих участков на карте. В соответствии с «Рекомендациями по производству инженерно-геологической съемки при инженерных изысканиях для строительства», 1972 г., выделение таксономических единиц и их оценка по принципу «пригодности» или «непригодности» для строительства не допускается.
Критериями для выделения районов являются следующие факторы: рельеф и геоморфология, группы горных пород, грунтовые воды и затопляемость, физико-геологические процессы и явления. Очень важно выделить на карте территории, где более детальные инженерно-геологические исследования для объектов массового строительства могут не проводиться или проводиться в минимальных объемах.
В табл. 4 приведена примерная схема инженерно-геологического районирования территории, рекомендуемая «Указаниями по соста-вленцю инженерно-геологических карт масштабов 1 : 10 000 — 1 : 5000 для территорий городов и поселков (по фондовым материалам)», Госстрой РСФСР, 1971 г.), принятая нами с изменениями.
Инженерно-геологические карты, даже крупного и детального масштабов, не могут сосредоточить всю информацию, особенно в части исследования физико-механических свойств грунтов, поэтому особое значение придается отчету к карте и в первую очередь главе «Физико-механические свойства пород». В этой главе необходимо раскрыть не только результаты исследований состава и свойств пород района, но и закономерности изменения этих свойств в пространстве, зависимость механических свойств от состава и физических свойств и т. д. Так как при составлении карт и отчета приходится широко пользоваться фондовыми материалами, необходимо вести обобщение показателей механических свойств полученных по единой методике, обращать внимание на способы подготовки образцов к анализам и т. д.
Для каждой из выделенных инженерно-геологической разновидности пород должны быть обоснованы обобщенные показатели физико-механических свойств.
Таблица 4
Схема инженерно-геологического районирования территории по комплексу факторов
Природные факторы Районы вполне благоприятные для строительства Районы условно благоприятные для строительства Районы неблагоприятные (сложные) для строительства
Рельеф и геоморфология Эрозионно-аккумулятивные формы рельефа. Слабая эрозия расчлененного рельефа. Уклоны 0,5-10% Эрозионно-аккумулятивные формы рельефа, осложненные большим количеством террас. Уклоны менее 0,5 и от 10 до 20% Сильная эрозионная расчлененность рельефа, уклоны более 20%
Затопляемость Не затопляются паводками Затопляются не более чем на 0,6 м паводками 4% обеспеченности Затопляются паводками чаще, чем раз в 25 лет
Заболоченность Не заболоченные Требуются специальные работы по осушению Значительная заболоченность, торфяники мощностью более 2 м
Породы Скальные слабо трещиноватые нерастворимые в воде; песчано-глинистые непросадочные; условия залегания однородные, возможно сооружение фундаментов на естественных основаниях, либо на коротких сваях Суглинки лёссовидные, просадочные; песчаные породы рыхлого сложения. Требуются простейшая мелиорация грунтов, конструктивные мероприятия, предохраняющие грунты от замачивания Породы особого состава: пески-плывуны, засоленные породы, торфы, илы текучие, мерзлые, насыпные породы. Требуется устройство сложных оснований и фундаментов
Грунтовые воды Максимальные отметки уровня грунтовых вод на 2—3 м ниже отметки заложения фундаментов / Максимальные отметки уровня грунтовых вод на глубине заложения фундаментов. Грунтовые воды агрессивны к бетону. Требуются мероприятия по понижению уровня вод, гидроизоляция и т. д. Максимальные отметки уровня грунтовых вод выше отметок заложения фундаментов. Имеется напорный водоносный горизонт, воды обладают высокой агрессивностью. Требуются работы по понижению уровня грунтовых вод, гидроизоляции, по проведению противокоррозийных мероприятий
Продолжение табл. 4
Природные факторы Районы вполне благоприятные для строительства Районы условно благоприятные для строительства Районы неблагоприятные (сложные) для строительства
Физико-геологические процессы и явления Отрицательно влияющие на строительство процессы и явления отсутствуют Неглубокие оползни, овражная эрозия, слабая переработка берегов водохранилищ. Требуется выполнение несложных мероприятий: поверхностный дренаж, мощение дна оврагов, укрепление склонов и откосов Значительное развитие глубоких оползней, развитие карста, обрушение кровли горных выработок и т. д. Требуется проведение сложных работ: строительство берего-укрепительных сооружений, дренажных штолен, искусственное закрепление грунтов, строительство сложных и специальных фундаментов и т. д.
Литологические
(по материалам «Рекомендаций по инженерно-геологическим изысканиям в карстовых районах
Литологический тип Условия распространения и развития Растворимость пород Пористость пород
Карбонатный (с подтипами: известняковый, доломитовый и в обломочных породах с карбонатным цементом) Распространен наиболее широко, развивается медленнее гипсового и соляного Мала, не превышает нескольких сотен мг/л СаСОз, зависит от свободной СО2 От единиц до 30—35%
Меловой Распространен широко, развивается медленно То же Достигает 50% и более
Гипсовый (часто в сочетании с карбонатным) Распространен достаточно широко, развивается быстрее, чем карбонатный Значительна, достигает 7 г/л CaSO4 Малая от 0,1 ДО бо/о '
Соляной (преимущественно в сочетании с гипсовым, а иногда и с карбонатным) Распространен лишь в районах соляных месторождений, развивается чрезвычайно быстро Очень высокая Малая
В связи с переходом на новую систему проектирования объектов строительства, при которой смета на строительство составляется окончательно на стадии технического проекта, роль крупномасштабного инженерно-геологического картирования существенно возрастает.
Особенности инженерно-геологической съемки в карстовых районах. Отнесение района изысканий к карстовому производится, как правило, на основании изучения геологических материалов для районов, где развиты известняки, доломиты, гипсы, ангидриты и другие растворимые'горные породы, а также на основании выявленных при рекогносцировке местности провальных форм рельефа.
В этих районах работы проводятся в соответствии с «Рекомендациями по инженерно-геологическим изысканиям и оценке территорий для промышленного и гражданского строительства в карстовых районах СССР» (ПНИИИС Госстроя СССР, 1967 г.).
В основу схемы районирования территории СССР положено выделение литологичёских типов карста (табл. 5).
При изысканиях для выбора площадки, разработки проектов районной планировки, схем генеральных планов промышленных узлов и ТЭО используются имеющиеся литературные и фондовые
Таблица 5
типы карста
и оценке территории для промышленного и гражданского строительства
СССР», ПНИИИС, 1967 г.)
Коэффициент фильтрации Провалы Основные особенности
Может достигать 100—200 м/сут и более Достигает десятков метров в сутки и более Практически водонепроницаемы, на сильно закарстованных участках достигает 100—200 м/сутки и даже более Практически водонепроницаемы Происходят нечасто, как правило, не чаще 0,1 случая на 1 км2 в год Редки Часты, от 0,1 до 1 случая на 1 км2 в год и более Достигает 0,1 — 1 случая на 1 км2 в год Возможность образования и роста карстовых полостей в период эксплуатации зданий и сооружений практически может не учитываться. Несущая способность пород понижена, возможен суффозионный вынос доломитов и известняковой муки Больших затруднений при строительстве не встречается. Несущая способность пород значительно снижается, возможен переход в различное состояние при динамических нагрузках Вызывает значительные затруднения и опасность при; строительстве- Строительство не рекомендуется» может происходить резкая активизация карста
материалы, геологические съемки в масштабах 1 : 200 000— 1 : 500 000. Для районов, где карстовые процессы изучены недостаточно, обязательно выполнение рекогносцировочного обследования. На этих стадиях изысканий, как правило, ограничиваются качественной оценкой устойчивости территории.
Для обоснования планировки и застройки городов и населенных пунктов в карстовых районах обычно назначается съемка в масштабах 1 : 25 000 — 1 : 5000. Топографической основой принимаются планы и карты с нанесением карстовых форм рельефа размерами не менее 1 мм в масштабе плана или карты. Выбор масштаба съемки зависит в основном от интенсивности развития карста. Масштаб съемки 1 : 10 000 — 1 : 5000 следует рекомендовать при проведении изысканий для обоснования технического проекта промышленного предприятия. На стадиях проекта планировки и застройки, а также технического проекта необходимо предусмотреть количественную оценку устойчивости территории.
Методика инженерно-геологической съемки в карстовых районах принципиально не отличается от обычной инженерно-геологической съемки. Более правильно рассматривать единую методику инженерногеологической съемки, где изучение карста является одним из важнейших, но частных вопросов. Особое внимание уделяется изучению качественных и количественных оценок закарстованности, гидрогеологических и, особенно, гидрогеохимических условий, а также обследованию существующих зданий и сооружений.
Необходимо по возможности проводить картирование и районирование не только поверхностных, но и подземных форм карсто-проявлений, вскрытых ^орно-буровыми выработками. Целесообразно широкое применение геофизических методов. Следует изучать возможность активизации карстовых процессов за счет вод, сбрасываемых действующими либо проектируемыми предприятиями.
Инженерно-геологическая съемка должна сопровождаться не только качественной, но и количественной оценкой закарстованности территории. Существующие методы количественной оценки основаны на учете поверхностных форм карстопроявлений.
Применение количественных методов достоверно при учете не менее 20 провалов, что возможно установить путем стационарных наблюдений, опроса местных жителей, сравнения аэрофотосъемок и других топографических материалов и т. д. (табл. 6).
Рекомендациями, разработанными ПНИИИС (1967 г.), по показателю интенсивности Р карстовых провалов территории подразделяются на очень неустойчивые (Р > 1,0 случая/км2 в год), неустойчивые (Р = 0,1—1,0), недостаточно устойчивые (Р = 0,05—0,1), территории с несколько пониженной устойчивостью (Р = 0,01 — 0,05), относительно устойчивые (Р <0,01) и устойчивые, т. е. территории, на которых образование провалов исключается. Одним из сложных вопросов является оценка размеров возможных подземных полостей по величине поверхностных карстовых воронок. Часто ширина карстовой полости примерно равна ширине поверхностной
впадины или несколько меньше ее. А. В. Ступишин и др. (1972 г.) предлагают следующую зависимость, найденную с коэффициентом корреляции 0,97:
где х — ширина подземной пустоты;
у — ширина карстовой впадины над гротом [20].
И. А. Саваренский, В. В. Толмачев при количественной оценке территорий предлагают применять вероятностно-статистические методы, принимая, что распределение диаметров карстовых воронок и распределение провалов во времени хорошо описывается законом распределения Пуассона.
Таблица 6
Количественные критерии закарстованности территории [20]
Критерий Формула Обозначения Автор
Показатель интенсив- п Р- О, n — количество про- 3. А. Макеев
ности карстовых провалов Средняя периодич- ность провалов Плотность карстовых воронок Площадный коэффици- >5 * 1 II I 1 1 45 * 3 | С О " 5 3 £? валов, зарегистрированных на площади S км2 на промежуток t лет Величина обратная Р SB — сумма площа- Г. А. Максимович, К. А. Горбунова Л. В. Голу-
ент закарстованности Объемный коэффици- Рв Kv=-^. 100% дей воронок Рв —сумма объемов бева К. А. Горбу-
ент закарстованности ' Среднегодовая пора- Y> В~ St воронок Sn — сумма площа- нова И. А. Сава-
жаемость территории Среднегодовой прирост объема воронок на 1 км2 территории Vn q- St дей провальных воронок Рп — объем провальных воронок, образовавшихся на площади за время t ренский И. А. Саваренский
При площадных исследованиях можно пользоваться и показателями, зависящими от интенсивности растворения карстующихся пород, например показателем активности карстового процесса (по Н. В. Родионову);
А =-—100%,
где v — объем растворенной породы, выносимой подземными водами с данной территории за определенный отрезок времени;
V — общий объем карстующихся пород на рассматриваемой территории.
Ряд методов основан на оценке гидрохимической связи системы подземные (либо производственные) воды — карстующиеся породы.
Применение гидрохимических методов оценки карста обычно проводят на более поздних стадиях исследований, ограничиваясь при съемке лишь общей гидрохимической характеристикой района.
Особенности инженерно-геологической съемки в оползневых районах. В оползневых районах инженерно-геологическая съемка может назначаться как для обоснования различных стадий проектирования, так и для разработки специальных противооползневых мероприятий, которые в свою очередь могут проводиться на стадиях схемы противооползневых мероприятий, технического или техно-рабочего проекта.
На стадии разработки схемы противооползневых мероприятий для хорошо изученных районов специальных изысканий, как правило, не проводят. В малоизученных районах назначается инженерногеологическая съемка масштаба 1 : 10 000 и при очень сложных условиях в масштабе 1 : 5000. Если изучаемый оползневый участок является частью обширного региона, рекомендуется проводить там же инженерно-геологическую съемку всего региона в масштабе 1 : 25 000 — 1 : 50 000.
В соответствии с руководством [60], для обоснования съемки в масштабе 1 : 10 000 следует проходить не более 10 горно-буровых выработок на 1 км2 площади съемки, которые располагаются на основных геоморфологических элементах как на несмещенных, так и на оползших участках склона. Представляется более обоснованным назначать объем горно-буровых выработок по табл. 3.
На стадии технического проекта противооползневых мероприятий проводится съемка масштабов 1 : 2000 — 1 : 1000, если отсутствует инженерно-геологическая съемка участка масштабов 1 : 1000 — 1 : 5000.
При производстве инженерно-геологической съемки целесообразно заложить буровые скважины, оборудованные для наблюдений за уровнем грунтовых вод и глубинными реперами для фиксации смещений. Тем самым будет положено начало накоплению информации, необходимой для более поздних стадий проектирования.
Основной задачей инженерно-геологических съемок в оползневых районах является не только получение инженерно-геологических характеристик участка работ, но и создание схемы целенаправленного выбора методов и размещения выработок (главным образом режимных и наблюдательных) для более детальных исследований.
Инженерно-геологическая съемка масштаба 1 : 10 000 выполняется на топографической основе масштабов 1 : 10 000 — 1 : 5000. Помимо задач, которые решаются инженерно-геологическими съемками в любых районах, особое внимание уделяется расчленению пород на смещенные и несмещенные, характеристике типа, возраста, мор
фологии оползней, детальнейшему изучению состава и свойств пород зоны оползневого смещения. Специально рассматриваются вопросы, связанные с влиянием различных искусственных сооружений на развитие оползня и влияние оползня на состояние существующих сооружений, откосов, дорог и т. д.
Инженерно-геологическая съемка в масштабе 1 : 2000 выполняется на топографической основе масштабов 1 : 2000 — 1 : 1000. Инструментально привязываются оползни и отдельные морфологические элементы, все выходы (естественные и искусственные) подземных води другие детали, характеризующие оползневой процесс.
Рис. 6, Точность построения контура границы отложений
1 — скважины, не вскрывшие моренные суглинки; 2 — скважины, вскрывшие моренные суглинки; 3 — линия контура моренных отложений; 4 — линия ошибок построения контура
Рис. 7. Зависимость расстояния между скважинами от допустимой ошибки измерения площади Мs и количества пар скважин п
Эффективна постановка геофизических работ (электро- и сейсморазведка), а также установка магнитных и контактных реперов.
Точность картирования контуров и выделения групп пород. Топографической основой при инженерно-геологической съемке служат обычно карты или планы того же масштаба, что и съемка, либо на одну ступень крупнее. При крупномасштабной и детальной съемках все точки и контуры должны иметь инструментальную привязку.
Все выделяемые элементы наносятся на карты с точностью, определяемой как сложностью картируемых факторов и параметрами разведочной сетки, так и требованиями проектирования. Критерием точности служит точность построения границ групп и подгрупп пород, точность изолиний отображаемых признаков и т. д. Элементы инженерно-геологических условий неравноценны по своему значению
и требуют различной детальности изучения. Контур на карте проводится либо посредине между скважинами, либо по среднему углу выклинивания. П. А. Рыжовым и В. М. Гудковым (1966 г.) показано, что ошибка построения границы по отдельным скважинам Ms при примерно равных сторонах разведочной сети составляет
Ms = ± -г- а • b • у п , 3 6
где а и Ь — расстояния между соседней парой скважин;
п — количество пар разведочных выработок, оконтурива-ющих границу.
На рис. 6 показана граница моренных и озерно-ледниковых отложений для случая, когда одни скважины встретили моренные отложения, а другие — не встретили. Ошибка определения площади моренных отложений при составлении инженерно-геологической карты масштаба 1 : 2000, при условии, что скважины проходились по сетке 250 X 250 м и в пределах планшета граница оконтурена шестью парами скважин, составит
М8 = ± 250 • 250 Y6 ± 26 тыс. м2.
При длине контура в 1300 м линейная ошибка построения ±2,0 м. Не меньший интерес представляет решение обратной задачи. Задаваясь допустимой погрешностью определения площади, можно установить необходимое расстояние между выработками на границе картируемых пород. Например, если для случая, изображенного на рис. 6, известно, что на этом участке проектируются жилые дома меридиональной ориентации с шириной (по торцу здания) 20 м, и конструкция фундаментов будет принципиально различной на моренных и озерно-ледниковых отложениях, то целесообразно принять за допустимую погрешность определения контура площадь зданий, размещаемых вдоль линии контура. При длине линии контура (с учетом разрывов между зданиями) в*800 м и ширине зданий 20 м М8 равна 16 000 м2. Принимая квадратную сетку, т. е. а равно 6, имеем
л# . 1 21/— , /" 6Afs
М- = ± —а у п или а = 1 / —=.
6 у уп
Для нашего примера а = 200 м. Следовательно,
сетку скважин вдоль контура необходимо задать 200 X 200 м при более редкой сетке по остальному участку.
На рис. 7 представлен график зависимости расстояний между скважинами от допускаемой ошибки измерения площади и количества пар скважин. По этому графику легко решается как прямая задача (определение Ms), так и обратная (определение а).
Если сетка не квадратная (но близкая к ней), то имея значение а2 (принятое для случая а равном Ь) и задавшись значениями а, определяют и значение Ь, принимая, что а2 = а X Ь.
Выделение на карте различных групп и подгрупп пород связано с точностью статистического разделения пород на инженерно-геологические элементы (например, разделение тугопластичных и мягкопластичных разновидностей, дифференциация по результатам зондирования и т. д.) и с точностью оконтуривания этих элементов. Задачу можно рассматривать по аналогии с задачей о точности составления, например, топографического плана, зависящей от точности нивелирования, нанесения этих точек на план и наведения горизонталей.
В целом следует признать вопрос о точности составления инженерно-геологических карт еще нуждающемся в разработке.
Точность картирования значительно возрастает, если картируемые элементы морфологически выражены в рельефе, например ярко выраженный моренный рельеф, поверхностные карстопроявления и т. д., что необходимо отражать обычными топографическими методами съемки.
3. ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКАЯ РАЗВЕДКА
Выделение инженерно-геологических элементов. Инженерно-геологическая разведка проводится в соответствии с требованиями СНиП А. 13—69, с целью «получения инженерно-геологической характеристики в сфере влияния сооружений на грунты». Это определение было сформулировано Н. В. Коломенским [27], который под инженерно-геологической разведкой понимает «комплекс инженерногеологических работ, проводимых в пределах сферы воздействия сооружений на горные породы». Освещение инженерно-геологических условий следует вести с полнотой, достаточной для проектирования сооружения и прогноза его поведения при строительстве и эксплуатации [8].
Введение в практику инженерно-геологических изысканий понятий «инженерно-геологическая съемка», «инженерно-геологическая разведка» и «инженерно-геологическое опробование» может быть успешным лишь при условии тесной связи этих понятий с видами и стадиями проектных работ.
Следует считать, что инженерно-геологическая разведка назначается тогда, когда известны (хотя бы предварительно) контуры проектируемых сооружений и их конструктивные решения. Она характеризуется применением самого широкого набора полевых, лабораторных и камеральных методов. В ряде случаев, особенно при одностадийном проектировании, инженерно-геологическая разведка проводится без предшествующих составов работ.
Основные задачи при инженерно-геологической разведке следующие:
выявление условий залегания пород, гидрогеологических условий, физико-геологических процессов;
выделение инженерно-геологических элементов;
изучение состава и физико-механических свойств грунтов.
Выделение инженерно-геологических элементов является синтезом всей работы, так как включает выделение в пространстве геологических тел, обладающих определенными инженерно-геологическими свойствами.
Н. В. Коломенский [27] под инженерно-геологическими элементами понимает такие геологические тела (линзы, слои, прослои и др.), для которых можно получить усредненные индивидуальные значения показателей физико-технических свойств пород. Из этого определения вытекает, что объем и характер инженерно-геологического элемента зависит от принятых индивидуальных показателей фцзико-технических свойств пород. Так, в пределах генетически однородного геологического тела (например, озерно-ледниковые глины) объем инженерно-геологического элемента может быть различным в зависимости от того, какой из показателей состава, свойства, состояния, либо комплекса показателей (число пластичности, пористость, показатель консистенции, прочностные, деформационные характеристики и т. д.) принят.
При выделении инженерно-геологических элементов, либо системы элементов, очень важно соблюдать условие единства расчетной модели, т. е. необходимо знать конструктивные особенности сооружений. Принципы выделения инженерно-геологических элементов приведены в табл. 7.
Таблица 7
Принципы выделения инженерно-геологических элементов
Критерии
Примеры
Генетический тип
Литологическая разновидность Состояние
Показатели свойств, учитываемые различными схемами расчета сооружений:
прочностные
деформативные
просадочность
совместная работа сваи и грунта (сопротивления грунта основания в плоскости нижних концов и на боковой поверхности сваи)
упругие характеристики пород
Специальные характеристики (коэффициент фильтрации, набухаемость и т. д.)
Моренные отложения
Суглинки Тугопластичные
При расчетах по первому и второму предельным состояниям
При расчетах по второму предельному состоянию
Только для просадочных грунтов
При проектировании свайных фундаментов
При проектировании сооружений башенного типа, фундаментов с динамическими нагрузками и др.
В зависимости от важнейших требований и специфики проектируемых сооружений
Очень часто возникают сложности при выделении инженерногеологических элементов таких отложений как, например, ленточных глин, аллювиальных отложений, представленных переслаиванием песчано-глинистых пород и др., а также при большой изменчивости состояния пород, например изменчивой консистенции глинистых отложений в пределах генетически и литологически однородного слоя. В этих случаях выделить отдельные элементы из системы невозможно из-за масштаба отображения этих элементов на графическом материале и недостаточного количества показателей, объективно характеризующих состояние пород.
Из табл. 7 видно, что детальность выделения инженерно-геологических элементов зависит от критериев, положенных в основу выделения. Поэтому понятие «инженерно-геологический элемент» должно быть гибким, отвечающим конечной задаче инженерно-геологической разведки. Это возможно лишь при совместном учете как геологических факторов, так и модели работы проектируемого сооружения.
При выделении инженерно-геологических элементов необходимо учитывать возможные изменения естественных условий от влияния сооружений. Например, химический состав вод, сбрасываемых промышленным предприятием, может существенно изменить интенсивность карстовых процессов и т. д. В этом случае различные разновидности карстующихся пород, по-разному реагирующие на состав промышленных вод, должны быть выделены в отдельные слои.
На рис. 8 показана схема выделения инженерно-геологических элементов для участка проектируемого строительства производственного здания на столбчатых фундаментах. Выделение инженерногеологических элементов проведено по генетическому и литологическому признакам для всех слоев. Слои торфа и озерно-ледниковых песков дополнительно по показателям свойств не разделялись, так как они залегают выше глубины промерзания и будут выбраны котлованом. Их выделение необходимо только для учета условий и категорий производства земляных работ, а также условий подтопления котлована. Моренные суглинки, предположительно являющиеся основанием фундаментов, разделены на инженерно-геологические элементы по состоянию (консистенции), что позволило выделить различные показатели прочностных и деформационных свойств. Залегающая в основании разреза моренная глина твердой консистенции выделена лишь как литологическая разновидность, а не в самостоятельный инженерно-геологический элемент, так как этот слой не играет существенной роли в модели работы основания.
На рис. 9 выделены инженерно-геологические элементы для участка проектируемого строительства жилого дома на свайных фундаментах. Так как статическое зондирование показало, что различия в консистенции озерных суглинков не существенны и этот слой не может служить основанием острия свай, выделение инженерногеологических элементов проведено по генетическим типам и литологическим разновидностям. Расчленение по консистенции текучих
и текучепластичных озерно-ледниковых суглинков, так же как и полутвердых и твердых морских глин, не вносит в этом случае существенных корректур в модель работы основания.
И. С. Комаров [28] рассматривает выделение инженерно-геологических элементов путем трансформации структурно-геологической модели в структурно-механическую (геотехническую) модель. Выделенные, таким образом, части разреза рассматриваются им как «однородные и изотропные элементы структурно-механической (геотехнической) модели, которые можно охарактеризовать едиными нормативными или расчетными значениями показателей».
Рис. 8. Схема выделения инженерно-геологических элементов для зданий на естественном основании
I — торф; 2 — озерно-ледниковые пески; 3 — озерно-ледниковые глины мягкопластичные;
4 — моренные суглинки полутвердые (а), тугопластичные (б) и Глины тугопластичные (в)
Рис. 9. Схема выделения инженерно-геологических элементов для здания на свайном фундаменте
1 — торф; 2 — озерные суглинки текучей и мягкопластичной консистенции; 3 — морские глины полутвердой и твердой консистенции
При выделении инженерно-геологических элементов рассматриваются: а) проверка соответствия принятого геологического расчленения требованиям выполняемых расчетов; б) оценка однородности выделенных элементов разреза по учитываемым в расчете механическим свойствам; в) установление единых характеристик механических свойств пород в пределах выделенных инженерно-геологических элементов.
Н. В. Коломенский [27] показывает на примере тонкого слабого глинистого прослойка, заключенного в породах основания, различный подход к необходимости выделения этого прослойка как инженерно-геологического элемента. Для расчетов по осадкам прослоек как отдельный элемент можно не рассматривать, так как он существенно не увеличит общую осадку здания, если в этих же условиях рассматривать сооружение (например, плотину), имеющее горизон
тальные усилия, при которых по слабому прослойку может произойти сдвиг, выделение и изучение его обязательно.
Принципиальную схему выделения инженерно-геологических элементов необходимо предусматривать в проекте работ и уточнять по мере проходки первых выработок.
Обобщенные показатели для выделенного инженерно-геологического элемента должны устанавливаться по правилам математической статистики, а диапазон изменений показателей принимается для определенной доверительной вероятности в зависимости от стадии исследований и ответственности сооружений.
Выбор методики работ. В зависимости от характера проектируемого сооружения (производственный корпус, жилое здание, трасса водопровода и т. д.), либо защитного мероприятия (укрепление откоса, дренаж и т. д.) и естественно-геологических условий района выбирается методика инженерно-геологической разведки. Как правило, для участков, где назначается инженерно-геологическая разведка, имеются более или менее подробные сведения о геологическом строении на глубину не менее 20—50 м по материалам инженерногеологической, либо геологической съемки, бурения гидрогеологических скважин, предыдущих инженерно-геологических работ и т. д.
Исходя из геолого-литологических условий и характера проектируемых сооружений с учетом производственных возможностей и существующих требований производится предварительное назначение видов работ: горно-буровые, геофизические, опытные полевые и лабораторные.
Общие рекомендации по назначению видов работ приведены в табл. 8.
Размещение горно-буровых выработок, точек производства опытных и геофизических работ является очень важным вопросом, еще недостаточно изученным.
На систему размещения выработок влияют: геолого-литологическое и геоморфологическое строение района, характер проектируемых сооружений, цель производства работ, стадия проектирования объекта (наличие или отсутствие контуров проектируемых сооружений), доступность и условия проходимости местности, загромо-жденность территории строительными материалами, существующими (подлежащими сносу) строениями, линиями подземных коммуникации и др.
В табл. 9 и на рис. 10 представлены существующие системы размещения выработок при изысканиях для промышленного, гражданского и сельскохозяйственного строительства.
При больших объемах разведочных работ целесообразно применять методику постепенного сгущения сети, пересмотра проектного размещения выработок в зависимости от текущих результатов работ.
Г. К. Бондарик [8] предлагает решать этот вопрос исходя из основных положений теории изменчивости состава и свойств пород.
Применение основных видов работ
Естественногеологические условия Характер проектируемых сооружений Виды работ
Горно-буровые Геофизические Опытные полевые Лабораторные Гидрогеологические
Благоприятные инженерно-геологические условия Здания и сооружения всех классов капитальности, фундаменты на естественном основании Буровые скважины, шурфы, расчистки в контурах проектируемых сооружений либо по сгущенной сетке. Глубина выработок зависит от геологических условий и нагрузок на фундаменты Как правило, не ведутся Сдвиги в шурфах, вращательные сдвиги в скважинах, испытания статической нагрузкой штампов Исследования состава, состояния, прочностных и деформационных характеристик Наблюдение и прогнозирование уровней грунтовых вод, оценка агрессивности грунтовых вод в пределах их воздействия на фундаменты
Благоприятные, средние и сложные инженерногеологические условия Крупнопанельные здания и сооружения на естественном основании (по СН-321- 65) На каждое здание длиной до 60 м назначается не менее двух выработок в простых условиях и не менее трех—в сложных. Глубина выработок от отметок заложения фундаментов не менее 6 м для пятиэтажных зданий и не менее 9 м для девятиэтажных То же То же То же То же
Средние и сложные инженерногеологические условия Здания и сооружения на свайных фундаментах (в том числе Горно-буровые выработки в контурах проектируемых зданий и сооружений, в том числе Оконтурирова-ние кровли скальных и крупнообло- Статическое и динамическое зондирование, испытания свай. Основное внимание уделяется изучению состава и состояния Оценка агрессивности грунтовых вод всех горизонтов
и крупнопанельные)
технические 'выработки на расстоянии не более 5 м от контуров. Глубина скважин ниже проектных отметок острия не менёе 5 м в песчаных и глинистых и не менее 1,5 м в скальных и крупнообломочных породах
Сложные инженерногеологические условия. Наличие в разрезе пород с различными физико-механическими свойствами, зоны разрушенных пород, карстовые районы и т. п.
Отдельные ответственные здания и сооружения, комплексы промышленного и гражданского строительства. Фундаменты на естественном и свайном основании
Буровые скважины, шурфы, расчистки в контурах проектируемых сооружений
Оползневые районы
Противооползневые защитные мероприятия
Буровые скважины, шурфы и расчистки по створам. Максимальное расстояние между выработками 200 м, на каждом геоморфологическом элементе не менее двух выработок
мочиых пород Испытания статической нагрузкой штампов лишь в необходимых ^случаях, как правило, в основании острия свай пород, определение плотности песчаных и консистенции глинистых пород в интервалах не реже 0,5-1,0 м по всей глубине екважин по длине свай
Электрические, сейсмические, каротажные, комплексные методы Назначаются в зависимости от предполагаемого типа фундаментов и видов пород Комплексные исследования состава, состояния и физикомеханических ' свойств пород Цикл наблюдений за колебанием уровня грунтовых вод и их химического состава. Опытные откачки и нагнетания для определения коэффициента фильтрации
Электрические, сейсмические и комплексные методы. Установка магнитных и контактных реперов
Поверхностная пенетрация, статическое и динамическое зондирование, вращательные сдвиги в скважинах, сдвиг целиков в шурфах и котлованах.
Специальные полевые наблюдения
Состав, состояние и. физикомеханические свойства пород, особенно слабых прослоек.
Изучение размо-каемости, набухания, ползучести и т. д.
Режимные гидрогеологические наблюдения по специальной программе, проведение опытных откачек и т. д.
Для инженерно-геологической разведки им вводится понятие «регулярные системы опробования», т. е. системы, в которых точки измерения геологических параметров (горно-буровые выработки, места проведения полевых испытаний, точки отбора образцов) свободно расположены внутри некоторых участков, а центры этих участков разбиты по геометрически правильным сеткам. Следует согласиться с постановкой задачи определения оптимального количества выработок, исходя из необходимости оптимального опробования по одному (или нескольким) из важнейших показателей состава и свойств,
Рис. 10. Схема систем размещения выработок
а — квадратная сетка 200 X 200 м по участку перспективной застройки; б — ромбическая сетка со стороной 100 м по участку застройки первой очереди; в — прямоугольная сетка 30 X 100 м по участкам многоэтажных жилых домов; г, д — групповые выработки по площадке водонапорной башни и котельной с дымовой трубой; е — сетка, ориентированная по геоморфологическим элементам на участке оползневого склона; ж — разведочная линия по трассе водовода с неравномерным шагом, зависящим от геоморфологических условий
но для этого необходимо знать статистические характеристики изучаемого показателя. Сложность реализации задачи заключается в том, что каждая выработка имеет многоцелевое значение (геолого-литологическое расчленение, выявление гидрогеологических условий, опробование и др.).
В настоящее время наряду с проходкой горно-буровых выработок при инженерно-геологической разведке широко применяется проходка точек статического зондирования, пенетрационно-каро-тажные и геофизические работы, что позволяет существенно сократить объем дорогостоящих и длительных горно-буровых работ.
Часть точек опытных и геофизических работ (не менее 10—30%) следует располагать непосредственно у горно-буровых выработок, остальные точки целесообразно размещать вне горно-буровых выработок и тем самым получать дополнительную информацию по инженерно-геологической разведке. На рис. 10 представлены схемы расположения выработок.
Следует отметить, что вопрос о количестве горно-буровых выработок и полевых опытных работ теоретически решен крайне недо-38
Системы размещения выработок
Системы выработок Расположение выработок внутри системы Условия применения
Геометрически правильные сетки Квадратные При однообразном геолого-литологическом строении, в пределах одного геоморфологического элемента, при отсутствии контуров сооружений либо в пределах большого контура
Прямоугольные Вдоль вытянутого геоморфологического элемента, в пределах вытянутого прямоугольного контура сооружения
«Шахматные» (ромбические) При неясном гео л о го-лито логическом строении и невыраженных геоморфологических условиях, в пределах^слож-ного контура сооружения
Геометрически неправильные сетки По геоморфологическим контурам При сложных геоморфологических условиях, при наличии карстовых воронок, оползневых участков, в долинах рек и др.
По контурам проектируемого объекта При наличии в пределах контура резко различных несущих конструкций в пределах контуров сложной конфигурации
Разведочные линии (створы) С равномерным шагом При однообразном геолого-литологическом строении, для линейных сооружений и др.
С неравномерным шагом При сложных геоморфологических условиях, для уточнения системы дальнейших работ, при сложном характере линейного сооружения
Одиночные, либо групповые выработки Под отдельные сооружения малой площади в плане (башни, дымовые трубы), карстовые воронки, контрольные выработки и т. д.
Комбинированные системы Сложные При сложном геолого-литологическом строении, на больших по площади участках
статочно и в настоящее время количество выработок определяется в основном требованиями нормативных документов (нормативный метод), либо субъективным опытом производителя работ (субъективный метод).
В качестве примера рассмотрим инженерно-геологическую разведку, выполненную для проектирования промышленного объекта.
Район работ относится к региону с развитым карстом карбонатного типа. При инженерно-геологической съемке масштаба 1 : 5000,
Рис. 11. Схема инженерно-геологического районирования в карстовом районе
1 — район вполне благоприятный; 2 — район условно благоприятный; 3 — район неблагоприятный (сложный); 4 — карстовые воронки и ложбины провального типа; 5 — свежие поноры; 6 — границы зон развития подземных полостей; 7 — граница зоны влияния промышленных вод; 8 — горно-буровые выработки; 9 — существующие здания и сооружения; 10 — проектируемые здания и сооружения
выполненной с применением горно-проходческих и геофизических работ, по поверхностным формам карстопроявления выделены три района: вполне благоприятный для строительства, условно благоприятный и неблагоприятный (сложный) для строительства (рис. 11). В основу районирования был положен комплекс факторов, включающих геолого-литологическое строение районов и проявление карстовых процессов.
Инженерно-геологическая разведка включала бурение скважин и проходку шурфов по сетке 50 X 50 м и сгущение сетки до 20 X X 20 м в контурах проектируемых ответственных сооружений; Глубина выработок назначалась с учетом проходки толщи карсту-ющихся известняков. Особое'внимание уделялось изучению трещиноватости, кавернозности и закарстованности пород, гидрогеологиче
скому режиму участка. При районировании территории выделялись районы по плотности распространения карстовых воронок и подрайоны по характеру глубины и крутизны воронок. При изучении полостей, вскрытых бурением, особое внимание уделялось изучению характера и состава пород, заполняющих полости. Необходимо также оконтуривать и выделять подрайоны по признакам карстопроявле-ний, вскрытых выработками и не имеющими выражения в рельефе. Изучение химического состава вод, сбрасываемых соседним действующим промышленным предприятием, показало, что эти воды являются агрессивной средой по отношению к карстующимся породам. Учитывая, что часть этих вод за счет различных утечек попадает в район проектируемых сооружений, выделен контур распространения промышленных вод. Особое внимание уделялось тщательному тампонажу и цементации пройденных выработок.
Опытные полевые работы проводились с целью получения механических свойств пород, трудно поддающихся изучению лабораторными методами (доломитовая мука, разрушенный известняк и др.).
Всего при инженерно-геологической разведке в этом сложном районе на площади 3,2 км2 выполнено: проходка горно-буровых выработок 11,4 тыс. пог. м; геофизические работы (методы ВЭЗ и КВЭЗ) 2 тыс. точек; опытные нагрузки грунтов штампами 17 опытов; опытные откачки и наливы 11 опытов, лабораторные исследования 406 монолитов, химические анализы воды 88 анализов.
4. ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКОЕ ОПРОБОВАНИЕ
Оценка изменчивости состава и свойств пород. Инженерно-геологическое опробование проводится с целью получения характеристик состава и физико-механических свойств пород, состава и свойств грунтовых вод, изучения закономерностей изменения состава и свойств пород и вод в пространстве и во времени от природных и искусственных факторов.
По Г. К. Бондарику [8], инженерно-геологическое опробование — это комплекс последовательных операций по измерению или определению состава, состояния и свойств пород с требуемыми точностью и надежностью.
От успешного проведения инженерно-геологического опробования зависят:
обоснованность выбора оснований зданий и сооружений (тип фундаментов);
достоверность номенклатурных нормативных и расчетных характеристик грунтов (параметры фундаментов: глубина заложения, размеры и т. д.);
надежность строительства и эксплуатации зданий и сооружений (обеспечение условий сохранения устойчивости и допустимой деформации строительных конструкций);
экономическая обоснованность строительства нулевого цикла и дополнительных мероприятий по антикоррозийной, антиагрессив-ной защите и т. д.;
выбор оптимальных решений по организации строительных работ, что влияет на стоимость и сроки строительства (определение строительных групп пород, методов осушения и дренажа котлованов, выбор землеройных механизмов и т. д.).
В инженерно-геологическое опробование входят:
а) определение системы пространственного размещения точек отбора проб и мест проведения опытных работ; б) отбор, упаковка, транспортировка и хранение проб; в) лабораторные и полевые исследования состава и свойств пород; г) обработка материалов исследований.
Рис. 12. График инженерно-геологической изменчивости горных пород (по Н. В. Коломенскому, 1968 г.)
а — скачкообразная незакономерная изменчивость; б — скачкообразная закономерная изменчивость; в — функциональная изменчивость
Инженерно-геологическое опробование зависит от многих факторов, среди которых основными являются: геолого-литологическое строение, условия залегания, стадия изысканий, характер и капитальность проектируемых сооружений, предполагаемый тип фундаментов, методы проектирования оснований и фундаментов и др.
Отсутствие обоснованных рекомендаций по опробованию является в ряде случаев основной причиной низкого качества инженерногеологических работ. Объективная трудность при составлении рекомендаций по опробованию заключается в том, что система и параметры (количество проб) опробования зависят от изменчивости горных пород в пространстве, которая выявляется в процессе опробования. Задача существенным образом облегчается при исследованиях грунтов, для которых степень изменчивости состава и свойств выявлена более ранними работами.
Н. В. Коломенский [27] выделяет три типа закономерностей инженерно-геологической изменчивости пород (рис. 12).
Классификацию изменчивости (табл. 10), удобную для построения математической модели при большом количестве определений, предложил В. П. Огоноченко [45]. Исходя из теории случайных функций, он выделяет:
а) изменчивость средних значений хп в зависимости от пространственной координаты I — математическим ожиданием случайной функции х (Z);
б) изменчивость среднеквадратических отклонений St в зависимости от Z — среднеквадратическим отклонением случайной функции S (I);
Таблица 10
Классификация инженерно-геологической изменчивости (по В. П. Огоноченко)
Таксономическая единица > Критериальное условие Название таксономических единиц индекс
Тип х (1) = const Стабильная с
х (1) const Нестабильная н
Класс S (Z) = const Однородная о
S (0 =£ const Неоднородная н
Вид rx = 0 Некоррелированная НК
rx = / (AO Просто коррелированная ПК
rx = t (li, lj) Сложно коррелированная СК
rX = 1 Функциональна Я ф
в) изменчивость коэффициентов корреляции гх между сечением
(выработками) в зависимости от их координат Zz, lj или от расстояния между ними AZ — автокорреляционной функцией случайной функции
(Zz, Zj) или rx (AZ).
Г. К. Бондарик [8] разработал скему классификации пространственной изменчивости состава и свойств пород, связанную с геологическими условиями формирования отложений.
На рис. 13 представлен график изменчивости значений коэффициента пористости с глубиной (по данным проходки шести скважин) для моренной супеси района Светлогорска. Для графика в целом отмечается скачкообразная незакономерная изменчивость, однако с глубины более трех метров изменчивость приобретает нестационарный режим (по Г. К. Бондарику) или нестабильную неоднородную изменчивость (по В. П. Огоноченко).
Другой режим изменчивости
Рис. 13. Изменчивость коэффициента пористости с глубиной
1 — частные значения коэффициента пористости; 2 — средние значения коэффициента пористости; 3 — средние квадратические отклонения
показателей можно отметить по
участку строящейся дамбы в одном из районов Архангельской области (рис. 14). Влажность, определенная по скважинам, пройденным по трехкилометровому участку отсыпанной дамбы, имеет скачкообразную незакономерную изменчивость или квазифункциональный нормальный режим изменчивости.
Общепринятой оценки однородности показателей состава и свойств пород не существует. Наиболее принято оценивать однородность породы по величине среднего квадратического отклонения s и коэффициента вариации v по формулам
(XI- Х)2 .
п— 1 •
v=~ 100%, X
где х — среднее значение из п показателей; л; — частное значение показателя.
1 — частные значения естественной влажности; 2 — средние значения естественной влажности
Е. Н. Коломенский предложил в качестве показателя инженерногеологической однородности пород К частное от деления среднеквадратического отклонения s на абсолютную величину разности среднего значения х показателя и ближайшего к нему краевого значения классификационного интервала
К = -^------.
М. М. Максимов [35] оценивает однородность по показателю неоднородности (ПН) по формуле
ПН = —, а
где а — допускаемая ошибка парного определения.
Н. В. Коломенский (1956 г.) приводит по Е. И. Медкову показатель выдержанности К&, равный частному от деления среднего значения показателя ап, наиболее сильно отличающегося от общего среднего показателя, на среднее для всего инженерно-геологического элемента (А)
___ ап Къ--д.
Г. К. Бондарик (1968 г.) предлагает использовать показатели выдержанности породы по какому-либо свойству Kw по формуле:
К = ,
w пЕ(х)*
где ^xjn — среднее арифметическое, подсчитанное по частным средним, взятым по сетке случайных чисел;
Е (х) — математическое ожидание.
Каждый из предложенных методов обладает определенными недостатками. Так, М. М. Максимов не дает рекомендаций по определению категории однородности; Е. Н. Коломенским предложена классификация, основанная на использовании классовых интервалов, которые имеются далеко не для всех показателей, и т. д.
Предварительную оценку однородности слоя по каждому из выделенных показателей можно проводить, используя т-критерий (односторонний критерий Грэббса [67])
Т = "max —£ ли^0 т 5 —^min ,
•SCM 5 см
где х — среднее значение;
жтах, tfjnin — максимальный и минимальный члены выборки;
$см — смещенная оценка среднеквадратической ошибки, определяемая по формуле
- I / I г'"
Критерий Грэббса вычисляют для максимального значения числителя. Чем меньше значение т, тем более однороден слой по исследуемому показателю. Если вычисленное значение т не превышает предельного, принимаемого по табл. 11 для заданной доверительной вероятности р и при объеме выборки и, то минимальный (максимальный) член выборочной совокупности следует считать принадлежащим той же генеральной совокупности, что и остальное члены выборки. Если т>>тпр, то соответствующий крайний член вариационного ряда следует считать аномальным.
Преимущество т-критерия в том, что он учитывает не только заданный уровень доверительной вероятности, но и объем исследуемой выборочной совокупности, что особенно важно при малых выборках. Однако следует отметить, что характеристика однородности слоя по этому критерию' используется лишь для сравнительной оценки различных слоев.
Если обозначить жтах — х и х— жт1п через А, т. е. А=тах{жтах— — х. х — жт1п}, тогда т = А/$см.
Классификация однородности исследуемого показателя в зависимости от значений доверительной вероятностир приведена в табл. 12.
Таблица 11
Значения тпр-критерия
п р р
0,-90 0,95 0,99 | 0,90 0,95 0,99
3 1,41 1,41 1,41 15 2,33 2,49 2,80
4 1,64 1,69 1,72 20 2,45 2,62 2,96
5 1,79 1,87 1,96 25 2,54 2,72 3,07
6 1,89 2,00 2,13 30 2,51 2,79 3,16
7 1,97 2,09 2,26 35 2,67 2,85 3,22
8 2,04 2,17 2,37 40 2,72 2,90 3,28
9 2,10 2,24 2,46 45 2,76 2,95 3,33
10 2,15 2,29 2,54 । и 50 2,80 2,99 3,37
Таблица 12
Классификация однородности
Группа однородности
Доверительная вероятность
Весьма однородная Однородная Относительно однородная Неоднородная
р<0,9 0,9 р < 0,95 0,95 р < 0,99
р 2^ 0,99
В качестве примера рассмотрим оценку значений коэффициентов пористости двух слоев моренных суглинков (табл. 13).
Таблица 13
Значения коэффициентов пористости е
слоя п emin emax ё ®см ®тах“® ® emin Д
I 7 0,480 0,672 0,580 0,05 0,092 0,100 0,100
II 30 0,457 0,683 0,575 0,08 0,108 0,118 0,118
Для первого слоя т = 0,100/0,05 = 2. Из табл. 11 для п = 7 находим, что значение т = 2 соответствует доверительной вероятности р, удовлетворяющей неравенству 0,9 <р <0,95. Используя табл. 12, делаем вывод, что первый слой по значениям показателя е следует считать однородным. При том же значении т, но для значения п — 5 этот же слой следовало бы признать неоднородным. Для второго слоя т = 0,118/0,08 = 1,475, что по табл. 10 при п = 30 удовлетворяет неравенству р <0,9, т. е. слой следует признать весьма однородным.
Целесообразно подобную оценку однородности проводить для следующих показателей: естественной влажности, влажности на 46
границах текучести и раскатывания, удельной массы, объемной массы и коэффициента пористости.
Этот же прием может быть использован и для оценки однородности слоя в целом по ряду показателей. В качестве такого критерия может служить выражение
где т — общее количество показателей, по которым определяется т0;
хг — величина, вычисляемая по формуле т = Д/$см для г-го показателя (г = 1, 2, . . ., т).
Общий критерий однородности вычисляется только в случае вычисления величины тг по выборкам одинакового объема пг. Группы однородности по общему критерию определяются так же, как и для одного показателя.
Пример. Для слоя озерно-ледниковых суглинков получено по 12 определений удельной массы уч, объемной массы у, коэффициента пористости е, естественной влажности Ж, влажности на границах текучести Жт и раскатывания Жр. Исходные данные и результаты вычислений сведены в табл. 14.
Таблица 14 Исследования однородности слоя озерно-ледникевых суглинков
S Тч 7 8 W WT ИР
1 2,77 1,97 0,776 25,9 34,1 21,1
2 2,70 1,99 0,768 27,9 33,6 21,4
3 2,73 1,98 0,761 27,5 36,2 22,7
4 2,76 1,93 0,903 32,6 27,1 23,3
5 2,78 1,93 0,904 31,4 33,1 20,5
6 2,67 1,97 0,768 26,7 31,5 20,4
7 2,70 1,85 1,015 34,0 37,0 22,0
8 2,77 2,00 0,764 36,8 36,8 23,8
9 2,78 1,98 0,783 27,0 37,0 21,9
10 2,73 1,94 0,808 28,0 37,1 23,7
11 2,71 2,00 0,737 27,2 33,3 20,6
12 2,71 1,99 0,726 26,7 35,2 21,9
£ 32,81 23,51 9,713 341,7 422,0 263,3
П/ 12 12 12 12 12 12
X 2,73 1,96 0,810 28,5 35,2 21,9
®так 2,78 2,00 1,015 34,0 37,1 23,8
£т{п _ 2,67 1,83 0,726 25,9 31,5 20,4
®тах — х 0,05 0,04 0,205 5,5 1,9 1,9
х — ®mln 0,06 0,11 0,084 2,6 3,7 1,5
А 0,06 0,11 0,205 5,5 3,7 1,9
$ 0,035 0,045 0,086 2,54 1,98 1,17
тч 1,71 2,55 2,48 2,16 1,87 1,62
Из табл. 12 видно, что по показателям уч, W, WT и Wp слой весьма однородный, а по показателям у, 8 — относительно однородный.
Определяем общий показатель однородности
Т°=/
15------------------з---------з---------3— -1-97.
1 I 1 I * I 1 I 1 I 1
(1,71)2 т (2,55)2 т (2,48)2 (2,16)2 Т (1,27)2 (1,62)2
По табл. 11 и 12 находим, что при т0 = 1,97 и пг = 12 слой следует считать весьма однородным, так как т0 соответствует доверительной вероятности менее 0,90.
Размещение точек опробования. Системы пространственного размещения точек могут быть сеточными и линейными. Сеточное опробование применяется наиболее часто при инженерно-геологических съемках и изысканиях на ранних стадиях проектирования, когда контуры сооружений еще не определены. Сеточное опробование подразумевает равномерный в плане и по вертикали отбор проб для лабораторных исследований, либо выбор точек полевых опытных работ. Линейное опробование применяется при изысканиях по намеченным створам (например, при изысканиях под проекты инженерных коммуникаций, дорог и т. д.) и при необходимости вертикального опробования разреза (например, при проектировании свайных фундаментов, опор глубокого заложения и т. д.).
Для каждой из системы могут применяться точечный, валовой и бороздовый способы отбора проб, а также опробование крупных монолитов (сдвиги целиков в шурфах, штампоопыты и т. д.). Наиболее часто применяется точечный способ отбора, позволяющий отбирать образцы ненарушенного сложения (монолиты). Валовой и бороздовый способы применяют, как правило, для изучения состава крупнообломочных грунтов.
Определение необходимого количества проб. Н. В. Коломенский [27] выделяет нормативный, приближенно-статистический, интерполяции и экстраполяции, и контрольный способы определения количества проб.
Нормативный способ основан на применении рекомендаций различных общесоюзных и ведомственных нормативных документов, построенных на практическом опыте. Этот метод имеет определенные недостатки: 1) весьма ограниченное применение, 2) рекомендации подчас расплывчаты и имеют широкий диапазон значений.
Приближенно-статистический способ применим, когда в пределах изучаемого участка наблюдается незакономерная изменчивость пород (отсутствует тренд). Подобный характер изменчивости может быть установлен по общим геологическим соображениям, на основании результатов предыдущих исследований, либо опытным путем на ключевых участках.
Н. В. Коломенский [27] приводит интересные результаты по определению оптимального количества проб, полученные И. Н. Ива
новой. Оптимальное количество определений, установленное по отклонению от генерального среднего значения показателя и от коэффициента изменчивости генеральной выборки, составило для показателей естественной влажности от 4—5 до 15—18; коэффициента пористости от 4—6 до 15—30; числа пластичности от 5 до 20—30; коэффициента тренйя от 5—10 до 18—25 и удельного сцепления от 5—10 до 25.
Способ интерполяции и экстраполяции рекомендуется при наличии данных по составу и физико-механическим свойствам пород сопредельных районов и при выявленной закономерной изменчивости этих свойств. Этот способ применяется редко, недостаточно разработан и может быть рекомендован лишь при работах на ранних стадиях изысканий.
Контрольный способ основан на последовательной проверке достаточности количества определений показателей свойств пород для получения обобщенного показателя свойств с заранее заданной надежностью. Г. К. Бондарик [8] отмечает, что метод, основанный на последовательном анализе, в отличие от метода доверительных пределов, применим при нормальном, биномальном и пуассоновском распределениях.
Метод доверительных пределов наиболее широко известен по работам Н. Н. Маслова, Н. В. Коломенского, И. С. Комарова, 3. В. Пильгуновой и др. Количество проб по этому способу определяется по формуле
<2.у2
где t — нормированное отклонение, принимаемое равным 1,65 для доверительной вероятности 0,9; 1,96 для доверительной вероятности 0,95 и 2,58 для доверительной вероятности 0,99;
v — коэффициент изменчивости;
рх — показатель точности, равный отношению абсолютной ошибки среднего значения показателя А к среднему значению.
В качестве примера рассмотрим исследования моренных суглинков в одном из районов Новгородской области.
По данным 305 определений коэффициент пористости изменяется от 0,27 до 0,57 при среднем значении 0,38, среднем квадратическом отклонении 0,06 и коэффициенте изменчивости 15,8%. Необходимо найти, какое количество определений следует выполнить при изысканиях на промышленной площадке на стадии рабочих чертежей. Для этой стадии при уровне доверительной вероятности в 0,99, показателе точности 10%
(2,58)2.(15,8)2 .
п ~ "—Чей—~~ определении•
Для стадии технического проекта при доверительной вероятности 0,95
(1,96)2.(15,8)2 .п
п = ----10 определении.
Если значения v и рх по ранее проведенным работам либо по литературным источникам не известны, то получают значение s по малой выборке из 6—10 испытаний и оценивают достоверность найденного значения $
sp = s + Aw где A,«Sy|====.
В формулу подставляют максимальное значение и, найденное по Sp.
Например, по семи определениям получены коэффициенты пористости: 0,32; 0,33; 0,38; 0,41; 0,42; 0,46; 0,46. При хя = 0,40; $ = 0,06; t = 1,96 имеем
д 196-0,06 _опз /2(7-1)
8„ = 0,06 + 0,03 = 0,09, fmax = -^-- 100% =22,5%, (1,96)2 • (22,5)2 .п
п — ——--------— = 19 определении.
М. В. Рац и М. Т. Ойзерман (1970 г.) предлагают определять необходимое число наблюдений методами непрерывного и двухэтапного планирования.
Непрерывная процедура оценки необходимого числа наблюдений заключается в том, что последовательно рассчитываются для i = 1, 2, 3, 4, . . величины
U ~ 1
Ul *0+1)
I2
iZr/+i
и выбирается в качестве решения минимальное целое значение /V, удовлетворяющее неравенству
где Lt — индивидуальное значение исследуемого показателя;
Д — задаваемая ширина интервала, попадание в который математического ожидания удовлетворяет (т. е. способ задания точности);
fa — критерий Стьюдента, определяемый из соответствующих таблиц.
С практикой проведения изыскательских работ больше согласуется двухэтапная процедура планирования необходимого количества наблюдений. При этом на первом этапе отбирается п проб. По результатам их исследований оценивается дисперсия
п
i-1
Б0
Если при заданном Д и а оказывается, что
n^N*^
Д2
то опробование на втором этапе не производится, так как требуемая точность и надежность оценки среднего значения показателя уже достигнута. Если же это условие не выполняется, то дополнительный объем исследования определяется как
—п.
Часто на первом этапе можно использовать данные из фондовых материалов либо по аналогичным участкам.
G помощью статистического моделирования на ЭВМ М. Т. Ойзер-маном и М. В. Рацем установлены оптимальные размеры п в зависимости от коэффициента вариации исследуемого показателя.
Для доверительной вероятности 95% и ширины интервала Д = = 10% получены следующие данные: v = 10%, п = 10; v = 15%, п = 20 и v = 20%, п = 30. Значения п могут быть легко рассчитаны заранее для любой точности и надежности.
В качестве примера использования этой методики рассмотрим определение модуля деформации озерно-ледниковых глин на одной из площадок. На основании ранее проведенных работ известно, что значения модуля деформации по компрессионным испытаниям составляют 50—70 кгс/см2.
Таблица 15
Результаты исследования модуля деформации озерно-ледниковых глин методом последовательного оценивания
i *Lf+i К* (К *)« i (£4-1) N=i+1 Вывод
N—1 г=1 f(N)
1 60 57 60 3 9 2 4,5 4,5 0 Опробова-
2 57 136 117 19 360 6 60,0 64,5 0 ние про-
3 68 150 185 35 1220 12 101,8 166,3 0 должается
4 50 208 235 27 729 20 36,4 202,7 28,2
5 52 350 287 63 400 30 13,3 216,0 94,0
6 70 408 357 51 260 42 62,0 278,0 169,2
7 68 378 425 47 220 56 39,5 317,5 263,2
8 54 488 479 9 81 72 1,1 318,6 376,0 Опробова-
9 61 513 540 27 729 90 8,1 326,7 507,6 ние пре-
10 57 630 597 33 1080 НО 8,3 335,5 658,0 кратить
11 63 759 660 99 9801 132 74,5 410,0 827,2
12 69 695 729 34 1146 156 7,3 417,3 1015,2
Примечание, К * соответствует выражению
Ориентировочное количество проб для одного слоя
Стадия изысканий, тип сооружения и фундаментов Инженерно-геологические условия Классификационные показатели Консистенция глинистых, плотность песчаных пород Лабораторные испытания Полевые испытания Динамическое и статическое зондирование (точки)
прочностных свойств деформационных свойств прочностных свойств деформационных СВОЙСТВ
Инженерно-геологические съемки на стадии ТЭО и проекта планировки небольших участков Любые 10—30 20-30 Прово; ;ятся только дл в отдельных я слабых случаях пород По специальной программе
Инженерно-геологические х исследования на стадии технического проекта для сооружений I—II классов • Благоприятные Неблагоприятные 6-10 10-15 6-10 10-15 6-10 6-10 6-10 3-5 3-5 3-5 3-5
То же, для сооружений III—IV классов Благоприятные Неблагоприятные 6-10 6-10 6-10 6-10 Как щ 6-8 завило, не пров 6-8 одятся — 3-5
То же, для сооружений на свайных фундаментах 6-10 Через каждые 0,5— 1,0 м по глубине скважины 6-8 Только при необходимости расчета осадки свайных фундаментов В особых случаях Не менее 3—5 точек в контуре здания
Точность оценки для этих значений, принятая как 10% от величины среднего значения модуля деформации, составляет ±6 кгс/см2, следовательно длина доверительного интервала может быть принята А = 12 кгс/см2. Надежность р = 1 —а принимается в 95%. Результаты вычислений сведены в табл. 15.
Было выполнено 12 испытаний. Среднее значение модуля деформации 61 кгс/см2. Непрерывной процедурой установлено, что опробование можно было прекратить на восьмом опыте. Среднее значение модуля деформации по восьми опытам 60 кгс/см2. Опыты 9—12 оказались лишними.
В табл. 16 приведены некоторые рекомендации по назначению числа проб для различных определений, которые можно принимать до начала работ.
ГЛАВА II
ПРИМЕНЕНИЕ ОСНОВНЫХ МЕТОДОВ ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ
1. ПОДГОТОВИТЕЛЬНЫЙ ПЕРИОД
При организации инженерно-геологических работ возникают неизбежные сложности, связанные с трудностью точного определения проектного геологического разреза. Только на очень хорошо изученных участках удается с достаточной достоверностью'определить конструкцию выработок, методику опробования и другие вопросы, влияющие на объемы работ и сроки их выполнения.
В настоящее время инженерно-геологические работы обеспечиваются буровыми и другими механизмами для проходки скважин и шурфов, установками статического зондирования, геофизической аппаратурой и т. д., что требует совершенствования организации работ, внедрения системы НОТ, повышения производительности и коэффициента использования оборудования.
Основанием для производства инженерно-геологических работ является техническое задание, которое составляется проектной организацией. В техническом задании обязательно должны быть освещены следующие вопросы:
наименование и местоположение проектируемого объекта;
стадия и очередность проектирования;
наименование заказчика-проектировщика и заказчика-застройщика;
перечень проектируемых сооружений с указанием их классности, габаритов, конструктивной характеристики (этажность, материал стен, высота сооружений, наличие и глубина подвалов и других заглубленных сооружений);
наличие динамических нагрузок;
предполагаемый тип фундаментов и глубина их заложения, нагрузки на фундаменты;
перечень и сроки представления отчетных материалов;
сведения об изыскательских работах, выполненных ранее на участке различными организациями;
особые условия, связанные с характером промышленного производства, условиями застройки и т. д.
К заданию прилагается топографический план (если он имеется) или схема участка, на которой в зависимости от стадии проектиро-54
вания показываются границы исследований (схема генплана, проект планировки), либо контуры проектируемых сооружений (проект застройки, проект привязки).
Как правило, техническое задание проектной организации составляется и уточняется с участием изыскательской организации. Примерная форма технического задания, принятая в Ленинградском тресте инженерно-строительных изысканий, приведена в табл. 17.
Принимаются к выполнению работы, обеспеченные лимитами, финансированием, либо госбюджетные работы, вошедшие в утвержденный тематический план.
Техническое задание и приложение к нему являются важнейшими документами, определяющими во многом успешное выполнение изыскательских работ. Поэтому необходима определенная подготовка технического задания со стороны проектной организации и квалифицированная (желательно централизованная) приемка технических заданий изыскательской организацией.
Важным этапом подготовительного периода является составление программы изысканий и в первую очередь определение состава и предварительных объемов работ.
Этот этап начинается со сбора и обработки материалов изысканий прежних лет. Изучаются архивные и фондовые материалы, на имеющуюся топографическую основу наносятся пройденные выработки, делаются выписки из колонок скважин, лабораторных ведомостей и т. д. Материал тщательно анализируется и обрабатывается с таким расчетом, чтобы получить необходимую информацию, которая может быть использована при окончательной камеральной обработке и выпуске отчета по новым изысканиям.
Определение состава работ производится на основании действующих нормативных документов с учетом технических возможностей изыскательской организации. Основная задача при этом заключается в назначении оптимальных объемов исследований, обеспечивающих эффективное, технико-экономически обоснованное проведение полевых работ.
В зависимости от геологических условий изучается возможность применения геофизических методов. Широко применяются геофизические методы при развитии в разрезе пород, резко отличающихся по физическим свойствам, для отбивки кровли скальных и полу-скальных пород, в закарстованных породах и в ряде других случаев.
Намечается сетка и глубина разведочных выработок с учетом возможности замены отдельных выработок статическим и динамическим зондированием.
Объем исследований свойств грунтов лабораторными и полевыми методами назначается в зависимости от геологического строения, стадии изысканий и конструктивной особенности сооружений.
Виды горных выработок, способы бурения и отбор образцов грунтов с ненарушенной структурой (монолитов) назначаются в соответствии с табл. 2, 3 СНиП II-A.13—69 «Инженерные изыскания для строительства. Основные положения».
Техническое задание на производ (фраг Инженерно-геологические работы произвести в объемах, обеспечивающих строительства сооружений со
м Характеристика проектируемых зданий Наименование зданий и соо
п/п и сооружений корпус 1 корпус 2 котельная с дымовой трубой
1 Класс сооружения, здания I I I
2 Сооружение, высота (м) Здание, количество этажей 25 1 30 1 Дымовая труба высотой 100 м
3 Размеры в плане, диаметр у основания башенных сооружений (м) 240X60 240X48 Диаметр основания трубы 6 м
4 5 Материал стен или труб Подземные части: Наименование, заглубление (м) Сборный 6ei Техноло з аг луб ле: железо-’ОН гические ния на 2м Железобетон
6 Наличие динамических нагрузок Нет Есть Нет
7 Предположительный тип фундаментов Сборные Столбовые Свайные
8 Степень чувствительности к осадкам Намечаются ли наблюдения за осадкой Малая Нет Малая Нет Средняя Нет
9 Несущие конструкции . Рама Рама Стены
10 11 Расстояние между несущими конструкциями (м) Предполагаемая нагрузка на фундаменты (т): на 1 пог. м. ленточных фундаментов на 1 колонну на 1 сваю 12X12 80 12X12 100 50-60
Приложение. План участка с контурами проектируемых сооружений масштаба
После определения состава и объемов работ составляется смета в соответствии с ценами, предусмотренными действующими «Сборниками цен на проектные и изыскательские работы для строительства». Определенное удобство представляют сметы с заранее набранным типографским шрифтом видами работ и стоимостью единицы работы.
Намеченные состав и объемы работ предварительно согласовываются с отделами исполнителями и заказчиком — проектной организацией, после чего составляется программа работ.
Программа работ должна быть сжатой, конкретной и содержать все необходимые для производства работ сведения. Не следует подробно описывать общепринятые методы и приемы, но в то же время
ство инженерно-геологических работ
мент)
выдачу заключения об инженерно-геологических условиях участка следующими характеристиками
ружений Необходимость проведения опытных работ (штампоопыты, полевые сдвиги, динамическое и статическое зондирование, динамические и статические испытания свай, геофизические}методы, стационарные наблюдения, откачки воды, наливы, нагнетания и пр.) на участках зданий и сооружений
административный корпус
II 15 4 80X20 Кирпич Подвал глубиной 3 м Нет Ленточные Средняя Нет , Продольные стены 8 10-12 Предусмотреть проведение штампоопытов в контуре проектируемого корпуса 2, статического зондирования и статических испытаний пробных свай в контуре проектируемых котельной и дымовой трубы Геофизическими методами определить коррозийные свойства грунтов и блуждающие токи. Гидрогеологические-опытные исследования проводить только для оценки карстовых явлений Прочие сведения (об очистных сооружениях, полях орошения и т. п.). Изыскательские работы по трассам коммуникаций выполнены ранее Дополнительные указания и условия: 1. Материалы инженерно-геологических изысканий прежних лет находятся в архиве проектной организации, арх. №1527 и 1528, 1970 г. 2. Помимо действующих нормативных документов при изысканиях необходимо руководствоваться «Рекомендациями по инженерно-геологическим изысканиям и оценке территорий для промышленного и гражданского строительства в карстовых районах СССР» (ПНИИИС, 1967 г.)
1 : 1000.
целесообразно дать те выписки и выдержки из нормативных документов, поиск которых в полевых условиях затруднителен.
Составление программы следует поручать наиболее квалифицированным специалистам, хорошо знакомым с полевым производством работ. Тщательная и продуманно составленная программа во многих случаях может заменить проект производства работ. Она состоит из нескольких частей.
I. Общая часть
Краткие сведения о районе строительства, географическое положение, сеть подъездных железнодорожных путей и автодорог, растительность, заболоченность, рельеф, возможность
передвижения транспортных средств и механизмов по участку работ;
краткие сведения по геологическому и геоморфологическому строению района, наличие и развитие физико-геологических явлений, гидрогеологические условия;
сведения по материалам изысканий прежних лет, с т^риложением различных выписок, копий колонок выработок, карт и т. д.;
возможности энергоснабжения участка для производства буровых работ;
прочие сведения, влияющие на организацию полевых работ.
II. Состав и объемы работ
инженерно-геологическое обследование участка;
площади и масштабы инженерно-геологических съемок с разделением по категориям сложности;
объемы и методы горно-буровых работ с указанием конструкций выработок, способов их проходки и ликвидации;
методы и объемы инженерно-геологического опробования, порядок упаковки и транспортировки образцов и проб воды;
устройство сети наблюдательных (гидрогеологических) скважин, методика и периодичность наблюдений;
прочие работы,
III. Опытные полевые работы
методика и объемы опытных откачек воды по гидрогеологическим скважинам, производство опытных наливов и т. д.;
объемы и места расположения точек динамического и статического зондирования; <
объемы и места расположения точек для испытаний грунтов опытными нагрузками штампов и свай, сопротивления сдвигу крыльчатками, прессиометрические испытания и т. д.;
' методы, виды и объемы геофизических исследований;
прочие опытные полевые работы.
IV, Методика производства работ
устанавливается очередность различных видов исследований;
указывается, в соответствии с какими нормативными документами проводится тот или иной вид работ;
определяется порядок корректировки, уточнения и изменения состава и объемов работ в зависимости от конкретных условий и результатов проходки первых выработок, геофизических исследований, изучения обнажений и т. д.;
предусматриваются мероприятия по безопасному ведению работ;
предусматриваются необходимые мероприятия по сохранности земель и недр, отведенных под строительство (засыпка шурфов, скважин, тампонаж, цементация и т. п.);
устанавливается методика лабораторного определения состава и физико-механических свойств пород;
определяется порядок разбивки и привязки горно-буровых выработок и опытных точек, геофизических профилей, приводятся данные по созданию планово-высотной опорной сети и исходные пункты планово-высотной привязки;
устанавливается состав и объем полевой документации, дежурных планов и разрезов, содержание предварительных материалов, условия хранения и сокращения керна.
V. Состав окончательного технического отчета
определяется состав и содержание технического отчета, графических и текстовых приложений, масштаба планового материала, разрезов и т. д.
Программа работ вместе с техническим заданием и сметой согласовывается с заказчиком, утверждается руководством изыскательской организации и является основным техническим документом на весь период производства инженерно-геологических работ.
В состав подготовительного периода входит получение согласований и разрешений на производство инженерно-геологических работ в территориальных геологических управлениях либо при небольших по объему работах при изысканиях под отдельные объекты строительства, в органах строительства и архитектуры исполкомов местных Советов депутатов трудящихся, на территории которых будут проводиться изыскательские работы.
Проведение инженерно-геологических работ подлежит обязательной регистрации во Всесоюзном или в территориальных геологических фондах в соответствии с «Инструкцией о порядке регистрации геологических работ в территориальных геологических фондах и Всесоюзном геологическом фонде Министерства геологии СССР».
При больших объемах инженерно-геологических работ с применением многообразных и сложных технических средств, особенно в отдаленных районах, составляется проект производства работ. Проект производства работ определяет обоснованную организацию изысканий. Проектом работ предусматриваются места расположения баз экспедиции, партий и отрядов, условия энергоснабжения, получения горючих и смазочных материалов. Необходимо в проекте производства работ рассмотреть вопросы бытового и медицинского обслуживания полевых работников.
В проекте работ приводится расчет технических средств по отдельным видам и стадиям изысканий.
2. БУРОВЫЕ РАБОТЫ
Основным видом работ при инженерно-геологических изысканиях для промышленного и гражданского строительства является бурение скважин. По данным Л. Д. Белого [55], общий годовой объем
бурения составляет 5—6 млн. пог.м, что по стоимости соответствует 70—80 млн. руб., или 30—50% от затрат на изыскания.
Объемы буровых работ, выполняемые трестами инженерностроительных изысканий Госстроя РСФСР, составляет более 1,7 млн. пог. м. в год, причем около 80% бурения выполняется механизированным способом.
Роль буровых работ в общем объеме изысканий видна из табл. 18, составленной по работам Ленинградского треста инженерно-строительных изысканий (ЛенТИСИЗ) за 1966—1972 гг.
Таблица 18
Соотношение буровых работ в общем объеме инженерных взысканий в тресте ЛенТИСИЗ
Состав работ Единица измерения Годы
1966 1967 1968 1969 1970 1971 1972
Общий объем изыскательских работ тыс. руб. 2524 2727 2904 3018 3381 3818 4613
В том числе ин- тыс. руб. 1559 1734 1877 1954 2175 2383 2896
женерно-геологиче- ских (вместе с геофизическими и опытными) Пробурено скважин в породах условной III катего- % к общему объему 62 63 65 65 64 63 63
тыс. пог. м 123 117 139 128 118 130 148
рии Пробурено скважин в натуральных показателях тыс. пог. м 91 89 113 91 93 104 12:
В том числе механизированным способом тыс. пог. м 44 61 81 76 80 90 112
Несмотря на резкий рост механизации буровых работ, все еще значительный объем работ выполняется при помощи ручного ударновращательного бурения. По данным Б. М. Ребрика [55], объем ручного бурения в 1964 г. составил 40%, в 1965 — 36, в 1967 — 32,4 и в 1969 г. - 28,5%.
В трестах изысканий Госстроя РСФСР к 1970 г. механизация буровых работ достигла 83% при коэффициенте использования 0,64 против 79,8% в 1969 г.
В среднем по стране ударно-канатное бурение составляет 20— 25%, колонковое 15—24, шнековое 14—16, вибрационное 5—8 и роторное 0,5—3%. Следует отметить быстрый рост вибрационного бурения. Так, если в 1960 г. было пробурено вибрационным способом 120 тыс. пог.м, то в 1969 г. эта цифра составила 390 тыс. пог. м, т. е. рост вибрационного бурения за 9 лет около 325% [54, 55].
Произвести оценку эффективности работы буровых станков чрезвычайно трудно. По подсчетам Б. М. Ребрика за 1965 г. наибольшую эффективность показали установки ВБУ-ГA3-63, УГБ-50А и УРБ-2А, наиболее низкую — УКБ-2-100, УБП-15 и БУКС-ЛГТ.
Таблица 19 Характеристика точности отражения геологического разреза
(по Л. И- Кунику и Б. М. Ребрику, [30])
Способы бурения Показатель неполноты отрая;е-ния разреза кп« % Средняя мощность пропущенного слоя, м
Вибрационный .... 3,2 0,08
Ударно-канатный . . . 11,1 0,09
Колонковый «всухую» 14,3 0,18
Медленно-вращательный 23,6 0,21
Шнековый рейсовый . . 21,3 0,20
Шнековый поточный . . 38,5 0,39
Таблица 20
Среднегодовая производительность одной буровой установки, пог. м (по трестам Госстроя РСФСР, 1970 г.)
Способ учета
В натуральном исчислении
В породах III категории
3444 3028 2432
2767 3000 2584
2115 1920 1771
3020 3000 2130
1587
1910
1573 1307 1067
1475 1408 2866
784
793
Таблица 21
Средняя производительность различных способов бурения (по Б. М. Ребрику, [55])
Способ бурения
Ручной ударно-вращательный . . . Колонковый . . ..................
Ударно-канатный .................
Шнековый......................; .
Вибрационный ....................
Роторный.........................
1965 г. 1966 г, 1969 г.
6,0 11,3 13,1
7,0 10,1 12,7
10,2 12,2 14,0
16,4 20,0 19,3
32,0 34,0 33,9
5,0 6,0 6,5
Основные буровые установки, станки и механизмы
Способы бурения Шифр установки, станка Техническая характеристика
Тип установки, станка по транспортабельности Глубина бурения, м Наибольший диаметр бурения, мм Тип и марка двигателя МОЩНОСТЬ двигателя Масса установки, станка, т
Ударно- УКС-22М Передвижная на двух- 300 600 Электрический АО2-73-6 22 квт 7,6
канатный БУ-20-2УШ осной раме Самоходно-передвиж- 200 400 То же 20 квт 11,0
(БУ-20-2М) БУГ-100 ная на гусеничном ходу Передвижная на раме 100 426 Дизельный Д-37М 40 л. с. 3,0
(БУ-80) БУКС-ЛГТ с подкатными осями Передвижная на одно- (80) 30 168 Бензиновый Д-300 6 л. с. 0,4
УБП-15М осном прицепе То же 15 168 Бензиновый УД-2 8 л. с. 1.1
В р аща-тельный Роторный и УРБ-2А Самоходная на шасси 200 152 Двигатель автомобиля 60 л. с. 10,5
колонковый СБУДМ-150-ЗИВ ЗИЛ-157КЕ То1же 150 152 Дизельный Д-48Л 48 л. с. 10,2
СБУЭ-150-ЗИВ » 150 131 Электродвигатели с пи- 37 л. с. 11,6
танием от генератора MCA 73/4А мощностью 24 квт. Привод генератора от двигателя автомобиля (с прицепом)
I ill ।
1 1
Колонковый АВБ-ТМ СБА-500 БСК-2М-100 Самоходная на тракторе Т-100М Стационарный на раме-салазках То же 100 300; 500 100
Шнековый УРБ-1В Д-ю Самоходная на гусеничном вездеходе ГАЗ-47 Переносной 30 10
Комбинированный Колонковый Шнековый Ударноканатный УГБ-50М Самоходная на шасси ГАЗ-66 100 50 50
Шнековый Ударно-канатный ЛБУ-50 (ПБУ-50) Самоходная на шасси ЗИЛ-157КЕ 50 20
Шурфобурение 15
Ударноканатный Вибрационный АВБ-ПМ Самоходная на шасси ГАЗ-66 50 20
Колонковый Шнековый УПБ-25 Передвижная на одноосном прицепе 25 5; 15
Колонковый Шнековый Ударноканатный g* Вибрационный БУЛИЗ-15 Самоходная на шасси ГАЗ-69 15
1 1 I
190 146 92 Двигатель трактора Дизельный Д-37МП или электрический АО2-71-4 Электрический АО2-51-4 108 л. с. 40 л. с. 22 квт 7,5 квт 14,8 2,2 1,5 0,5
135 75 Двигатель вездехода Бензиновый Дружба-4 74 л. с. 4 л. с. 4,7 0,06 (с инструментом)
198 230 230 Дизельный Д-48Л 48 л. с. 5,1
240 240 Двигатель автомобиля 75 л. с. 8,4
1050
219 168 Двигатель автомобиля 115 л. с. 6,3 (с ПрИЦе-ПОМ)
36 102;70 Бензиновый Дружба-4 4 л. с. 0,1
131 116 168 89 Двигатель автомобиля 14 л. с. ' 3,5 (с прицепом)
При выборе способа бурения необходимо учитывать требуемую точность выявления геологического разреза. Л. И. КуникиБ.М. Реб-рик [30] предлагают оценивать качество буровых работ по показателю неполноты отражения разреза Кп, равному отношению числа пропущенных слоев к общему числу пересеченных слоев. Результаты их исследований сведены в табл. 19.
В табл. 20, 21 приведены данные по среднегодовой производительности буровых установок и способов бурения.
В настоящее время существует много буровых станков, используемых на инженерно-геологических работах. В табл. 22 приведены технические характеристики основных буровых установок, станков и механизмов, выпускаемых серийно и малыми сериями.
Выбор необходимого типа станка, установки или механизма зависит от условий производства буровых работ (табл. 23) и назначения буровых скважин (табл. 24). Так как на выбор бурового оборудования влияет целый ряд факторов, очень трудно дать четкие рекомендации по этому вопросу. В табл. 25 приведены общие рекомендации по выбору станков в зависимости от геологических условий, условий производства работ и проектных глубин скважин.
Расчет необходимого количества буровых установок проводится по формуле
ДГ = —— , ctk-^k^
где О — объем буровых работ в условной III категории, пог.м; с — средняя скорость бурения, етанко-месяц;
t — срок выполнения полевых работ по графику, месяц;
kv — коэффициент использования бурового оборудования;
k.L — коэффициент, зависящий от числа смен на одном станке (при односменной работе равен 1,0, при двухсменной — 1,6 и при трехсменной — 2,2).
В трестах изысканий Госстроя РСФСР принят учет объемов буровых работ в натуральном объеме и в пересчете на условную III категорию по ЕНВиР. Пересчет в условную III категорию позволяет проводить различные сопоставления.
ЦТИСИЗом Госстроя РСФСР путем изучения работы 600 буровых станков установлены временные годовые нормативы на бурение одним станком в породах III категории: ударно-канатным способом — 2050 пог. м., колонковым 2850, шнековым 3460, роторным 4500 и вибрационным 5000 пог. м.
Б. М. Ребрик [55] подразделяет инженерно-геологические скважины на неглубокие — до 10 м, средней глубины — 10—30 м, глубокие — 30—100 м, весьма глубокие — свыше 100 м. Основной объем работ приходится на неглубокие скважины (до 75%) и средней глубины (20%). Глубокие и весьма глубокие скважины при изысканиях для промышленного и гражданского строительства проходятся в исключительных случаях.
Характеристика различных условий производства буровых работ (по Б. М. Ребрику с изменениями)
Условия работ Природные, климатические и экономические особенности района работ Условия подъезда Типы рекомендуемых буровых станков
Легкие Равнинные, почти безлесные районы, слабо пересеченная местность, городские и сельские районы с густой дорожной сетью, умеренный климат Возможен подъезд автотранспортом любой проходимости без сложных подготовительных дорожных работ Самоходные (на базе автомобиля, реже на базе трактора), передвижные, реже стационарные и переносные станки
Средние Местность пересеченная, небольшие лесные массивы, большая удаленность от автомобильных и железных дорог и населенных пунктов, слабая заболоченность, сложные городские условия, стесненные дворы, интенсивное движение транспорта, действующее промышленное предприятие, суровый резко континентальный климат Возможен подъезд автотранспортом с высокой проходимостью при устройстве временных подъездных дорог или транспортом на гусеничном ходу, необходимы лесопорубочные работы Самоходные (на базе трактора), передвижные, стационарные и переносные станки
Тяжелые Таежные и горные районы, районы Крайнего Севера, отдаленные таежные области при сильно пересеченной местности и суровом климате, заболоченные районы Подъезд каким-либо транспортом (за исключением вертоде-тов, аэросаней, канатных дорог и т. п.) практически невозможен Переносные станки, станционарные станки, разбирающиеся на отдельные транспортные блоки массой не более 50— 120 кг
Особые Акватории портов, русла рек, сильно заболоченные районы, подземные горные выработки и т. д., воздействие высоких и низких температур, пониженных и повышенных давлений и 'т. д. Необходимо использовать особые виды транспорта (плавучие средства, специальные тележки, подъемники и т. д.) Стационарные передвижные, самоходные станки и установки специальной конструкции
Основные виды буровых скважин
Классификационные призна- ки Классификационные группы Диаметр скважины, мм Глубина, м Основная цель
По назначению Инженерно-геологические зондиров очные разведо чные технические 34-89 89-219 108-219 До 10-15 Различная То же Расчленение разреза, отбор образцов нарушенной структуры, определение мощности слабых грунтов и т. д. Детальная геологическая документация Отбор монолитов для определения физико-механических свойств
Инженерно-гидрогеологические 108-426 Различная Наблюдения за уровнем подземных вод, опытные откачки, нагнетания и т. д.
Специальные До 426 До 10 Опытные нагрузки штампов, анкеровка оборудования и т. д.
По глубине Неглубокие Средние Глубокие 34—168 89—219 Не менее 127 До 10 От 10 до 30 Более 30
3. ГОРНО-ПРОХОДЧЕСКИЕ РАБОТЫ
При производстве инженерно-геологических работ для промышленного и гражданского строительства предусматривается проведение горно-проходческих работ. Виды горных выработок и их назначение приведены в табл. 26.
Преимуществом горных выработок по сравнению с скважинами является возможность получения более достоверной информации о составе и условиях залегания грунтов, более представительное опробование, возможность проведения опытных работ по испытаниям грунтов нагрузками штампов больших площадей, возможность вскрытия существующих фундаментов и др.
Наиболее распространенным видом горных выработок при инженерно-геологических изысканиях для промышленного и гражданского строительства является проходка шурфов. По данным
Рекомендуемые станки и установки для проходки инженерно-геологических (по Б. М. Ребрику с дополнениями) скважин
Условия проведения работ
Легкие' Средние Тяжелые
Преобладающие грунты
Скальные Крупнообломочные и песчаные Глинистые Скальные Крупнообломочные и песчаные Глинистые Скальные Крупнообломочные и песчаные Глинистые
Глубина скважин 1С )—15 м
УПБ-25 УГБ-50 УБП-15 м БУЛИЗ-15 БУВ-1Б УБР-2 УГБ-50 УБП-15 м БУКС-ЛГТ БУЛИЗ-15 АВБ-Пм УГБ-50 БУВ-1Б УБР-2 УПБ-25 БУКС-ЛГТ БУВ-1Б БУКС-ЛГТ БУВ-1Б УПБ-25 БУКС-ЛГТ |букс-лгт Не серийно изготовляемое оборудование (ПВС-ЛГТ, ПВБСМ-15 и т. д.)
Глубина скважин 25—30 м
УПБ-25 УГБ-50 УБП-30 БУВ-1Б УГБ-бО Фрикцио АВБ-Пм УГБ-50 БУВ-1Б нные лебедки УПБ-25 УБР-2 БУУ-2 УБП-30 БУВ-1Б ФрикционНБ БУУ-2 БУКС-ЛГТ БУВ-1Б те лебедки УПБ-25 БУКС-ЛГТ ‘ БУУ-2 БУУ-2 Фрикционные лебедки
Глубина скважин 80- -100 м
СВУДМ-150-ЗИВ СБУЭ-150-ЗИВ СБА-500Э УКБ-200/300 3 БУГ-100 (БУ-80) У КС-22 м УГБ-50 СБУДМ-150-ЗИВ СБУЭ-150-ЗИВ УРБ-2А ЗИФ-300 СБА-500Э БУ-20-2м (БУ-20-2УШ) ЗИВ-150 ЗИФ-ЗОО БК-150 Фрикционные лебедки
s Виды горных выработок и условия их применение (по СНиП II-A 13—69, с добавлениями) Таблица 26 1
Виды горных выработок, глубина Условия применения Результаты работ Стадии изысканий
Закопушки, до 1,5 м При грунтах, перекрытых тонким почвенным слоем, делювиальными и другими отложениями Геологическое описание разреза, установление контактов пород Инженерно-геологическая съемка для проектов планировки, реже при детальных инженерногеологических работах
Канавы, до 3,0 м При залегании крутопадающих пластов под покровом рыхлых отложений мощностью не более 2,8 м То же и отбор монолитов То же, преимущественно в горных районах и на обнажениях
Расчистки, до 1,5 м На склонах, покрытых осыпями и другими покровными образованиями, мощностью не более 1 м То же То же
Шурфы и дудки, до 25 м При залегании грунтов горизонтально или с небольшими углами падения. При наличии значительных притоков воды требуется специальная крепь и водоотлив То же, а также производство полевых опытных работ и стационарных наблюдений При изысканиях на стадии технического или техно-рабочего проекта, в пределах контуров зданий и сооружений. Реже на ранних стадиях в труднодоступных районах
Штольни и шахты В сложных инженерно-геологических условиях. Для отдельных видов строительству То же Проводятся в особых случаях
С. А. Брылова и др. (1971 г.), в стране ежегодно проходится около 2000 тыс. пог. м шурфов, в том числе 400—500 тыс. пог. м для инженерных изысканий.
Трестами изысканий Госстроя РСФСР проходится в год (по данным 1965—1971 гг.) более 64—100 тыс. п. м. шурфов. Однако объемы этих работ уменьшаются, что объясняется высокой трудоемкостью и низкой производительностью горно-проходческих работ. Уровень комплексной механизации шурфопроходческих работ не превышает 5%, а частичной механизации 15% [63]. Общий объем горно-проходческих работ в 1970—1971 гг. составил всего 8—9% от стоимости всех инженерно-геологических работ.
Таблица 27 Рекомендуемые способы проходки шурфов
Способ проходки Породы Имеется * водопри-J ток в шурф
крепкие (скальные и полу-скальные) плотные глинистые и другие не сыпучие рыхлые и сыпучие песчаные и крупно-обломочные
Г орные работы Вручную, без применения ВВ + + +
С ручным бурением шпуров — + — —
С механическим бурением шпуров + + +
С использованием комплексной механиза- + + + +
ции Буровые работы Бурение мелких шурфов (глубиной до 5 м) . + + +
установками БКГМ-63, БКМ-4ВЗп, MPK-1A Бурение шурфов средней глубины (от 5 до 10 м) буровой установкой УРБ-2А, оснащенной шурфобуром и шурфокопа-тельной машиной ШКМ-1 Бурение глубоких шурфов (от 10 до 20 м) буровой установкой У ГБ-50, оснащенной шурфобуром диаметром 650 мм или специальными машинами БЭМ-600, БЭМ-1000, КШК-25, КШК-30, ЛБУ-50 и др. + + +
+ + +
— + + +
Примечание. «-(-» применяются; «—» не применяются.
Тенденция к уменьшению объема шурфопроходческих работ за счет замены их буровыми работами наблюдается повсеместно. Сечение выработок, глубина и способы проходки зависят от целевого назначения выработки, геологических и гидрогеологических условий, а также имеющегося оборудования (табл. 27, 28). Как правило, шурфы проходят вручную без применения взрывчатых веществ.
о
Таблица 28
Классификация и характеристика шурфов
(составлена по «Рекомендациям по проходке шурфов в песчаных и глинистых грунтах при производстве инженерно-геологических изысканий для строительства», 1971 г.)
Шурфы Глубина, м Способ проходки Рекомендуемый способ проходки и крепления в зависимости от вида грунтов
бурением горный способ
диаметр дудки, м сечение, м2 крупнообломочные песчаные глинистые
без крепления с креплением
Мелкие До 3 Не менее 0,65
Средней глубины От 3 до 10 Не менее 0,65
Глубокие от; ю до 20 • и более Не менее 0,7-1
Горный способ: шанцевый инструмент, пневматические молотки, мотоперфораторы, подъем породы в бадьях, крепь облегченная каркасно-опускная
2 и более
То же. Подъем породы в бадьях кранами-укосинами, воротками, краны «Пионер», КШ-1, Т-108
и др. Ручные вентиляторы
То же, комплекс механизмов КШМ-ВИТР, кран КШ-100 А. Вентиляция — ручной вентилятор
Горный способ: шанцевый инструмент, пневмоломы, подъем породы в бадьях, крепь — забивная опережающая. Буровой способ: установки СБУДМ-ЗИВ-15 0,
УГБ-50А, УРБ-2А, БКГМ-66 и др.
То же, крепь забивная опережающая, каркасноопускная, в случае устойчивых пород — венцовая на стойках
То же, вентиляция — ручной вентилятор, ветровой щит, раструб и др.
Буровой способ проходки: буровые установки У ГБ-50 А, СБУДМ-ЗИВ-150, УРБ-2А, бурильные машины БКГМ-63, •БКМ-483П и др. Горный способ: проходка на выброс без крепления
То же, крепь кольцевая, подъем породы при горном способе кранами-укосинами
Буровой и частично горный способ проходки. Буровые установки УГБ-50, ЛБУ-50,
СБУДМ-ЗИВ-150. При горном способе вентиляция ручным вентилятором, ветровой щит и др.
За последнее время все шире применяют метод проходки шурфов бурением. Этим методом ежегодно проходят 15—20 тыс. пог. м шурфов, что крайне недостаточно.
Примерный перечень оборудования для проходки шурфов представлен в табл. 29.
Наиболее производительна проходка шурфов бурением. Трестом Куйбы-шевТИСИЗ установкой УРБ-2А при бурении шурфов достигнута производительность до 14 м на бригадо-смену против 3—4 м при ручной проходке.
Институтом ХарьковГИИНТИЗ на установке У ГБ-50 в лёссовых породах проходится ежегодно более 3 тыс. пог. м шурфов диаметром 900 мм, глубиной до 10-14 м [63].
Исследования Р. О. Зеленцова и Б. М. Ребрика [14] показали, что при малых глубинах шурфа скорость ударноканатного бурения меньше скорости вращательного. Применение буровых станков для проходки шурфов глубиной до 20 м и диаметром 600—900 мм в нескальных породах повышает производительность труда в 5—6 раз.
Наибольшая сменная производительность в песчано-глинистых отложениях' с включениями гальки и валунов достигается установкой УШБМ-16 (15,7 м/сме-ну),что в 2,5—7 раз выше производительности, достигнутой проходкой шурфов установкой ЛБУ-50 [56]/
Для крепления шурфов применяются деревянные элементы, профильная и полосовая сталь, а в последнее время рекомендуется применять различные пластмассы. По конструкции рекомендуется применять кольцевую (предохранительную) крепь, возводимую после проходки шурфа, и каркасно-пластинчатую крепь, возводимую в процессе или после завершения проходки шурфа.
Часто шурфы проходят ниже уровня грунтовых вод, что требует предусматривать организацию водоотлива. С этой целью применяют различные насосы (табл. 30).
Рис. 15. Грунтонос конструкции Г. И. Потапова (ЛенТИСИЗ)
1 — шток; 2 — верхний салник; з — гайка; сальника; 4 — головка; 5 — нижний сальник; 6 — корпус; 7 — клапан; 8 — шайба; 9 — болт; 10 — седло клапана; 11 — тормозная лопатка; 12 — разрезная гильза; 13 — наконечник; 14 — пружина;
15 — заклепка
Перечень основного оборудования для проходки шурфов
Оборудование Способ транспортировки Глубина проходки, бурения, м Наибольший диаметр бурения, мм Потребляемая мощность, расход воздуха Масса, т
Электросверла ЭР-5, ЭР-16 Ручной 1 квт 0,02
ЭБР-19, ЭБР-19Д, СРЛ-1 » — — 1,2—1,4 квт 0,02
Пневматические сверла
СПР-Нм, СПРП-15 СГ-1, СГ-2 » — — 2 м3/мин 0,01-0,015
» — — 1,65 м3/мин 0,01
СР-ЗМ » — — 3,5 мз/мин 0,016
Пневматические яерфораторы
ПР-12 » — 40 2 мз/мин 0,012
ПР-20 » — 46 2,5 м3/мин 0,020
ПР-25 » 52 3,0 мЗ/миц 0,025
ПР-30, ПР-ЗОЛУ '» — 52 3,5 мз/мин 0,030
Мотоперфораторы
С-359М » До 1,5 40 — 0,028
«Кобра» (Швеция) » До 4 29 — 0,024
Оборудование для подъема породы
Кран КШ-1, КШ-1М » 20 м — 2,8 квт 1,2
Кран КШ-100 На прицепе и более То же — 1,0 квт 0,22
Агрегат АШ-1 — » — 1,0 квт 0,12
Агрегат ШПА-2 (с дизелем Д-54) На двухосном » 5,8
Механизированный вороток ВМШ-1 (с бензоэлект- автомобильном прицепе До 20 м — 1,1 квт 0,26
рическим агрегатом АБ-2, АБ-4)
Бурильно-крановая гидравлическая машина БКГМ-63 (БКГМ-66)
Машина БКМ-483П
Машина МРК-1А
Буровая установка УРБ-2А, оснащенная специальным шнековым буром
Шурфокопательная машина ШКМ-1
Установка УГБ-50А, оснащенная вращательными или ударными шурфобурами
Машина БЭМ-600
Машина КШС-40 м
Машина Б ЭМ-1000
Машина КШК-ЗОА (с двигателем М-320)
Установка ЛБУ-50
Установка УШБМ-16
На шасси (ГАЗ-63, ГАЗ-66) До 3 м 500 и 800 4,8
На шасси ЗИЛ-130 4,5 До 1000 — 6,4
На шасси ЗИЛ-157К 3,5 650 40 л. с. 9,2
На шасси ЗИЛ-157 10 600-900 50 л. с. 10,9
На шасси ГАЗ-51 10 800 — 3,0
На шасси ГАЗ-66 10 600-900 40 л. с. 5,1
На шасси ЗИЛ-150 (автокран ЛАЗ-695) 30 400-600 30 л. с. —
На шасси «Урал»-357Е 40-45 До 1300 42 квт 17,2
На шасси ЗИЛ-150 (автокран АК-32) 50 400-1000 — —
На двухосном прицепе 30 До 1300 75 л. с. 3
На шасси ЗИЛ-157К 15 1050 75 л. с. 8,4
На шасси ЗИЛ-157 До 20 1200 75 л. с. 9,1
Таблица 30
Характеристика оборудования для водоотлива и опытных откачек
Тип и марка насоса Производительность, м’/ч Высота напора, м Тип двигателя Мощность двигателя Масса насоса ,т
Центробежные самовсасывающие насосы:
С-245 30-120 20-14 Дизель Т-62-1 13 л. с. 0,8
С-774 50 20 Бензиновый’ Д-300 Электромотор 5 л. с. 0,15
С-798 50 20 3 квт 0,14
Центробежные бензомоторные насосы:
ЦБН-1М 10 15 Бензиновый «Дружба» 3 л. с. 0,01
АН-11/2 К-6 Центробежные насосы об- 5-12 17-12 Бензиновый 2СДВ 2 л. с. 0,03
щего назначения типа
К, КМ ‘ 4,5—360 9-98 Электродвигатель Различная —
Погружные насосы:
ЭЦВ-4-2-25 1,6—2,7 27-16,5 То же 0,37 квт 0,02
ЭЦВ-6-4-190 3,2-5,7 207—178 » 4 квт 0,11
ЭЦВ-6-7, 2-75 6АПВ-9Х12 6-9,5 90—60 » 2,5 квт 0,08
5-10 90-47 » 2,5 квт 0,16
8АПВМ-10Х7 15-30 124-82 » 12 квт 0,19
ЭПЛ-6 16 75 » 8 квт 0,12
ЭПН-6-16Х75 16 75 » 5,5 квт 0,11
АТН-8-1Х16 30 65 » 14 квт 2,2
ПВН-5 5 30 » 1 квт 0,03
ПВН-15 15 30 » 2,8 квт 0,08
Штанговые насосы и качалки:
насос НДК-146 22 40 » 7 квт 0,06
каталка КЦ-8 лебедка ВЛ-ЗА с на- — — Бензодвигатель УД-2 8 л. с. 0,90
сосом ВЛ-ЗА-07-00 5 100 Бензо двигатель 10 л. с. 0,60
Эрлифты Изготовляются на месте
Для организации проходки шурфов при помощи пневматического инструмента, а также для бурения скважин с продувкой и производства откачек при помощи эрлифтов необходимо предусмотреть оснащение компрессионными установками. Наиболее часто применяемые компрессоры приведены в табл. 31.
Энергетическое оборудование. Современное оснащение инженерногеологических работ требует энергетического обеспечения для привода многочисленных буровых механизмов и освещения места работ и жилых помещений. Как правило, работы ведутся в местах, где подключение к действующим источникам энергоснабжения
Характеристика передвижных компрессорных установок
Тип и марка компрессора Транспортировка Производительность, м*/мин Привод Масса, т
пкс-з На салазках 3 Карбюраторный двигатель 1,6
ксэ-з » 3 Электрический 1,1
ПКС-5 На прицепной тележке 4,5 Карбюраторный двигатель КАЗ-120 зд
ЗИФ-55 Двухосный прицеп 5 Бензодвигатель ЗИЛ-157 2,8
ЗИФ-ВКС-5 » 5 Электрический 3,0
КСЭ-6 ' На салазках 6 » 1.1
ПКС-5М На тележке 6 Двигатель ЗИЛ-120, 90 л. с. 2,9
ЗИФ-52 » 6 Двигатель ЯАЗ-204, 61 л. с. 2,5
ЗИФ-ВКС-6 На прицепной тележке 6 Дизельный ЯАЗ-204, 61 л. с. 3.9
ДК-9М Двухосный прицеп 9 Дизель Д-108, КДМ-46 5,2
КС-9 » 9 КДМ-46, 80 л. с. 6,1
ЗИФ-В КС-10 » 10 Дизель 4,6
ПК-10 » 10,5 Дизель Д-108 5,1
практически исключено. Наиболее часто применяются различные передвижные электростанции и бензо-электрические агрегаты, характеристика которых приведена в табл. 32.
Все буровые станки и механизмы, работающие на бензиновых и дизельных двигателях, комплектуются вместе с двигателями. При работе в полевых условиях эти двигатели наиболее часто выходят из строя, требуют различного ремонта. Поэтому при оснащении полевых партий и экспедиций предусматривается обеспечение запасными двигателями и запасными частями к ним. В табл. 33 приведены характеристики основных двигателей, применяемые при инженерногеологических работах.
Грунтоносы, пробоотборники. В зависимости от проектного геолого-литологического разреза производится подбор необходимых грунтоносов и пробоотборников для отбора образцов ненарушенной структуры (монолитов), нарушенной структуры и воды.
В настоящее время существуют грунтоносы самой разнообразной конструкции. Это объясняется как отсутствием грунтоносов серийно выпускаемых промышленностью, так и самыми разнообразнейшими свойствами грунтов и условиями их отбора. В условиях северо-запада для отбора монолитов из слабых грунтов успешно применяется грунтонос конструкции Г. И. Потапова (рис. 15). В табл. 34 приведены характеристики наиболее употребляемых . грунтоносов.
Перечень основных передвижных электростанций
Марка станции Мощность, квт Напряжение, в Род тока Марка Масса, т Основное применение
двигателя генератора
АБ-1-0/230 ЖЭС-2 1 2 230 230 Однофазный Бензодвигатель 2СДВ 2 л. с. Бензодвигатель 3 л. с. — 0,07 0,03 Освещение площадок опытных работ в ночное время То же
£Э- ПЭС-4 ШЭС-6 1ЧА10, 5/13-1 АБ-8 Т/230 ПЭС-12М 2410,5/13-2-А2 3 4 5 6 8 10,5 12 230 230 230 230 230 240 230 Трехфазный ТТ Л 8’5 Дизель 1 ч-jj 6,5 л. с. Бензодвигатель УД-2 Дизель 10 л. с. 16 л. с. ГАЗ-320В ' Дизель 20 л. с. ЕС-52-4С СГС-6,25 4С-7 0,36 0,14 0,33 0,57 0,38 0,70 0,77 Для привода одного мотора мощностью до 5 квт, при откачках и т. д. То же » Для привода одного мотора фрикционных лебедок
ПЭС-15л 4ЧА10,5/13,1 ДГ-25/1-2 ДЭСМ-30 УО-5 ДЭСМ-50 ПЭС-60 12 24 25 30 50 50 50 230 230/400 230 230/400 230 230/400 230 Трехфазный ГАЗ-320Б Дизель 40 л. с. 40 л. с. Дизель Д-бОр 100 л. с. Дизель Д-108/1 Дизель 80 л. с. МСА-72/4 ЕСС-82-4М ЕСС-62-6М 0,70 1,20 1,30 1,2 2,9 3,2 5,5 Для привода тяжелых станков типа УКС-22М, БУ-20-2М, ЗИФ-ЗООМ и др., а также группы легких станков и лебедок
Тип и марка двигателя Мощность, л. с. Топливо Масса, т Примечание
Малолитражные бензиновые двигатели Двухтактные одноци- линдровые: Дружба-4 Д-300 Четырехтактные карбюраторные: одноцилиндр овый УД-1 - двухцилиндровый УД-2 4 4-5 3-4 6-8 Бензин А-66, А-72 Бензин А-66, А-72 Бензин А-66, А-72 То же 0,03 0,07 0,09 Мотобур Д-10, установка УПБ-25, центробежный насос ЦБН-1М, мотоперфоратор С-359М и др. - Станок БУКС-ЛГТ, насос С-774 Установки УБП-15М, БУВ-1Б, качалка КЦ-8, электростанция ШЭС-6
Дизельные двигатели Четырехтактные:- Т-62-1 10—14,5 Дизельное 0,50 Насос С-245
in 4 13 10 Дизельное 0,26 Станки типа 3 И В-75
2Ч 24 13 20 » 0,36 ЗИВ-150, насосы и небольшие генераторы
24^-24 11 14 Установка УРБ-2
Четырехцилиндровые • Д-37М-С1 Д-48Л Д-54А-С1 40 50 54 » » » 0,38 •0,68 1,16 Установки БУ-80, (БУГ-100), УКБ-200/300, СБА-500 Установки СБУДМ-150-ЗИВ, ЗИФ-ЗООМ, УГБ-50М, БУУ-2 Установка УРБ-ЗАМ, шурфопроходческий агрегат ПША-2
Таблица 34
Основные типы применяемых грунтоносов (по нормальному ряду, принятому ПНИИИС, ЦТИСИЗ и др.)
Типы грунтоносов Диаметр, мм Для отбора каких пород предназначен Существующие конструкции
наружный внутренний входного отверстия
Обуривающие 160 96 94 Глины твердой консистенции, плотные и сцементированные пески Грунтонос Фундаментпроекта, ручной грунтонос ВСЕГИНГЕО для отбора проб из горных выработок
Забивные 123 (105) 114 (99,5) 108 (93,0) Связные и слабосвязные глинистые грунты Грунтонос Гидропроекта
Вдавливаемый» I модель 106 102,5 99 Глинистые грунты полутвердой и тугопластичной консистенции Грунтонос, разработанный Энерго-сетьпроектом при участии ПНИИИС
Вдавливаемый, II модель 120 108 Глинистые грунты мягкопластичной консистенции Грунтонос ЛенГРИИ с подрезным устройством, с изменениями, внесенными ЦТИСИЗ
Вдавливаемый, III модель 108 89 Глинистые грунты текучепластичной и текучей консистенции, илы, водонасыщенные рыхлые пески Грунтонос, разработанный ПНИИИС при участии Энергосеть-проёкта
Ь. ПОЛЕВЫЕ ОПЫТНЫЕ РАБОТЫ
Классификация опытных работ. В настоящее время полевые методы исследования состава и свойств пород получают все большее развитие. Преимущества полевых методов по сравнению с лабораторными следующие:
возможность изучения сравнительно большого по объему массива пород;
меньшая степень нарушения естественного сложения пород;
изучение свойств пород в условиях естественного напряженного состояния.
Вместе с тем полевые методы имеют и ряд недостатков, которые необходимо учитывать:
изучение свойств пород полевыми методами проводится, как правило, в условиях, фиксированных моментом опыта, что не позволяет достаточно учесть различные явления, связанные как с изменением естественной обстановки (например, колебание уровня грунтовых вод и т. д.), так и изменения условий, вызванные воздействием строящихся зданий и сооружений;
большая дороговизна и длительность производства полевых опытов по сравнению с лабораторными;
невозможность в ряде случаев производства большого числа опытов, достаточных для статистического анализа;
недостаточная теоретическая разработка некоторых полевых методов.
Наиболее целесообразно предусматривать проведение полевых опытных работ в комплексе с лабораторными исследованиями и не противопоставлять эти методы.
В настоящее время отсутствует общепринятая классификация опытных работ. В табл. 35 приведены основные виды опытных полевых работ.
Статическое зондирование. Метод исследования грунтов статическим зондированием находит все большее применение при инженерно-геологических изысканиях. Трудно назвать какой-либо другой метод, который бы так безоговорочно был принят в практике изысканий.
Ежегодно только трестами изысканий Госстроя РСФСР (данные 1970—1971 гг.) выполняется около 11—16 тыс. точек статического зондирования с общим объемом около 120—160 тыс. пог. м.
Основное преимущество метода статического зондирования — быстрота опыта, надежность результатов, широкие возможности для механизации и автоматизации работ.
Методом статического зондирования решаются следующие основные вопросы:
расчленение разреза за счет различного сопротивления внедрению зонда слоев и прослоек пород, что позволяет сокращать объемы буровых и горно-проходческих работ;
g Таблица 35
Классификация опытных полевых работ
Исследование состава и физических свойств Исследования водных свойств Исследования механических свойств Натурные испытания
деформационные прочностные
Определение гранулометрического состава грохочением крупных проб • Определение коэффициента фильтрации; а) откачками из шурфов и скважин б) нагнетаниями и наливами в шурфы и скважины Испытание грунтов статической нагрузкой штампов Испытание сопротивления вращательному сдвигу крыльчаткой Испытание грунтов сваями: а) динамические б) статические в) на выдергивание
Определение объемного веса в шурфах Наблюдение за режимом подземных вод Прессиометрия Испытание сопротивления сдвигу в шурфах: а) раздавливанием призмы б) выпиранием в) обрушением г) сдвигом в заданной плоскости Испытание существующих фундаментов
Определение плотности песчаных и консистенции глинистых пород динамическим и статическим зондированием Определение направления и скорости движения подземных вод Измерение порового давления Зондирование: а) динамическое б) статическое в) комбинированное Прессиометрия • Наблюдения за осадками зданий и сооружений Наблюдения за смещением массивов пород
получение косвенных характеристик, позволяющих определять плотность песчаных и консистенцию глинистых пород;
возможность корреляционной оценки механических свойств пород;
выявление степени однородности грунтов в пространстве; приближенная оценка относительной просадочности грунтов; определение несущей способности свайных оснований, что дает возможность в ряде случаев заменять натурные испытания свай статическим зондированием;
контроль качества уплотнения грунтов и др.
Перед трестами изысканий поставлена задача к концу 1975 г. заменить 20% буровых работ более дешевым и быстрым статическим зондированием.
«Указаниями по зондированию грунтов для строительства» (Госстрой СССР, 1973 г.) не допускается применение статического зондирования в скальных, мерзлых грунтах, а также в крупнообломочных грунтах при содержании крупных включений более 25% по объему. Глубина зондирования ограничивается до 20 м, результаты зондирования до глубины 1 м при камеральной обработке исключаются. Наиболее распространенные установки для статического зондирования приведены в табл. 36.
Метод статического зондирования заключается в плавном погружении специального зонда с замером сопротивления грунта внедрению зонда. В зависимости от конструкции зондирующей установки замеряются следующие параметры:
сопротивление грунта под коническим наконечником (лобовое сопротивление) _РСК;
общее сопротивление грунта вдавливанию зонда (лобовое и боковое сопротивление) Рси;
общее сопротивление грунта по боковой поверхности (боковое сопротивление) Рсб.
Результаты статического зондирования зависят от конструкции зонда и режима зондирования. Степень влияния этих факторов различна и разнонаправлена в зависимости от состава и свойств исследуемых пород. Только этим можно объяснить диаметрально противоположные выводы, к которым приходят исследователи, изучающие статическое зондирование.
Влияние формы и размеров наконечника зонда. Г. Г. Колесник (1968 г.) считает, что наличие патрубка над конусом вносит существенную погрешность в оценку удельного сопротивления грунта под острием, составляющую 12% в песках, 65% в мягкопластичных и 87% в тугопластичных суглинках. Исследованиями В. Ф. Разоренова (1967 г.), Е. Ф. Мосьякова (1966 г.) и др. установлено, что между удельными сопротивлениями грунтов пёнетрации штампами различной формы существует пропорциональная зависимость.
В табл. 37 приведены в числителе теоретические значения коэффициентов пропорциональности между удельными сопротивлениями
Типы основных применяемых установок для статического зондирования
Способ зондирования Тип установки Максимальная глубина зондирования, м Площадь поперечного сечения конуса, см® Максимальное усилие вдавливания,т Способ регистрации сопротивлений Mecca установки, т Изготовитель
Ручной П-4 10-15 20 0,25 Индикатор часового типа 0,01 Калининский политехнический институт
S S « 1 гидродомкратами С-979 (УЗК-З) ЦНИИС С-832 Приставка к станку УГБ-50М УКИСО 15 20 18 15 10 10 10 10 10 10 10 10 10 Манометр, динамометр Манометр, проволочные датчики Автоматическая, через тензодатчики Динамометр Автоматическая, через тензодатчики 0,57 0,40 2,6 (без массы автомашины Московский завод строительных машин ЦНИИС Минстроя СССР БашНИИСТРОЙ, г. Уфа ПНИИИС Томское отделение ЗапСибТИСИЗа
св и § червячной передачей УСЗК-3 15 10 10 Динамометры 0,30 УралТИСИЗ
групповое зондирование четырьмя зондами - 20 10 10 Манометр, динамометр - Ленинградское отделение Фундаментпроекта
понетрационно-каротаж-ный СПКУ-СПКЛ Пенекар 25 30 11,8 Автоматическая через тензодатчики На двух автомашинах Щигровский завод
вращением винтовой лопасти (на акватории) УСЗ-2 20 10 1 Самописец 0,065 Черноморниипроект
пенетрациями различными штампами, в знаменателе — те же коэффициенты для тех же штампов, полученные Е. Ф. Мосьяковым для верхнечетвертичных аллювиальных суглинков и глин района г. Омска.
Наибольшие расхождения отмечаются под штампами с большими углами раскрытия, что объясняется образованием уплотненного ядра грунта. Эти расхождения тем больше, чем выше структурная прочность грунта.
Таблица 37
Значения коэффициентов пропорциональности (по Е. Ф. Мосьякову, 1968 г.)
Форма штампа Трехгранная пирамида Четырехг р анна я пирамида Шар
а=30° а = 45° а=60° а = 30° а = 45° а = 60°
Конус а = 30° 1,77 0,82 0,35 0,83 0,27 0,11 0,47
1,25 0,64 0,31 0,75 0,37 0,19
Конус а = 45° 4,21 1,71 0,83 1,74 0,65 0,27 0,82
2,50 1,22 0,64 1,46 0,73 0,37
Конус а =60° 8,21 3,33 1,61 3,38 1,27 0,52
5,1 2,41 1,19 2,80 1,40 0,69 1,75
Самые противоречивые сведения существуют о влиянии диаметра зонда на величину удельного сопротивления грунта зондированию. Некоторые исследователи доказывают независимость удельного сопротивления грунта от диаметра конуса. Другие приводят экспериментальные данные, свидетельствующие об уменьшении величины предельного сопротивления грунта под острием зонда при увеличении их диаметра, Л. Д. Мартыновой [36] экспериментами в грунтах полутвердой и тугопластичной консистенции района Рязани доказано, что при изменении диаметра зонда от 36 до 100 мм наименьшее лобовое сопротивление наблюдается под острием зонда диаметром 50 мм, а наибольшее — под острием диаметром 100 мм. Удельное трение по боковой поверхности также зависит от площади поперечного сечения зонда. Чем больше диаметр зонда, тем больше удельное трение.
Г. С. Колесником установлено, что при изменении скорости зондирования от 0,1 до 2 м/мин наблюдается как увеличение, так и снижение сопротивления грунта по отношению к сопротивлению при минимальной скорости зондирования, причем эти отклонения составляют от +18 до —25% для лобового сопротивления грунта и от +200 до —70% для сопротивления по боковой поверхности зонда.
Сопоставление результатов зондирования со скоростью 0,5 и 1,0 м/мин с результатами при испытаниях по методике предельного равновесия показало, что сопротивление глинистых грунтов при этих скоростях на 30—40% выше, чем при зондировании со стабилизацией.
Принципиальное различие существующих установок статического зондирования состоит в способах регистрации лобового и бокового сопротивлений грунта и в возможностях достижения предель-
ного равновесия зонда.
Статическое зондирование с измерением общего сопротивления проводится установками С-979, УСЗК-З, ЗБУ-К-1 и др. Глу-
бина погружения зонда фиксируется либо визуально с точностью до 0,5—1,0 см, либо непрерывно через автоматическую запись. Сопротивление грунта регистрируется динамометрами и манометрами визуально через каждые 10 см глубины погружения зонда или непрерывно системой автозаписи. Зондирование проводят до глубины 15—20 м до достижения предельных нагрузок на зонд в целом до 10 т или на конус до 5 т. Действующими нормативными документами установлена ско-
Рис.. 16. График статического зондирования установкой С-979
рость зондирования в пределах 0,5 м/мин.
Результаты испытаний статическим зондированием оформляются в виде совмещенных графиков изменения по глубине удельного сопротивлений грунта погружению конуса q кгс/см2 и сопротивления по боковой поверхности зонда Рсб. Последнее получается как .разность общего сопротивления Рсо и сопротивления под конусом Рск. Эти данные берут из журналов визуальных наблюдений или снимают с диаграммных лент автоматической записи. Результаты статического зондирования обязательно совмещаются с геолого-
литологическими колонками и разрезами.
На рис. 16 представлен график статического зондирования грунтов в районе Архангельска.
По методике института Фундаментпроект удельное трение по боковой поверхности рассчитывается по формуле
^сб Рсб nd (Н2—-^1)9
где Реб, Реб — суммарные сопротивления трению по боковой поверхности зонда соответственно в кровле и подошве Слоя;
Н2 — глубина кровли и подошвы слоя; d — диаметр штанг.
Легко получить значение / для каждой из точек зондирования, допуская, что на участке по глубине от Н1 до Н2 график бокового сопротивления можно заменить прямой. При обработке ряда точек статического зондирования встает задача о возможностях усреднения значений удельного трения по разным точкам. Не рекомендуется принимать граничные значения Р'сб и Р^б на контактах слоев, так как точность отбивки контактов, даже в лучшем случае, не превышает ±10 см, и на контактах слоев возможны различные «помехи» в фиксации Рсо и Рск, связанные с переходом зондом и штангами границы слоев с разными физическими свойствами. Для слоев мощностью от 3 м и более рекомендуется определять Рсб следующим образом. Находим тангенс угла наклона средней линии бокового сопротивления к оси ординат способом наименьших квадратов.
г=1________г=»1__г°1
п / п \ 2 ’
где п — число принятых значений величин бокового сопротивления Р^б на соответствующих глубинах от кровли исследуемого слоя Ht. Рекомендуется принимать и, равное трем, а при мощности однородного слоя более 10 м — четырем. Чтобы исключить ошибки за счет неточностей в отбивке границ слоев, следует принимать первое значение Рсб на глубине не менее 0,5 м от кровли слоя, второе — примерно на середине слоя и третье — выше 0,5 м подошвы слоя.
Например по графику (рис. 16) с трех глубин снимаем значения Рсб и расчет приведем в табл. 38.
Таблица 38 Определение сопротивления по боковой поверхности зонда
п м Рсб’ т Рсб н?
1 0,9 2,0 1,80 0,8 4,0
2 2,9 2,8 8,10 8,4 7,8
3 4,9 3,4 16,60 24,0 11,6
2 8,7 8,2 26,50 33,2 23;4
Так как величина Рсб зависит не только от свойств исследуемого слоя, но и от свойств перекрывающего слоя, то боковое сопротивление Р”б на глубине Нс от кровли исследуемого слоя равно p?6=PcB6+tfctge,
где Реб — среднее боковое сопротивление грунта вышележащих слоев, которое находится по формуле
РсВб =
2 >с‘о 2 я,!~2 н‘ S
г-1_г=1 г=1 г=1
п / п \ 2
"2Я1-(2я')
По данным рис. 16 и табл. 38 находим
. л 3 • 26,50—8,2 • 8,7 п
^6= 3 • 33.2 —(8,7)2~~ °’33~
рВ 8,2-33,2 - 8,7-26,5 , „
сб 3.33,2-(8,7)2 “ ’ •
В приведенном примере на глубине 8,5 м боковое сопротивление
составит Нс = 8,5—3,1 = 5,4 м
= 1,75+0,33-5,4 = 3,53 т.
Удельное сопротивление грунта q погружению конуса определяется замером с графика либо с диаграммы на любой интересующей глубине как результат непосредственного измерения, и осреднение этой величины проводится обычными способами. Необходимо анализировать и в ряде случаев исключать резкие «пики», вызванные встречей валунов, гальки, других включений, либо являющиеся следствием погрешностей опыта.
По имеющимся материалам коэффициент вариации (изменчивости) значений q составляет 26—43%, значений Рсб 19—40% (иногда 50—60%), рекомендуется принимать к совместной обработке значения q и Рсб, если коэффициент вариации этих показателей не превышает 30—40%.
Статическое зондирование с раздельной фиксацией бокового и лобового сопротивлений проводится установкой С-832 и другими. Регистрация сопротивлений может осуществляться как при непрерывном вдавливании зонда (зондирование без стабилизации), так и при неподвижном зонде в состоянии предельного равновесия (зондирование со стабилизацией). Методика зондирования разработана институтом Баш-ниистрой. Зондирование со стабилизацией применяется в точках, расположенных на глубине с интервалом 0,5—1,0 м. за критерий стабилизации принимается момент, когда в течение 2 мин на диаграммных лентах не наблюдают изменения величин лобового и бокового сопротивлений.
Расчленение разреза можно проводить по изменениям сопротивлений в слоях с различным составом, свойствами и состоянием. Для этого точки статического зондирования (не менее двух-трех) располагаются в непосредственной близости (не более 5 м в однородных грунтах и 1,5 м — в неоднородных) от буровых сква
жин и шурфов. Необходимо следить, чтобы пройденная буровая выработка или шурф не имели воздействия на точку статического зондирования. Если точки зондирования и инженерно-геологические выработки располагаются на расстоянии менее 1 м друг от друга, то сначала проводится статическое зондирование. Дополнительные точки статического зондирования позволяют расчленить разрез более детально в местах, где инженерно-геологические выработки отсутствуют.
Даже в тех случаях, когда не все слои с одинаковым успехом могут быть расчленены по результатам статического зондирования, можно успешно применять его для. решения частных задач, например фиксации одного какого-нибудь слоя. Например, в ряде районов Архангельска статическое зондирование не позволяет достаточно уверенно расчленить озерно-ледниковые и моренные отложения, однако совершенно четко отбивается кровля полутвердых морских глин, являющихся важным маркирующим горизонтом.
По данным М. И. Хазанова и Э. Р. Черняка (1969 г.), статическое зондирование лёссовидных суглинков в районе Одессы, залегающих выше и ниже уровня грунтовых вод, позволяет разделить их с уровнем надежности 0,85, а также выделять отдельные слои, не различаемые визуально. Они предлагают по данным статического зондирования выделять опытные площадки, на которых изучаются физико-механические свойства грунтов. Интересные сведения по расчленению разреза при помощи статического зондирования приводят Г. К. Бондарик, И. С. Комаров, В. И. Ферронский и др. [6, 7, 49]. Анализ опубликованных материалов показывает, что факторы, влияющие на расчленение разреза, весьма разнообразны и зависят как от геолого-генетической и литологической принадлежности пород, так и от их физического состояния. Необходимо для каждого района проводить сравнительное изучение результатов зондирования и проходки горно-буровых выработок, после чего можно установить характер расчленения разреза по статическому зондированию. Достоверность расчленения разреза следует проверять по тому показателю, который наиболее важен при расчленении, например по консистенции. При наличии не менее 15—20 точек статического зондирования рекомендуется строить гистограмму частостей значений q, либо / для слоев одного из геолого-генетических комплексов, отличающихся по консистенции, плотности и т. д.
Уровень надежности (достоверности) уверенного расчленения выделенных слоев можно определить как разность между всей площадью гистограммы, построенной для показателя q, либо / одного из выделенных слоев (площадь гистограммы равна 1, или 100%) и долей площади перекрытия двух соседних гистограмм. Если площадь перекрытия двух соседних гистограмм не более 30—40% площади одной из гистограмм (что соответствует уровню надежности расчленения не менее 60—70%), расчленение следует считать достоверным, в противном случае расчленение следует признать сомнительным.
Пример. При статическом зондировании моренных • отложений, представленных суглинками тугопластичной консистенции (слой 1), на глубине 6 м по 20 точкам зондирования получены следующие значения q (кгс/см2): 11, 13, 15, 16, 17, 17, 18, 19, 20, 20, 21, 21, 22, 24, 25, 26, 27, 28, 28, 30. На этой же глубине по 18 точкам зондирования суглинков, визуально определенных как мягкопластичные, получены значения q (кгс/см2): 8, 9, 9, 10, 11, 11, 11, 12, 12, 12, 13, 13, 13, 14, 14, 15, 16, 17.
Следует определить достоверность расчленения суглинков на тугопластичные и мягкопластичные по лобовому сопротивлению при статическом зондировании.
Для построения гистограмм распределения составим табл. 39.
Таблица 39
Обработка результатов статического зондирования
Суглинки тугопластичные
Суглинки мягкопластичные
1
2
3
4
5
Границы интервалов д, кгс/см*
10,5—14,5
14,5—18,5
18,5—22,5
22,5—26,5
26,5—30,5
2
5
6
4
3
20
Границы интервалов д, кгс/см*
0,10
0,25
0,30
0,20
0,15
2,5
6,25
7,5
5,0
3,75
7,5—9,5
9,5—11,5
11,5-13,5
13,5—15,5
15,5—17,5
1,00
0,17
0,22
0,33
0,17
0,11
1,00
8,5
11,0
16,5
8,5
5,5
Плотность частостей pj равна отношению частостей (Оу к ширине классового интервала.
Строим совмещенный график (рис. 17), для чего на оси абсцисс отложим границы классовых интервалов для значений qx и д2, а на оси ординат — соответствующие им величины pj %. Площадь перекрытия двух гистограмм определяется как сумма площадей прямоугольников (а, б, в, г, д):
^а+б+в = 2,5 (14,5-10,5) = 10%
£г = 6,25 (15,5 -14,5) = 6,25 %
£д = 5,5(17,5-15,5) = 11%
^общ = Ю-Ь 6,25 4-11 = 27,25 %.
Так как площадь перекрытия гистограмм оказалась менее%30%, расчленение суглинков на тугопластичные и мягкопластичные по данным зондирования следует считать достоверным.
Оценка физических свойств — очень сложный, не достаточно изученный вопрос. При зондировании песчаных отложений основная оценка проводится по плотности сложения песков через коэффициент пористости. В табл. 40 приведены рекомендации по определению плотности песков.
Рис. 17. Гистограмма распределения значений удельного лобового сопротивления
Эти данные достаточно увязываются с результатами исследований аллювиальных песков. Так, удельное лобовое сопротивление песков средней крупности и средней плотности Литвы 80 кгс/см2, района Сургут — Стрежевое 40—120 кгс/см2; в районах центральной части Западной Сибири мелкие и пылеватые пески рыхлого сложения имеют удельное лобовое сопротивление 16—48 кгс/см2 при среднем значении 32 кгс/см2, в этих же песках средней плотности удельное лобовое сопротивление возрастает до 80—134 кгс/см2. При среднем значении 92 кгс/см2 в мелких плотных песках Башкирии отмечается удельное лобовое сопротивление в 50—120 кгс/см2, в районе Архангельска морские пески мелкого состава плотного сложения имеют лобовое сопротивление 60—120 кгс/см2 [49].
Тем не менее нельзя не отметить и существенные расхождения в оценке плотности песков. х
Таблица 40
Рекомендации по определению плотности песков (по РСН 33—70)
/ Пески Удельное сопротивление, кгс/см2 Плотность сложения Граничные значения коэффициента пористости
Крупные и средней крупности Менее 50 50—150 Более 150 Рыхлые Средней плотности Плотные Более 0,70 0,70-0,55 Менее 0,55
Мелкие Менее 30 30—100 Более 100 • Рыхлые Средней плотности Плотные Более 0,75 0,79-0,60 Менее 0,60
Пылеватые неводонасыщенные Менее 30 30—100 Более 100 Рыхлые Средней плотности Плотные Более 0,80 0,80-0,60 Менее 0,60
Пылеватые водонасыщенные Менее 15 15—60 Более 60 Рыхлые Средней плотности Плотные Более 0,80 0,80—0,60 Менее 0,60
Определять консистенцию глинистых грунтов по данным статического зондирования достаточно сложно, так как удельное сопротивление грунта погружению конуса приходится сравнивать с условной величиной, которой является показатель консистенции, а также при одной и той же консистенции сопротивление грунта погружению конуса будет различным в зависимости от прочностных характеристик глинистого грунта [50]. Наиболее принято выделять состояние грунтов по консистенции: твердая — q более 100 кгс/см2, полутвердая — q = 50—100 кгс/см2, тугопластичная — q = 20— 50 кгс/см2, мягкопластичная— q = 10—20 кгс/см2, текучепластичная — q менее 10 кгс/см2.
Исследованиями статической пенетрацией хвалынских глин, проведенных ВСЕГИНГЕО [7], установлено уравнение регрессии, •связывающее величины q и В при коэффициенте корреляции 0,74 В = = 0,18-0,003 q.
В. П. Беляевым [5] для делювиальных суглинков Поволжья при зондировании установкой С-832 получено уравнение: В = — 0,861 е“°’00б9« при корреляционном отношении 0,63 и среднем квадратическом отклонении ±0,072, для макропористых аллювиальных «0
суглинков левобережья Волги, уплотненных грунтовыми сваямиг установлена корреляционная зависимость объемной массы скелета и сопротивления грунта острию зонда на установке С-832. По 147 парным показателям получено уравнение
-v д-500
Уск 2,28?+643,3
+ 1,58.
Среднее квадратическое отклонение аппроксимации составило ±0,047 г/см3, вероятная ошибка р = 0,032 [5].
В табл. 41 представлены результаты зондирования моренных суглинков различной консистенции, из которой видно, что примерно до 40% значений удельных лобовых сопротивлений тугопластичных и мягкопластичных суглинков перекрываются, т. е. достоверность разделения по консистенции низка.
По данным М. И. Хазанова и Э. Р. Черняка, боковое сопротивление лессовидных суглинков на одном из участков Дунай-Днепровского массива орошения, определенное статическим зондированием установкой С-832, изменяется от 0,83 до 3,72 кгс/см2, однако средние квадратические отклонения изменяются в узких пределах от 0,65 до 1,22 кгс/см2 и лишь для одного слоя равно 0,18 кгс/см2. Подобные отклонения дают вполне приемлемые коэффициенты изменчивости — от 21 до 61%, в основном близкие к 30%.
Сложность разделения грунтов по консистенции подтверждается противоречивостью различных работ по этому вопросу. Так, для элювиально-делювиальных и аллювиальных глинистых грунтов Башкирии зависимость между удельным лобовым сопротивлением (определенным со стабилизацией на установке С-832) и показателем консистенции слабая, коэффициент корреляции равен 0,35.
В то же время для аллювиальных глинистых грунтов Западной Сибири для тех же условий опыта получена тесная связь с коэффициентами корреляции 0,7—0,92 [49].
Очевидно, что установление плотности песчаных и особенно консистенции глинистых пород можно проводить лишь для определенных генетических типов грунтов ограниченного района на основании изучения сопоставимых данных.
Оценка механических свойств. Многие авторы пытаются определять модуль деформации грунтов по удельному сопротивлению под острием зонда при статическом зондировании. В табл. 42 приведены подобные зависимости, полученные для различных пород. Из таблицы отчетливо видно, что зависимость модуля деформации от величины удельного статического сопротивления можно рассматривать только для определенных пород в конкретных районах. Найти более четкую связь трудно ввиду большой зависимости значений модуля деформации от способа его определения.
Результаты статического зондирования установкой С-979
Показатели Глубин? от кровли слоя, м
г. Архангельск (44 опыта) р. Икса (17 опытов)
2 4 6 2 4 6
9 рсб 9 Рсб 9 Рсб 9 рсб 9 Рсб Р рсб
Суглинки тугопластичные
Пределы измерений Средние значения Средние квадратические отклонения 10-30 18 5,1 0,6-1,5 1,0 0,25 10-30 18 4,6 1,0-3,3 2,0 0,54 10-30 17 5,6 2,0-4,0 L 2,9 0,7 20-26 22 0,7-1,5 1,1 — — 14-40 22. 8,7 0,6-2,0 1,2 0,55
Суглинки мягкопластичные
Пределы измерений 4-20 0,2-1,1 4-12 0,6-2,6 8-16 2,0-3,7 8-18 0,2-0,8 8-18 0,4-1,0 8-20 0,6-1,1
Средние значения 10 0,5 8 1,2 10 2,6 12 0,4 12 0,7 13 0,9
Средние квадратические отклонения 4,3 0,30 2,9 0,6 —— 2,8 0.16 3,6 0,17 3,7 0,17
Примечани е. q— удельное лобовое сопротивление, кгс/см1; Pcg — боковое сопротивление, т.
Таблица 42
Зависимость модуля деформации Е (кгс/см^) от удельного статического сопротивления q (кгс/см2)
Грунт Район Способ определения модуля деформации Зависимость Е»/(д) Автор
Пески » Пески аллювиальные » » Пески аллювиальные, пылеватые и мелкие, маловлажные То же, водонасыщенные Пески аллювиальные Супеси Супеси аллювиальные Супеси и суглинки эолово-делювиальные, лессовые Суглинки Суглинки моренные » » » » » » » » Суглинки флювиогляциальные Суглинки делювиальные; В<0,25 То же, 13 = 0,25-0,5 Суглинки делювиальные и глины неогеновые Суглинки аллювиальные » » Глины озерно-ледниковые Глины, юрские Бельгия Литва Ярославская и Костромская области То же Куйбышев Куйбышев Новосибирское Приобье Подмосковье Москва Ярославль Литва Москва Поволжье Одесса Куйбышев Камский автозавод » Литва Штамп оопыты Теоретическое решение Штампоопыты » » Компрессионные испытания Теоретическое решение Компрессионные испытания Штампоопыты Теоретическое решение Штампоопыты Компрессионные испытания Штампоопыты » S » » » Компрессионные испытания с повышающим коэффициентом Компрессионные испытания Штампоопыты, 600 см2 То же, 5000 см2 То же Теоретическое решение 1,5g 2,5g 2,5g 6g 3g, 5g 1,55g 3,0g (1,85—2,15)g 2,lg+17 (6-7)g 5g+100 0,89g + 32 5,9®*7 7g 8g 7,3®’®72 5g4-164 4g+95 12g (1,68-5,02) 3,7g+33 3,2g + 65 8g 4g E. де Беер Ю. Г. Трофименков (1964 г.) В. И. Ферронский (1969 г.) А. Аликонис и др. (1969 г.) С. В. Холопов и др. (1970 г.) То же Е. П. Яриз (1970 г.) В. И. Ферронский (1969 г.) Е. П. Яриз (1970 г.) Ф. С. Тофанюк и др. (1971 г.) В. И. Ферронский (1969 г.) Ю. Г. Трофименков (1964 г.) Г. К. Бондарик (1967 г.) В. С. Николаев (1968 г.) С. В. Холопов (1967 г.) ' А. Аликонис и др. (1969 г.) В. С. Николаев (1970 г.) В. П. Беляев (1970 г.) То же М. Л. Плакхин (1970 г.) Е. П. Яриз (1970 г.) Е. П. Яриз (1971 г.) То же А. Аликонис и др. (1969 г.) В. И. Ферронский (1969 г.)
В. И. Ферронский и 3. Г. Мартиросян [70] получили теоретическую зависимость:
т? 3jx(1-|-v) (3 — 4v) РСр м— 32(1 —v)
где Ем — модуль деформации, полученный по результатам статического зондирования;
РСр— среднее давление, измеряемое при статическом зондировании;
v — коэффициент поперечного расширения.
Сравнение результатов теоретического решения и значений модуля деформации по испытаниям штампом площадью 5000 см2 показало, что отношение модулей деформации по штампоопытам и вычисленных по величине лобового сопротивления составляют для аллювиальных песков нижней Волги 0,57—2,58, для супесей Каршин-ской степи 1,68—4,5, для песков Подмосковья 1,12—1,57, для глин Подмосковья 0,65—1,10 и для суглинков Подмосковья 0,96—1,35 [49].
В соответствии с РСН-33—70 рекомендуется приближенное значение модуля деформации Определять путем умножения удельного сопротивления грунта прониканию конуса на коэффициент, принимаемый для песков равным 2,5, для глин и суглинков —7.
Иногда по результатам статического зондирования проводится оценка прочностных свойств грунтов.
В РСН-33—70 рекомендуется для приближенных расчетов угла внутреннего трения песчаных грунтов пользоваться табл. 43, причем значение q кгс/см2 должно определяться по данным обработки не менее шести опытов для каждого исследуемого слоя.
Таблица 43
Значение угла внутреннего трения песчаных . грунтов ф от удельного сопротивления q (по РСН-33-70)
q, кгс/см2 ’ | д, кгс/см2 <р°
Менее 10 26 . 60—79 33
10-14 27 1 80-99 34
15-20 28 100—129 35
21—29 29 130—169 36
30-39 30 170-209 37
40-49 31 1 210—249 38
50-59 32
Ю. Г. Трофименков и др. рекомендуют для моренных суглинков при угле внутреннего трения в 20° определять удельное сцепление по формуле
с = 0,01g.
М. Л. Плакхин [48] для делювиальных суглинков и неогеновых глин при угле внутреннего трения 11—28° рекомендует зависимость
с = 0,025g.
В. С. Николаев [43] для моренных суглинков Московской области получил корреляционные уравнения: tg (р = 2,1 д°«4 при корреляционном отношении 0,94 и ошибке 0,02, с — 0,08/°»67 при корреляционном отношении 0,78 и ошибке 0,07.
Определение несущей способности свай. Статическое зондирование успешно применяется для определения сопротивления грунта под острием и по боковой поверхности сваи. При статическом зондировании вблизи испытываемой сваи необходимо, чтобы расстояние от точки зондирования до оси сваи было не менее и не более 2—3 м.
Ю. Г. Трофименковым и др. приводится обработка результатов испытаний 88 свай, проведенных Мензенбахом [50] в песчаных грунтах. Если обозначить отношение удельного лобового сопротивления грунта при статическом зондировании q к предельному сопротивлению грунта под сваей R через Ft, то Мензенбахом получена следующая формула:
/7=14-5.10-V’M,
где А — площадь поперечного сечения сваи, см2.
Значения при А = 1000 см2 и при q равном 50, 100 и 200 кгс/см2 соответственно составит 1,06; 1,2; 1,5, а при А = 2000 см2 при тех же q соответственно равно 1,2; 1,4; 2,0.
Таким образом, сопротивление грунта под острием сваи меньше, чем под конусом, отношение q к R увеличивается с ростом q.
В настоящее время нормативными документами рекомендуется принимать сопротивление под острием сваи равным 0,5 д, причем среднее значение лобового сопротивления снимается по графику на участке, расположенном в пределах одного диаметра сваи выше и четырех диаметров сваи ниже отметки острия проектируемой сваи.
По данным Ж. Керизеля, при изменении скорости погружения зонда диаметром 320 мм от 2 до 5 мм/мин величина д возросла на 5 кгс/см2, а при изменении скорости вдавливания зонда диаметром 45 мм от 3,5 до 175 мм/мин удельное статическое сопротивление увеличилось на 25 кгс/см2 [7]. Однако имеются сведения, по которым скорость погружения зонда мало влияет на величину удельного статического сопротивления.
Г. С. Колесником установлено, что удельные величины сопротивлений грунта под острием зонда и сваи равны и не зависят от диаметра зонда при определенной глубине забивки сваи и зонда. Если же относительное заглубление сваи невелико или ее острие находится в зоне контакта двух разнородных по прочности и деформатив-ности слоев грунта, сопротивления грунта под острием зонда и сваи оказываются различными по величине.
К противоположным результатам привели ранее выполненные исследования Л. Д. Мартыновой, которые показали, что при изменении диаметра зонда от 36 до 100 мм, наименьшее удельное сопротивление зонда в глинистых грунтах полутвердой и тугопластичной консистенции наблюдается под острием зонда диаметром 50 мм, а наибольшее — под острием зонда диаметром 100 мм.
Существуют самые различные мнения по вопросу влияния скорости погружения зонда на величину сопротивления грунта. Это явление связано с изменением вязкости грунта при нарушении его структуры.
Несущая способность одиночной сваи по результатам статического зондирования установками С-979 в соответствии со СНиП П-Б. 5—67* определяется по формуле
р = к-т f*-h*u),
где к — коэффициент однородности грунта основания сваи, принимаемый на основе статистической обработки результатов испытаний (зондирования);
тп — коэффициент условий работы, принимаемый равным 0,8;
F — площадь поперечного сечения сваи, м2;
Ян — нормативное сопротивление грунта под острием сваи, т/м2; h — глубина забивки сваи, м;
и — периметр поперечного сечения сваи, м;
/н — нормативные сопротивления грунта по боковой поверхности сваи, т/м2.
Эту формулу можно упростить, так как обычно применяются стандартные зонды площадью 10 см2. Упрощенные формулы приведены в табл. 44.
Таблица 44
Несущая способность одиночной сваи
Размеры сторон сваи, см Площадь поперечного сечения сваи, м« Значение несущей способности сваи при «3=0,11 м, т
25 X 25 0,06 Р = 0,8/с (0,062?н 4- 1,0/“-Л)
30 х 30 0,09 Р = 0,8Л (0,09Я« + 1,2/н • Л)
35 X 35 0,12 Р = 0,8/с (0,12Ян + 1,4/н.Л)
40 X 40 0,16 Р = 0,8/с (0,162?н 4- 1,6/н-Л)
Нормативное сопротивление грунта под острием сваи 7?н в соответствии с изменениями к СНиП П-Б. 5—67, введенным с 1 ноября 1972 г., определяется по формуле
Я» =₽!<?,
где q — среднее значение сопротивления грунта под наконечником зонда, т/см2;
Рх — коэффициент, принимаемый для установок типа С-832 равным 0,5, а для установок типа С-979 в зависимости от q по специальным таблицам СНиП П-Б. 5—67* от 0,25 до 0,75.
Интересные сопоставления значений расчетных сопротивлений свай, полученных по результатам статического зондирования, провели Г. К. Бондарик и Г. И. Шевелев для моренных отложений, хвалынских глин и песков средней плотности. Ими установлено, что для глинистых грунтов твердой и полутвердой консистенции значения, полученные по нормативам, в 1—7 раз выше значений, полученных по результатам зондирования. Для мелких и пылеватых песков они, наоборот, значительно ниже [7].
Для уточнения значений коэффициента однородности грунта к при количестве опытов статического зондирования не менее шести коэффициент к рекомендуется определять по формуле
к — 1—— = 1 — г,
S
где q — среднее значение удельного сопротивления;
S — выборочное среднее квадратическое отклонение;
v — коэффициент вариации.
Динамическое зондирование. Основные задачи, решаемые с помощью динамического зондирования, следующие:
определение плотности песчаных и консистенции глинистых грунтов;
расчленение разреза и оценка однородности грунтов;
выявление корреляционных зависимостей между характеристиками динамического зондирования и показателями физико-механических свойств грунтов;
контроль качества уплотнения грунтов при производстве земляных работ и др.
Этот вид исследований широко развит в практике. Так, трестами инженерно-строительных изысканий ежегодно (данные 1970— 1971 гг.) проводятся более 4—5 тыс. точек, или около 40—52 тыс. пог. м динамического зондирования. В целом по стране этот вид исследований составляет (данные 1969 г.) 93 тыс. пог. м.
Динамическое зондирование проводится с помощью специального зонда-конуса, реже специальным пробоотборником путем сбрасывания молота вручную с копровых лебедок, либо при помощи специальных установок типа УПБ-15. Рекомендуется применять молоты массой 30, 60, и 120 кг, сбрасываемые с высоты соответственно 0,4, 0,8 и 1,0 м. Для зондирования используют штанги диаметром 42 мм. В качестве конического наконечника принят конус диаметром 74 мм с углом при вершине 60°. Имеются и другие конструкции зондирующего инструмента, например динамический пенетрометр ЦНИИС с массой молота 10 кг, погружаемый в скважину, высота сбрасывания составляет 0,5 м, диаметр наконечника 35,6 мм, диаметр штанг 22 мм.
В соответствии с PGH-32—70 в качестве стандарта приняты конический наконечник с диаметром основания 74 мм и углом при вершине 60°, диаметр штанг 42 мм, масса молота 60 кг при свободном его падении с высоты 80 см.
Результаты динамического зондирования выражаются в виде условного сопротивления грунта внедрению зонда. В качестве такого показателя используется число стандартных ударов, необходимое для погружения зонда на 10 см
7V = 10-^-, п
где п — количество ударов в залоге;
h — глубина погружения зонда за один залог, см.
В величину N вводят поправки на увеличение веса зонда с глубиной и на трение по боковой поверхности зонда
^пр = -^«р^тр»
где ар — коэффициент, зависящий от изменения веса с глубиной;
атр — коэффициент, учитывающий трение штанг о грунт.
Очень часто применяют общий коэффициент а0, учитывающий трение штанг о грунт и изменение массы штанг с глубиной.
Тогда
^пр = ^а0.
Соответствующие поправочные коэффициенты приведены в табл. 45
Таблица 45
Поправочные коэффициенты
Интервал зондирования, м Коэффициент Интервал зондирования, м Коэффициенты
а0 ар атр | «0 а Р атр
1,0—1,5 1,0 1,0 1,0 10,5—12,0 0,62 0,84 0,74
1,5—3,0 0,92 0,98 0,94 12,0—13,5 0,59 0,83 0,71
3,0—4,5 0,84 0,94 0,90 13,5—15,0 0,56 0,82 0,68
4,5—6,0 0,79 0,93 0,85 15,0-16,5 0,54 0,81 0,67
6,0—7,5 0,73 0,90 0,81 16,5—18,0 0,51 0,79 0,65
7,5—9,0 0,69 0,88 0,78 18,0-19,5 0,49 0,78 0,63
9,0-10,5 0,65 0,86 0,76 | 19,5—21,0 0,47 0,77 0,61
При зондировании с поверхности земли рекомендуется применять общий коэффициент а0. В случае зондирования с забоя скважины следует применять коэффициенты, учитывающие изменение веса для фактического интервала зондирования и трение штанги о грунт для интервала от забоя скважины до глубины зондирования.
S8
Иногда для обработки результатов применяется удельное динамическое сопротивление, под которым понимается динамическое сопротивление, отнесенное к единице площади поперечного сечения наконечника.
В качестве такого показателя обычно используется формула Н. М. Герсеванова
*--?+ V (пг)’+т(-»»^.
где R — динамическое сопротивление, кгс/см2;
со — площадь поперечного сечения конуса, см2;
Q — масса молота, кг;
q — масса зонда, кг;
Н — высота падения молота, см;
к — количество ударов в залоге;
h — глубина погружения зонда за залог, см;
п — коэффициент, зависящий от материала зонда, от условий передачи удара молота и др.;
I — коэффициент восстановления удара, принимаемый равным 0,3.
В. И. Лебедев на основании экспериментальных работ считает, что с увеличением диаметра зонда уменьшается удельное сопротивление острия и увеличивается удельное трение по боковой поверхности зонда. Увеличение давления на грунт от собственного веса зонда в связи с наращиванием штанг почти полностью компенсируется увеличением бытового давления в грунте и поэтому не влияет на результаты зондирования. При влажности песков 7—12% сопротивление зондированию несколько уменьшается. При влажности менее 7% и при влажности более 12% сопротивление зондированию возрастает, достигая максимума на границе водонасыщения. Это явление связывается с различной уплотняемостью песков при ударных нагрузках в зависимости от влажности [49].
В. А. Ларюков рекомендует применять метод динамического зондирования при исследованиях слабых глинистых грунтов. В качестве характеристики механических свойств рекомендуется использовать показатель удельной работы
_ Q • Н ‘N кг • см • удары hk см2 • дм *
где hK — высота конического наконечника.
Многие исследователи предлагают учитывать результаты динамического зондирования в виде удельных динамических сопротивлений, однако в формулы для вычислений удельной работы зондирования они вводят разнообразные поправочные и эмпирические коэффициенты. Удобную сравнительную таблицу (табл. 46) этих формул приводит А. Я. Рубинштейн [61].
Формулы для расчета удельных динамических сопротивлений R, кгс/см2 (по А. Я. Рубинштейну [61])
Автор Формулы, выраженные через удельную работу Применительно к параметрам УБП-15
Р. Хейфли и др. 1951 г. о-|- Q R=A+^r R = 11,27V+ 0,023g +1,4
Е. Папрот, 1943 г. D А 1 ^ + С Л = а.А + —— R = ll,27Vnp +0,023g +1,4
Г. К. Бондарик, 1964 г. q + Q—F R-^A+u R = ll,27Vnp + 0,023 (g -Г) +1,4
А. Я. Рубинштейн, 1969 г. R = a- А—Гуд—Гбыт R = ll,27Vnp—F уд—Гбыт
В. А. Дуранте С. А. Шашков, 1960 г. R = V 1302+260а А —130 R = 47,1/7,6+ 7Vnp—130
Л = /121 + 22а. А—11 R = H(/l + 2Nnp- 1)
Л—удельная работа зондирования
Q-H N-Q-H .
со • h 10<о ’
а—поправочный коэффициент, учитывающий различные потери энергии в процессе зондирования;
F—сила трения по боковой поверхности зонда, кгс;
Гуд—удельная сила трения, приходящаяся на единицу боковой поверхности зонда, кгс/см2;
₽быт—природное (бытовое) давление, кгс/см2;
N—показатель динамического зондирования, уд/дм;
JVnp—исправленный (приведенный) показатель динамического зондирования с учетом поправочных коэффициентов, уд/дм;
h—глубина погружения зонда за залог, см.
. О. В. Сугаевич отмечает, что для аллювиальных, флювиогляциальных и нижнемеловых морских песков нарушенного сложения наблюдается хорошая сходимость значений объемной массы скелета, определенных лабораторным путем и рассчитанных по результатам динамического зондирования. Для песков естественного сложения наблюдаются существенные расхождения в оценке плотности, что объясняется влиянием структурных связей. Относительные ошибки определения объемной массы скелета по лабораторным данным и по данным зондирования составили для песков нарушенной структуры 1—5%, для песков природного сложения 14—50%, причем во всех случаях объемная масса скелета песков естественного сложения, определенная по результатам зондирования оказалась завышенной. К подобным же результатам пришли С. В. Кухтий и Э. Н. Щацилло, изучавшие аллювиальные пески [49].
При одинаковой плотности водонасыщенные пески оказывают меньшее сопротивление зондированию, чем сухие. При этом в рыхлых песках влияние водонасыщения сильнее, чем в плотных. Показатель зондирования (уд/дм) в плотных водонасыщенных песках снижается до 10% по сравнению с сухими песками той же плотности, в рыхлых песках он может снижаться до 100%.
Многие авторы выводят уравнения регрессии, связывающие объемную массу скелета уск с числом ударов на 10 см погружения зонда. Некоторые из этих уравнений приведены в табл. 47.
Таблица 47
Зависимость плотности песков от результатов динамического зондирования
Грунты Автор Уравнение регрессии Условный стандарт ± SVCK/N
Пески нарушенного сложения Пески ненарушенного сложения Разнозернистые флювиогляциальные пески Мелкозернистые аллювиальные пески В. А. Дуранте В. А. Дуранте Г. К. Бондарик Ю. Г. Трофи-менков и др. Уск = 0,01947V + 1,501 Тек = 0,00867V + 1,495 Уск = 0,01767V + 1,540 п = 46 —7,6 In TV* 0,045 0,022 0,02 Зондирование пробоотборником
Примечание. N * —число ударов на 30 см погружения пробоотборника; уск —объемная масса скелета;
п—пористость, %.
В соответствии с РСН-32—70 плотность песков и оценка граничных значений коэффициента пористости проводится по табл. 48.
Иногда делаются попытки установить корреляционные зависимости между результатами зондирования и механическими свойствами грунтов. Так, И. В. Дудлером по данным зондирования конусом и испытаниям штампом площадью 5000 см2 намытых аллювиальных песков средней крупности и мелких, получена зависимость
£’ = (55-5р)^
где N — число ударов на 10 см погружения конуса (от 1 до 20 ударов);
Е — модуль деформации (при удельном давлении под штампом от 1 до 5 кгс/см2), кгс/см2;
р — удельное давление под штампом, кгс/см2.
Оценка плотности сложения песков по результатам динамического зондирования
Пески Приведенное число ударов на 10 см Плотность сложения Граничные значения коэффициента пористости
Крупные и средней крупности Менее 7 Рыхлые Более 0,70
7-20 Средней 0,70—0,55
плотности
Более 20 Плотные Менее 0,55
Мелкие Менее 4 Рыхлые Более 0,75
4-15 Средней 0,75—0,60
плотности
Более 15 Плотные Менее 0,60
Пылеватые, водонасыщенные Менее 4 Рыхлые Более 0,80
4-15 Средней, 0,80-0,60
плотности
Более 15 Плотные Менее 0,60
Для гравелистых неоднородных песков при N от 5 до 10 ударов И. В. Дудлером получено
£' = (55 — 5p)2V —100.
Опытами Фундаментпроекта для среднекрупных песков плотных и средней плотности пробными нагрузками штампов площадью 5000 см2 (при удельном давлении под штампом 4—5 кгс/см2) и испытаниями пробоотборником установлена зависимость
Е = (350 — 500) lg N,
где N — число ударов на 30 см погружения, причем наименьшие значения относятся к пескам средней плотности, наибольшие — к плотным пескам [50].
М. И. Хазановым [71] определено, что для флювиогляциальных мелкозернистых песков ненарушенной структуры района Рязани модуль деформации по испытаниям штампом равен
£ = (13,3 —20,6) ТУ, а для тех же песков нарушенной структуры
£ = (26,5 —28) ТУ
Для приближенных расчетов PGH-32—70 рекомендует принимать углы внутреннего трения ф в зависимости от приведенного числа ударов ZV:
можно находить графо-аналитическим способом, сущность которого заключается в том, что площадь эпюры, ограниченная осью ординат и индикационной линией в пределах выделенного слоя, соответствует работе, затраченной на погружение зонда в слой [40]. Следовательно, определив любым способом площадь XSi и разделив ее на мощность слоя h, получим среднее значение N j^slr слоя, т. е.
71
2*
N=^’
где SL — площадь прямоугольника, ограниченная соседними линиями, выражающими число ударов;
h — мощность слоя;
п — число прямоугольников в эпюре в пределах рассматриваемого слоя. _
Для оценки рассеяния частных значений 7VZ относительно N на графике динамического зондирования в пределах интервала глубин, соответствующих выделенному слою, проводят прямую, параллельную оси ординат, абсцисса которой равна 7V, затем определяют площадь Sо эпюры, лежащей вправо от прямой 7V. Среднее абсолютное отклонение от среднего для слоя числа ударов Ojv определяют по формуле
По данным зондирования ряда скважин устанавливается принадлежность всех значений TVf к одной генеральной совокупности, закон распределения значений N- и дальнейшая обработка результатов проводится по общим правилам.
Испытания статическими нагрузками (штампом). Для определения сжимаемости и просадочности пород в полевых условиях назначаются испытания статическими нагрузками штампами в шурфах и скважинах. При испытаниях на глубинах до 6 м предпочтение отдается шурфам, при проведении опыта на глубине от 6 до 15 м, а так же при назначении испытаний ниже уровня грунтовых вод проводятся статические нагрузки в скважинах. По данным Б. М. Ребрика,
ежегодно проводится 1100 опытов в шурфах и 2470 опытов в скважинах [55].
Эти работы проводятся в соответствии с требованиями ГОСТ 12374—66 «Грунты. Метод полевого испытания статическими нагрузками».
Конструкции штампов и установок. Площадь штампов выбирается в соответствии с табл. 49.
Таблица 49
Рекомендуемые площади штампов (в соответствии с ГОСТ 12374—66)
Площадь штампа, см* Диаметр круглого штампа, см Грунты Примечание
10 000 112,6 Крупнообломочные, песча-
5 000 79,8 ные средней и рыхлой плотности, глинистые, В 0,25
2 500 56,2 Плотные песчаные и глинистые, В 0,25
1 000 35,6 То же Штамп с жесткой кольцевой пригрузкой, дополняющей площадь 5000 см2
600 27,7 Песчаные, залегающие выше уровня грунтовых вод и глинистые, В 0,75 Глинистые, 0,75 < В 1,0 Песчаные, ниже уровня грунтовых вод и глинистые, В >1,0 Плоский глухой штамп в скважинах Плоский фильтрующий штамп в скважинах Штамп, совмещенный с ножами — зачистите-лями забоя
В настоящее время применяются самые разнообразные конструкции установок для производства штампоопытов (табл. 50).
Методика работ. Методика производства испытаний достаточно опробирована и изложена в РСН-34—70 «Инструкция по испытанию грунтов статическими нагрузками (штампом)».
Многочисленными экспериментами доказана зависимость величины осадки штампа от площадки штампа. Опытами Пресса в 1930 г. на мелкозернистых песках было показано, что наименьшая осадка получается при испытаниях штампами площадью 900 см2. При меньших и больших площадях штампов при одинаковых удельных давлениях осадки штампов возрастают. По исследованиям Фундамент-проекта наименьшая осадка при испытаниях пылеватых суглинков получена на штампах площадью 1200 см2. Осадки штампов, имеющих меньшую и большую площади, также возрастали [50].
Испытания статической нагрузкой проводятся плавным приложением ступеней нагрузок. Первую ступень нагрузки принимают равной природному давлению на отметке подошвы штампа, но не менее 0,5 кгс/см2.
Конструкции установок для испытания грунтов штампами
Установка Способ восприятия реактивного усилия Тип привода, способ нагружения Глубина установки, м Площадь штампа, см* Максимальное давление на штамп, к ГС Способ крепления выработок Масса установки, кг Изготовитель, конструктор Примечание
Канатно-рычажная установка КРУ-600 Винтовые анкерные сваи Тарированный груз через рычажное устройство До 10 600 3600 Обсадные трубы 474 УралТИСИЗ
Установка с программным управлением для испытаний грунтов в скважине То же Гидронасос с электроприводом от аккумулятора До 10 600 12 000 То же 150 ИСиА Госстроя БССР
Пневматическая установка для испытания грунтов вертикальными статическими нагрузками в скважинах Шнеки, забуриваемые с помощью УГБ-50 А Пневматический домкрат с редуктором Р С-250-58 600 12 000 То же 150-250 Карагандинский филиал КазГИИЗ Сжатый воздух подается от баллона
Штамп свайный для шурфов-дудок Анкерные сваи Гидравлический ручной насос Н-400 До 10 2500, 5000 25 000 Щиты 500 РРММ ПНИИИС Масса отдельных узлов не превышает 80 кг
Штамп распорный для шурфов и дудок Распором в стенки шурфа То же Не менее 3 2500,5000 25 000 Распорные щиты специальной конфигурации Щиты 400 РРММ ПНИИИС Распор в стенки осуществляется двумя домкратами
Штамп распорный для шурфов сечением 1000X2000 мм То же в Не менее 2,5 2500,5000 25 000 400 РРММ ПНИИИС То же
Установка для определения модуля деформации грунтов штампами малой площади с кольцевой пригрузкой в шурфах сечением g 1500X1500 мм Анкерные сваи Гидравлический, две насосные станции До 6 Основной штамп 500 или 1000, с пригрузоч-ным кольцом 5000 6000 Щиты нииосп, Фундамент-проект
СП
Общее количество ступеней нагрузок, включая конечную ступень нагрузки предварительного уплотнения, должно быть не менее 5.
Максимальные нагрузки на штамп устанавливают в зависимости от плотности пород: для плотных песчаных и глинистых пород по 5—6 кгс/сма, для слабых пород до 2—3 кгс/сма.
Режим наблюдения за осадкой штампов назначают в соответствии с табл. 51.
Таблица 51
Режим наблюдений за осадкой штампов (в соответствии с ГОСТ 12374—66)
Грунты Ступени нагрузок, кгс/см® Условная стабилизация осадки Периоды наблюдения после приложения каждой ступени нагрузки
первый час второй час далее
Крупнообломочные 1 Приращение осадки штампа, не превышающее 0,1 мм за 1 ч Через каждые 10 мин Через каждые 20 мин Через каждый час до условной стабилизации
Песчаные плотные средней плотности рыхлые 1 0,5 0,25 Приращение осадки штампа, не превышающее 0,1 мм за 1 ч То же » » То же » » » » То же » » » » То же » » » »
Глинистые В < 0,258 0,8 В <0,258 >0,8 0,25^5^0,75 8 2^ 0,5 0,25 5 < 0,75 8^0,5 В > 0,758 < 0,5 В > 0,758 0,5 1 0,5 1 0,5 0,5 0,25 Приращение осадки штампа, не превышающее 0,1 мм за 2 ч Через каждые 15 мин Через каждые 30 мин » »
Обработка результатов испытаний. По данным измерения осадки штампа при каждой ступени нагрузок, строятся графики зависимостей S = / (р), Е = / (t) и при необходимости Е = f (р). Масштабы графиков обычно принимаются: 1 мм осадки — 10 мм на графике, 1 кгс/см2 нагрузки — 40 мм на графике, 1 ч наблюдений — 6 мм на графике.
Модуль деформации вычисляется по формуле
где Др — приращение удельной нагрузки на штамп между нагрузкой предварительного уплотнения и конечным значением нагрузки р, соответствующей четвертой точке испытаний, кгс/см2;
Д£ — приращение осадки штампа, соответствующее нагрузке Др см;
d — диаметр круглого штампа, см;
со — безразмерный коэффициент, зависящий от жесткости и формы штампа, принимаемый равным 0,8;
р — коэффициент бокового расширения грунта, принимаемый равным для: крупнообломочных грунтов 0,27; песков и супесей 0,30; суглинков 0,35; глин 0,42.
Модуль деформации следует выражать в целых числах, с округлением до одного десятка. Эту формулу можно представить в виде
Е — к
где к = (1 — p2)cod.
Величина к является постоянной для штампов определенных размеров и грунтов одного из типов. Значения к приведены в табл. 52, что упрощает вычисление Е.
Таблица 52 Значения коэффициента к
Грунты ц Площадь штампа, см2
600 1000 2500 5000
Крупнообломочные 0,27 20,5 26,4 41,6 59,2
Пески и супеси 0,30 20,2 25,9 40,9 58,1
Суглинки 0,35 19,4 25,0 39,5 56,0
Глины 0,42 18,3 23,5 37,0 52,6
Каждый опыт по статической нагрузке штампа накапливает погрешности, связанные с тщательностью установки и притирки к забою штампа, воздействием метеорологических условий на регистрирующие приборы и гидросистему, ошибки измерений величин AS и Др и т. д. Помимо этого разные опыты, проведенные для одного и того же слоя, отличаются между собой ввиду естественной неоднородности грунтов в каждой из точек испытаний. Все это необходимо учитывать при обработке результатов испытаний.
Исходя из положений теории ошибок, относительная ошибка
измерения модуля деформации в зависимости от ошибок Др и AS выражается в виде
ЕЕ 1/ / Др V , / Д5 \2
—= И (—) +Р(—) • или
“-’ШГ+О'
За предельную ошибку следует принимать величину (2—3) АЕ. По данным Г. Б. Кульчитского, предельная ошибка при определе-
0 . 109 200 300 400 кгс/см2
нии модуля деформации не менее 5% [29].
Анализ точности определения модуля деформации песков штампами, проведенный М. И. Хазановым и др. [72], показывает, что относительные ошибки достигают 245—367% для плотных песков и 157—215% для рыхлых песков. Наибольшая относительная ошибка для плотных песков (200—300%)
Рис. 18. Зависимость осадки S от происходит за счет применения модуля деформации Е деревянной реперной системы; для рыхлых песков (150—200%) накапливается за счет применения штампов площадью 2500 см2 по сравнению со штампами площадью 5000 см2. Необходимую точность определения модуля деформации можно связать с требуемой точностью
расчета осадки проектируемого сооружения.
В соответствии со СНиП П-Б. 1—62 осадка по методу элементарного суммирования определяется по формуле
2
5 = ^-
где р, — полусумма вертикальных нормальных давлений, возникающих на верхней и нижней границах г-го слоя грунта от давления сооружения;
h — мощность г-го ёлоя;
Р — безразмерный коэффициент, принимаемый равным 0,8;
Е — модуль деформации;
п — количество слоев.
Приведенную формулу представим в виде
6 ~ Е ’
где
Ф = 2 pthfi. г=1
На рис. 18 представлена зависимость между осадкой S и модулем деформации Е для значений Ф от 100 до 1000 кгс/см2.
Допустимую точность расчета абсолютной осадки можно принять равной ±0,5 см.
Если
с __ф_ а $ - — г>1- £1> а г>2- ,
то
^-^ = 4-—7Г=±Д5'
Обозначив Е2 = Ех ± \Е, где +\Е — допустимое отклонение значения модуля деформации, удовлетворяющее принятой точности расчета Д«$, после преобразований получим
ДЯ= ±
или
Е
(Еу AS
— EAS + Ф ’
ЬЕ =
При определении точности модуля деформации необходимо также учитывать требования по предельной разности осадок фундаментов, которые регламентируются СНиП П-Б. 1—62. В табл. 53 пересчитаны предельные величины деформации основания фундаментов зданий и сооружений для шага колонн 6 и 12 м.
Таблица 53
Предельные деформации грунтов оснований
Типы конструкций Предельные деформации грунтов оснований 8пр, см
1 = 6 м 1 = 12 м
песчаных, глинистых при В < 0 глинистых при В > 0 песчаных, глинистых при В < 0 глинистых при В > 0
Железобетонные и стальные рамные конструкции 1,2 1,2 2,4 2,4
Крайние ряды колонн с кирпичным заполнителем фахверка 0,42 0,6 0,84 1,2
Конструкции, в которых не возникает дополнительных усилий при неравномерной осадке фундаментов 3 3 6 6
Как следует из табл. 53, предельная деформация основания зданий и сооружений составляет 0,42—3 см при шаге колонн 6 м и 0,84—6 см при шаге колонн 12 м. Следовательно, предельную деформацию 0,4—0,5 см можно принять за достаточную точность расчета.
В общем виде формула необходимой и достаточной точности определения модуля деформации может быть записана в виде
Е
ЬЕ= ±
2S kl
где к — коэффициент из табл. 10 СНиП П-Б. 1—62;
I — расстояние между осями фундаментов, см.
Обработку результатов испытаний рекомендуется проводить как для каждого испытания, так и путем построения усредненного графика S = f (р), обработанного по правилам математической статистики.
Пример. При изысканиях под корпус промышленного сооружения с шагом колонн 6 м проведено 8 испытаний статическими нагрузками штампов площадью 600 см2 в скважинах. Испытывались озерно-ледниковые суглинки тугопластичной консистенции примерно на глубинах 3—4 м. Испытания проводились в скважинах диаметром 325 мм, с обсадкой трубами, перекрывшими верховодку. Предварительно известно, что проектируются квадратные фундаменты с размерами подошвы 1,9 X 1,9 м, с глубиной заложения 4 м. Давление р — рбт составляет 2 кгс/см2 и удовлетворяет расчету по прочности основания.
Результаты испытаний в виде упорядоченного ряда по возрастанию значений осадок приведены в табл. 54.
Таблица 54 Результаты испытаний штампом
№ опыта Значения осадки S, см, при удельном давлении р, кгс/см2 AS, см, при Др = р<—Pi Модуль деформации Е, кгс/см2
1,0 2,0 3,0 4,0
3 0,02 0,06 0,09 0,23 0,21 280
4 0,03 0,06 0,10 0,27 0,24 240
5 0,04 0,18 0,31 0,64 0,60 100
8 0,06 0,18 0,41 0,75 0,69 85
7 0,12 0,30 0,47 0,56 ' 0,72 0,60 100
6 0,16 0,42 0,95 0,79 75
2 0,17 0,43 0,71 1,04 0,87 70
1 0,41 1,06 1,50 1,98 1,57 40
Среднее 0,13 0,21 0,52 0,82 0,69 85
Среднее квадратическое отклонение 0,12 0,33 0,41 0,52
Выявление возможных «отскоков» для каждого из давлений производим по т критерию (см. гл. II, раздел 7)
либо т = S S 9
где х, armJn, ятах — среднее, минимальное и максимальное значения осадки штампа;
s — среднее квадратическое отклонение.
С этой целью следует проверить опыты 1 и 3 (табл. 55).
Проверка опытов 1 и 3
Таблица 55
№ опыта Критерии р, кгс/см2
1,0 2,0 3,0 4,0
1 з-шах 0,41 1,06 1,50 1,98
т 2,33 2,58 2,39 2,24
3 ®max 0,02 0,06 0,09 0,23
Т 0,92 0,45 1,05 1,14
Наибольший разброс значений дает опыт 1, величины т2 = 2,58 и т3 = 2,39 при п = 8 соответствуют доверительной вероятности р > 0,99. Поэтому результат опыта 1 следует отбросить как явно ошибочный.
По усредненной кривой S = / (р) находим, что модуль деформации (после удаления опыта 1) равен 100 кгс/см2. Расчетом либо по специальным таблицам находим, что осадка фундамента в этом случае составит 2,8 см, а допустимое отклонение значения модуля деформации
ЬЕ= ±-----= 10° = 15,2 ~ 15 кгс/см2,
1+— 1+—
0,5
т. е. Исе значения модуля деформации, равные 100 ±15 кгс/см2, обеспечат расчетную осадку 2,8 см с точностью ±0,5 см.
Для конструкций, в которых не возникают дополнительные усилия
ДЕ= ±—V = ~1Ь = 30 кгс/см», 1+ kl 1+ 3
т. е. все значения модуля деформации в пределах 100 ± 30 кгс/см2 обеспечивают предельную деформацию основания двух соседних колонн не более 3 см. Действительно, если по таблицам определить осадку колонны, где в основании возможен максимальный модуль
деформации 280 кгс/см2, то получим величину 1 см, а для минимального модуля 70 кгс/см2 эта величина составит 4 см.
Следовательно, разница осадок двух соседних колонн в худшем варианте составит всего 3 см, что удовлетворяет требованиям норм.
Подобные предварительные расчеты целесообразно делать в поле, чтобы оценить разброс значений модулей деформации и при необходимости провести повторные испытания.
Усреднению подлежат лишь опыты, выполненные по единой методике, со штампами одинаковой формы и площади, установленными примерно на одинаковых глубинах.
Если значения модулей деформации существенно различаются, рекомендуется найти зависимость этих значений от простейших показателей физических свойств (влажности, объемного веса, показателя консистенции и др.) по монолитам, отобранным из точек испытаний штампами. При обнаружении такой зависимости среднее значение модуля деформации получают по среднему значению характеристики физических свойств, определенному для слоя в целом по большому количеству определений.
Испытания на сдвиг и вращательный срез. Достаточно широко применяются полевые методы изучения прочностных свойств грунтов испытаниями вращательным срезом (более 6 тыс. испытаний в год) и сдвигами цел:иков породы в шурфах (более 300 испытаний в год).
Испытание вращательным срезом (иногда именуемым крыльчатым зондированием) применяется для изучения прочности слабых иловатых и глинистых пород, залегающих до глубины 20—25 м. Испытание заключается в плавном погружении в породу крыльчатки и замере крутящего момента при повороте крыльчатки. Сопротивление сдвигу вычисляют по формуле
т =-----Т~—ТТ» кгс/см2,
l,57d2^ + -yj
где М — крутящий момент, кгс/см;
d — диаметр цилиндра вращения (двойная ширина одной лопасти), см;
h — высота цилиндра вращения (высота лопасти), см.
Если крыльчатка погружается в породу до верхнего обреза лопастей (испытания в шурфе, на обнажениях, иногда первое испытание на забое скважины), сопротивление сдвигу находят по формуле
т =------------г-r-, кгс/см2.
I,57d2^ + -|-j
Наиболее известны крыльчатки, разработанные Калининским политехническим институтом (СК-8), Днепропетровским институтом, инженеров железнодорожного транспорта (ДГС-28), ЦНИИС (УИГС), Фундаментпроектом, ПНИИИС — приставка к станку УГБ-50 для производства статического зондирования, совмещенного с вращательным срезом, и др.
Одним из важнейших вопросов, возникающим при производстве опытов вращательного среза, является переход к параметрам сдвига. Это достигается либо специальной конструкцией зонда, позволяющей создавать различные по величине нормальные давления к поверхности среза (например, крыльчатка конструкции Уральского политехнического института), либо изучением корреляционной связи парных испытаний крыльчаткой и на срезных приборах.
Иногда для слабых грунтов можно отнести сопротивление сдвигу только к удельному сцеплению. Целесообразно при производстве испытаний в однородном слое на большую глубину изучать зависимость величины сопротивления сдвигу от глубины или величины бытового давления. В случае обнаружения такой зависимости также возможно выделение значений параметров сдвига.
Таблица 56
Полевые методы исследования прочности пород и области их применения (по Г. К. Бондарику [7])
Метод испытания Схема разрушения, которую моделирует метод Породы, для исследования которых применяется метод
Срез целиков породы в шурфах Плоский сдвиг по напластованию Однородные неслоистые или слоистые; могут содержать мелкие включения
Срез монолитов в полевых приборах Плоский сдвиг по напластованию Однородные неслоистые или слоистые, песчано-глинистые, содержащие мелкие включения
Обрушение прислоненных призм пород Глубокий сдвиг Щебенисто-дресвяные и щебенисто-глинистые, содержащие включения
Обрушение и сдвиг призм пород под действием одной нагрузки, под углом к плоскости сдвига (метод ВНИМИ) Глубокий или плоский сдвиг в зависимости от ориентировки домкрата Гравелистые, щебенистодресвяные и крупнообломочные (обрушение); слоистые, связные и полу-скальные (сдвиг)
Выпирание призм пород в шурфах Глубокий сдвиг Щебенисто-дресвяные и щебенисто-глинистые
Раздавливание целиков пород Глубокий сдвиг Преимущественно глинистые
Испытания вращательным срезом, помимо определения прочностных характеристик, позволяют изучать однородность свойств слоя и структурную прочность грунта.
Для этого применяют классификации, основанные на отношении сопротивления сдвигу грунта с ненарушенной структурой те к сопротивлению сдвигу грунта перемятого лопастями тн (Ю. Г. Трофимен-ков), либо классификацию по показателю структурной прочности, равному отношению сопротивления нарушенного грунта к сопротивлению грунта с ненарушенной структурой (Г. К. Бондарик).
Исследования прочностных свойств крупнообломочных пород (морен, элювиальных грунтов и др.) рекомендуется проводить нагружением целиков породы до образования плоскостей сдвига. Основные модификации полевых методов приведены в табл. 56.
Прессиометрия. В последнее время чаще стали применяться прессиометрические методы исследований. Однако эти испытания все еще не имеют массового характера (300—400 испытаний в год).
Наиболее широко известные конструкции прессиометров приведены в табл. 57.
Таблица 57 Характеристики прессиометров
Конструкции прессиометров Диаметр скважины, ММ Глубина испытаний, м Максимальные давления на породу, кгс/см* Длина снаряда, мм Способ передачи давления
ПС-1 но 15-20 8 480 Гидравлический
Фундаментпроект 89 15 7-10 422 Пневматический
П-89 (УПИ, УралТИСИЗ) ИГП-21 89 2—5 10 400 Гидравлический
108-112 Не более 25 24 85 Пневматический
ЦНИИИС 180 10—15 6 750 Гидравлический
Малый прессиометр (ВСЕГИНГЕО) 30 5 5 550 Гидравлический
Прессиометрический метод получения деформационных и прочностных характеристик весьма перспективен, так как является не трудоемким и дает хорошую сходимость с результатами других методов полевых исследований.
5. ПРИМЕНЕНИЕ ГЕОФИЗИЧЕСКИХ МЕТОДОВ
Геофизические методы применяются при инженерно-геологических изысканиях для промышленного и гражданского строительства сравнительно недавно. Несмотря на незначительный объем этих работ (по данным А. Т. Акимова на долю инженерной геофизики приходится 0,5—2% от общих расходов на изыскания), геофизические методы имеют определенные достижения. Наиболее часто применя
ются методы электроразведки, сейсморазведки, радиоактивные, каротаж скважин.
Основные задачи, решаемые геофизическими методами при изысканиях для промышленного и гражданского строительства и различные модификации геофизических методов, приведены в табл. 58, 59.
Таблица 58
Основные задачи, решаемые геофизическими методами
Инженерно-геологические задачи Геофизические методы
Расчленение геолого-литологического разреза на породы, имеющие различные свойства Выявление полостей, пустот, качественная оценка карстовых, суффозион-ных, оползневых и других физико-геологических процессов, трещиноватых зон Изучение динамики оползневых процессов Оценка гидрогеологических условий и химического состава вод Изучение коррозийных свойств грунтов и выявление блуждающих токов Сейсмическое микрорайонирование Определение физико-механических свойств пород Изучение мерзлотных условий и явлений Выявление погребенных искусственных сооружений — старых фундаментов, траншей и т. п. ' Электроразведка методами ВЭЗ, КВЗ, ЭП, сейсморазведка, пенетра-ционно-каротажные методы То же То же, магнитные и контактные реперы Электроразведка методами ВЭЗ, КВЗ, ЭП, сейсморазведка, резисти-виметрйя, методы введения радиоактивных индикаторов, введение электролитов Электроразведка с применением спецэлектродов Электроразведка, сейсморазведка, сейсмические наблюдения Электроразведка, сейсморазведка, акустические и каротажные методы с поисками корреляционных зависимостей между физическими и механическими свойствами То же, термический каротаж Электроразведка, сейсморазведка, ультразвуковые, акустические методы
Основные трудности при внедрении геофизических методов следующие:
зависимость физических свойств от многих факторов;
наличие электрических и динамических помех вблизи городов и промышленных объектов;
трудности производства работ и отсутствие соответствующей аппаратуры для исследований в зимних условиях при низкой температуре, глубоком снежном покрове и большой глубине промерзания грунтов;
необходимость проведения дополнительных буровых, либо горнопроходческих работ.
Основные геофизические методы и их модификации, применяемые в инженерной геологии
Электроразведка Сейсморазведка Радиоволновые Радиоактивные Комбинирова иные
Вертикальное электрическое зондирование (ВЭЗ) Круговое вертикальное электрическое зондирование (КВЗ) Электропрофилирование (ЭП) Метод заряженного тела (М3) Метод естественного поля (ЕП) Резистивимет-рия Метод отраженных волн (МОВ) Метод преломленных волн (МПВ) Сейсмоакусти-ческие методы Радиоволновое зондирование (РВЗ) Ультразвуковое профилирование Полевые методы Каротаж: нейтронный каротаж (НК); гамма-каротаж (ГК); гамма-гамма-каротаж (ГГК) Применяются в зависимости от инженерногеологических задач
В целом по трестам инженерно-строительных изысканий Госстроя РСФСР ежегодно выполняется геофизических работ на сумму около 1,2 млн. руб.
В ЛенТИСИЗе геофизические работы проводятся специализированным подразделением и составляют около 3—4% от общего объема инженерно-геологических работ. В ряде случаев отмечается весьма эффективное использование геофизических методов: отбивка кровли гранитов в районах, где буровые работы затруднены наличием в толще слабых пород крупных валунов, выявление карстовых зон при изысканиях под промышленные объекты в Ленинградской и Архангельской областях и др.
Экономический эффект от применения геофизических методов достигается за счет уменьшения объемов буровых работ, особенно при изысканиях на ранних стадиях под объекты крупного промышленного строительства.
В зависимости от масштаба исследований рекомендуется соответствующая сетка наблюдений [68].
Большой объем информации, получаемый при геофизических исследованиях, делает целесообразным организацию перфокартного метода учета результатов исследований.
При инженерно-геологической съемке, особенно в районах развития скальных и полускальных трещиноватых пород, важным источником информации для количественной оценки являются электро-116
разведка, сейсморазведка, резистивиметрия, каротаж скважин it другие методы.
В. М. Ивановым [16] рекомендуется состояние пород массива и его прочностные характеристики определять на стадии инженерногеологической съемки по величине скорости распространения продольных упругих волн. По результатам сейсмоакустических ис- Таблица 60
следований выделяются зоны по Сетка точек геофизических величинам коэффициентов тре- исследований [68]
щинной пустотности Л"тр, структурной неоднородности т и ослабления с. В качестве коэффициента структурной неоднородности массива т принято отношение скоростей продольных волн сей- Масштаб исследований Расстояние между профилями, м Расстояние между точками наблюдений, м
1:10000 100-200 50-100
смического Vc к ультразвуково-
му Уу9к диапазону частот: 1:5000 1:1000 100-50 50—10 50-25 20-10
771 = -^- 1:500 20-10 10-5
ГуЗК ’
За коэффициент ослабления с принимается отношение скорости-распространения продольных волн сейсмического диапазона Vc к ультразвуковому диапазону частот в ненарушенном образце
С=Ъ_
Иобр’
Значения коэффициентов, полученных В. М. Ивановым при изучении инженерно-геологических условий , Норильска, приведены, в табл. 61.
Таблица 61
Значения коэффициентов ослабления (по В. М. Иванову [16])
Степень тектонической нарушенности Эффузивно-туфогенный комплекс Терригенный комплекс
*Тр. % т с *тр. % т с
Слабая 2-5 0,85 0,8-0,85 2-5 0,7 0,75—0,85
Повышенная 3-5 0,85—0,9 0,8-0,85 3-5 0,7—0,9 0,75—0,76
Сильная 5-10 0,9—0,95 0,7-0,8 5-10 0,9-0,95 0,65—0,75
Очень сильная >10 >0,95 <0,75 >10 >0,95 <Л,65
В ПНИИИС разработаны способы количественной оценки деформационных и прочностных показателей связных грунтов методами сейсмо акустики. Для определения скоростей распространения продольных Fp и поперечных Fs волн используется серийная аппаратура типа СС-24п, ИПА-59, ИКЛ и др. По значениям Vp и Vs с привлечением данных о плотности грунтов вычисляются модули Юнга
(^упр) и сдвига р, затем употребляемые для оценки модуля деформации Едеф и сцепления с. При исследовании однородных грунтов ограничиваются сейсмическими наблюдениями, при изучении неоднородных пород производятся дополнительные акустические измерения способом прозвучивания монолитов или блоков грунта в шурфах. Предложено два способа оценки модуля деформации.
Первый базируется на теоретической модели упруго-вязкой -среды
F ____ 2т)£'упр
Лдеф— р
2Л+-Еупр у— где т] — вязкость грунта;
Рг — конечная нагрузка на штамп в области линейной зависимости между деформацией и напряжением;
VH — постоянная скорость нагружения (обычно 0,25—0,5 кгс/см2/час).
В точках совместных испытаний грунтов штампом и сейсмоакустикой определяют значение тр
Второй способ основан на поиске корреляционной связи между /?деф и Еупр по результатам парных испытаний [49].
Особенности геофизических работ в закарстованных районах. Специфика геофизических исследований в карстовых районах заключается в том, что помимо обычных задач, решаемых геофизическими исследованиями, особое внимание уделяется изучению погребенных форм карстового рельефа, выявлению зон повышенной трещиноватости, каверн и полостей, а также трещинно-карстовых вод.
Наиболее распространенным методом при исследованиях карста является электроразведка. Необходимо проводить геофизические исследования целенаправленно в зависимости от выявленных форм карстового рельефа, данных бурения скважин и схемы проектируемой застройки. Каждая карстовая форма или отдельные участки интенсивного развития этих форм выявляются на двух-трех электропрофилях, располагаемых вкрест простирания основных карстовых зон. Для предварительных расчетов расстояние между профилями принимается в 20—50 м, реже 100—200 м, шаг измерений на профиле в 10—20 м. Более детально густота точек наблюдений при исследованиях карста назначается в зависимости от диаметра карстовых полостей глубины залегания карстующихся пород h в соответствии с табл. 62.
Особенности геофизических исследований в оползневых районах. Наряду с выполнением задач общих при производстве геофизических работ, основное внимание уделяется установлению глубины и конфигурации ложа оползня (зоны смещения). Наиболее эффективным является применение комплекса электроразведки и сейсморазведки.
Расстояния между створами принимаются в зависимости от сложности геологического строения участка при исследованиях на стадии разработки схемы противооползневых мероприятий от 100 до 500 м.
Величина разносов (АО) несимметричных электроустановок (по И. Г. Минделю)
Метод исследования Густота точек наблюдения, м
Погребенный карст • Открытый карст
Несимметричное двухстороннее (комбинированное) зондирование АО = (8—10) h Сетка наблюдений (2—3 X 0,5—0,2) h В зависимости от предполагаемых размеров-карстовых полостей (1-2 X 0,1—0,2) d
Комбинированное или дипольное профилирование АО = (6-10) h Сетка наблюдений (2-3 X 0,1—0,2) h (1-2 X 0,1-0,2) d
Круговое зондирование Отдельные точки на аномальных участках Отдельные точки на аномальных участках
Определение скорости движения подземных вод в карстовых полостях По отдельным скважинам По отдельным скважинам
Пункты измерений в пределах створов располагаются на расстоянии 25—100 м для ВЭЗ и 10—20 м для электропрофилирования. Длины сейсмических профилей, исследуемых с одной точки, принимаются равными примерно утроенной глубине разведки. Весьма полезно сопровождать бурение скважин каротажными работами.
При изысканиях на стадии технического, либо техно-рабочего проектов дополнительно изучается трещиноватость скальных и полу-скальных пород, гидрогеологические условия с оценкой фильтрующей способности пород, выявление мест утечек воды из искусственных сооружений. По специальной программе могут быть поставлены измерения динамики оползневых смещений. С этой целью наряду с электроразведкой (ВЭЗ, ЭП, КЗ) и сейсморазведкой следует применять методы заряженного тела в различных модификациях, радиоактивные методы исследований, тензометрию, пьезоэлектрические датчики, установку магнитных и контактных реперов и т. д.
Расстояния между геофизическими створами на стадии технорабочего проекта принимаются не более 50—100 м при расстояниях между пунктами наблюдений не более 10—50 м. Предусматривается сгущение точек в сложных местах.
6. ЛАБОРАТОРНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ
Применяемое оборудование. Исследования состава и свойств пород лабораторными методами имеют наибольшее развитие по сравнению с полевыми методами, так как являются более дешевыми, быстрыми
Основное лабораторное оборудование
Наименование прибора Основная характеристика
Исследования состава
Оптические и электронные микроскопы различных конструкций Электронные микроскопы УЭМВ-100В, ЭМ-3, ЭМ-5, ЭМ-7, поляризационный микроскоп МПС, бинокулярный микроскоп МБС-2, микроскоп сравнения МС-1
Полевые и стационарные химические лаборатории Термоприборы МЛАВ, ГХЛ-1 Пирометры ПК-55, ФПК-60, установки ТП-1, ТУ-1М и др.
Наборы сит Механические сита ППГ, сита с размерами отверстий 10; 5; 2; 0,5; 0,25 и 0,1 мм
Пипе и Ареометры Объем пипетки 20, 25 и 100 см3 Ареометры со шкалой 0,995—1,030 и ценой деления 0,001
Гранулометры Конструкции Н. П. Ковалева
Исследования физических свойств
Полевые лаборатории Пикнометры, мерные цилиндры и другая лабораторная посуда Весы аналитические Весы технические Денситометры Влагомеры Термостаты Приборы для определения влажности, удельной и объемной массы ЛИГП-1, ПЛ Л-9 Пикнометры объемом не менее 100 см3 ВЛА-200г-м ВТК-500, ВЛТ-1КГ, ВЛТ-200г, ВЛТ-1КГ ДГП Конструкции Н. П. Ковалева, ЭВП-4м ВШ-0,035м; № 3 Приборы конструкции НИИ оснований с объемом стакана 1000 см3 и давлением в камере 1,5 атм; плотномер- П ТТ а ТАТКАП
Режущие кольца дэЛсдЛ IHuUp Кольца диаметром не менее 50—70 мм
Исследования водно-физических свойств
Приборы для определения коэффициента фильтрации Приборы для определения степени и давления набухания Универсальные трубки ПВ-2, Ф-1м, КФ-01, КФ-00 Конструкции А. М. Васильева, Д. И. Знаменского, ПНГ, ПНЗ-01, РУНВ-1
Приборы для определения липкости Конструкция Охотина, Качинского, УИЛ-2 и др.
Приборы для определения размокания ПРГ-1, ПР и др.
Исследования механияеских свойств
Компрессионные приборы Приборы различной конструкции (ЦНИИС, Гидропроекта, К-1, КП, Д-2 и др.) с площадью поперечного сечения кольца 40 и 60 см2
Наименование прибора Основная характеристика
Сдвиговые приборы Сдвиговый прибор Маслова — Лурье (ГГП-30), приборы ВСВ-1, ВСВ-25 уплотнители ГГП-29м, СПФ, П10-С,
Приборы одноосного сжатия Днепрогипротранса Гидравлический прибор И-130, прибор ИГП-10
Стабилометры Приборы конструкции ЛИИЖТ, СТ-24, ДИИТ, С-1, ДТ-5, М-2, Ф-1 и др.
М икропенетрометры МВ-2
В спомогательн
Станок для нарезки колец из монолитов
Кернорезный станок
Мельница
Бюксооткрыватель
Подвижная каретка с механическим смесителем
Электротрамбовка для получения предельно-плотного сложения песка
Нагреватель колб
Перегонный куб
ое оборудование
Конструкции ЛенТИСИЗ и др.
ДСК-4
Грунтовая мельница МГ-1, измельчитель почвенных проб ИПП-2, шаровая мельница 40 мл
Конструкция ЛенТИСИЗ и др.
То же
Конструкции Виденеева
Нагреватель № 2
ПК-2
и могут проводиться в массовом количестве практически для всех видов пород. Кроме того, лабораторные методы позволяют в большей степени, чем полевые моделировать различные изменения условий эксперимента.
Объем лабораторных исследований в трестах инженерно-строительных изысканий составляет 1,8—2,0 млн. руб. в год, или 8—12% от объема инженерно-геологических работ.
При лабораторных исследованиях применяется самое разнообразное, к сожалению, не стандартизированное оборудование. В табл. 63 приведен перечень основного оборудования, имеющего широкое применение и отдельные приборы новых конструкций.
Весьма удобными в работе являются разработанные и успешна применяемые в ЛенТИСИЗе подвижные каретки с механическим смесителем для отбора пробы при гранулометрическом анализе, станок для нарезки колец из монолитов, а также сдвиговой прибор с полу-автоматизированной передачей сдвигового усилия и записью результатов на электропотенциометре. В настоящее время многими организациями применяются различные системы автоматической записи результатов испытаний, что не только облегчает труд, но и позволяет избежать субъективности в определении измеряемых параметров.
На рис. 19 представлена диаграмма записи результатов сдвиговых испытаний при помощи электропотенциометра.
Лабораторные исследования пород можно условно классифицировать в соответствии с табл. 64.
Исследования вещественного состава и строения пород. Для инженерно-геологической оценки пород широко применяются методы исследования их минерального и химического состава. В последнее время все шире применяются методы структурного анализа, разработанные И. М. Горьковой, А. К. Ларионовым и др. В массовых количествах проводятся анализы гранулометрического состава. Из всех методов исследований состава и строения пород стандартизованы лишь методы лабораторного определения зернового (гранулометрического) состава (ГОСТ 12536—67).
Рис. 19. Диаграмма записи результатов сдвиговых испытаний на электропотенциометре
1 — вертикальная деформация; 2 — сопротивление сдвигу т; 5 —г горизонтальная деформация
Исследования вещественного состава и структурно-текстурных свойств, а также их влияния на физико-механические свойства пород являются сложными самостоятельными вопросами и рассматриваются в специальных работах [31 и др.].
Остановимся на некоторых положениях, имеющих важное практическое значение и недостаточно детально учитываемых требованиями нормативных документов.
Действующими нормативными документами,' к сожалению, не учитываются результаты гранулометрического состава при классификации глинистых пород.
Классификация глинистых пород только по числу пластичности не позволяет учитывать содержание глинистых частиц, так как число пластичности помимо гранулометрического состава зависит от минералогического состава, состава обменных катионов и др. Это приводит к постоянным расхождениям в классифицировании пород разными исследователями и к принижению роли гранулометрического анализа глинистых пород в производственных организациях.
Необходимо учитывать, что гранулометрический состав помимо классификационного значения в ряде случаев необходим для объяснения различий в механических свойствах породы и все механические испытания должны сопровождаться определениями гранулометри-
Ьвды и методы исследований Получаемые показатели
Исследования состав а и строения пород
1. Макроскопическое изучение Цвет, структура, текстура, характер включений, минеральный состав и др.
2. Микроскопическое изучение 3. Изучение химического и минерального состава:
иммерсионный метод Минеральный состав отдельных песчаных фракций и ориентировочный минеральный состав глинистых пород
метод окрашивания Минеральный состав глинистых пород
термический анализ То же
электронная микроскопия » »
химические методы Химический состав, емкость поглощения, состав обменных ионов в глинистых породах
прочие методы (рентгенография, Минеральный состав и строение гли-
электронография и др.) нистых пород
4. Изучение гранулометрического состава:
ситовой метод Гранулометрический состав песчаных и других несвязных пород
метод отмучивания (Сабанина) То же, для пылеватых и глинистых:
пород
метод пипетки Гранулометрический состав глинистых пород
комбинированные методы То же
ареометрический метод » »
5. Изучение структуры и текстуры Структурно-текстурные качественные и количественные оценки, класс грунтов
Исследования физ ических свойств
1. Определение удельной массы: пикнометром с дистиллированной водой пикнометром с неполярными жидкостями, с применением вакуумирования 2. Определение влажности: с удалением влаги: метод термостатной сушки, метод сушки инфракрасными лучами и др. без удаления влаги: электрический, нейтронный, гидростатический и др. методы Удельная масса Для грунтов, не содержащих растворимых веществ Для грунтов с легко растворимыми веществами Общая, гигроскопическая и другие-характерные влажности
Виды и методы исследований Получаемые показатели
3. Определение объемной массы: метод непосредственных измерений метод режущего цилиндра метод гидростатического взвешивания (методы парафинирования, без гидроизолирующей пленки, денситометром и др.) •4. Определение пористости: метод насыщения жидкостью расчетный метод методы определения пористости при наиболее плотном и наиболее рыхлом сложениях 5. Определение пределов пластичности глинистых пород: метод конуса (стандартный, Бойченко и др.) другие методы (Казагранде и др.) метод раскатывания Объемная масса при естественной влажности: на образцах правильной геометрической формы для мягких глинистых пород и песков для образцов неправильной формы, для образцов скальных и полу-скальных пород Пористость, коэффициент пористости Для скальных, полускальных и рыхлых несвязных пород При известных значениях удельной массы и объемной массы скелета Относительная плотность песчаных, максимальная плотность песчаных и глинистых пород Верхний предел пластичности (предел текучести) То же Нижний предел пластичности (предел раскатывания)
Исследования водных свойств
1. Определение липкости 2. Методы исследований водоустойчивости: определение степени и давления набухания определение усадки изучение скорости и характер! размокания размягчаемость определение содержания водорастворимых соединений 3. Методы определения водоудержания определение полной влагоемкости расчетным путем определение водоудерживающей способности определение водоотдачи 4. Определение капиллярных свойств Величина липкости Степень набухания, влажность набухания и давление набухания Линейная усадка, объемная усадка и влажность усадки Показатель для скальных и полускальных пород Полная влагоемкость Гигроскопическая влажность, максимальная молекулярная влагоемкость Коэффициент водоотдачи Высота капиллярного поднятия
Виды и методы исследований
Получаемые показатели
5. Определение водопроницаемости: Коэффициент фильтрации, удельное водопоглощение, коэффициент про-
методы фильтрации для рыхлых ницаемости
несвязных грунтов компрессионно-фильтрационные методы для глинистых грунтов 6. Определение плывунных и тиксотропных свойств Угол естественного откоса под водой для песчаных грунтов, седиментационный объем, скорость и коэффициент тиксотропного упрочнения
Исследования механических свойств
1. Определение деформационных свойств скальных пород:
статические методы определения упругости
динамические методы определения упругости
2. Определение деформационных свойств дисперсных пород:
компрессионные испытания
испытания в приборах трехосного сжатия
испытания в приборах одноосного сжатия
3. Определение прочностных свойств скальных пород:
метод одноосного растяжения
Модуль упругости, коэффициент Пуассона
Коэффициент сжимаемости, модуль деформации, коэффициент консолидации, коэффициент просадочности Коэффициент бокового давления
Модуль общей деформации для глинистых пород
Временное сопротивление пород растяжению, раскалыванию и сжатию
метод раскалывания цилиндров одноосное сжатие
4. Определение прочности дисперсных пород:
испытания в срезных приборах по различным методикам
испытания в приборах трехосного сжатия (стабиллометрах)
испытания в приборах одноосного сжатия
пенетрационные методы
испытания на сдвиг крыльчаткой
Угол внутреннего трения и удельное сцепление (параметр линейности) То же, определение порового давления
Сопротивление сжатию
Сопротивление пенетрации
Сопротивление сдвигу
Специальные виды исследований
Определение теплофиэических свойств, морозоустойчивости, степени разложения торфа и др.
ческого состава. Все анализы должны сопровождаться указаниями о способе подготовки пробы, так как от этого зависит выход глинистых фракций.
В районах Северо-Запада Европейской части СССР, .особенно на Кольском полуострове, в Карелии и частично в Ленинградской области широко развиты крупнообломочные моренные и флювиогляциальные отложения. Гранулометрический состав этих отложений обычно изучают грохочением проб в поле и лабораторным анализом частиц размером менее 2 мм. После получения результатов исследований фракций размером больше и меньше 2 мм их объединяют путем пересчета на 100%. При оценке подобных грунтов, когда количество частиц крупнее 2 мм близко к 25%, следует тщательно анализировать результаты для правильного присвоения номенклатуры. В качестве примера рассмотрим результаты двух анализов, приведенных в табл. 65.
Таблица 65
Результаты гранулометрических анализов
Содержание частиц, %, при размере частиц, мм Наименование по СНиП П-Б-1-62
Болес 10 10-2] 2—0,5 0,5—0,25 0.25—0,1 Менее 0,1
4 19 15 И 24 27 Песок пылеватый
5 22 16 12 24 21 Песок гравелистый
Легко заметить, что эти два анализа практически не различаются между собой, однако по формальным признакам они относятся к совершенно различным породам и должны быть по разному оценены.
Исследования физических свойств. Исследования физических свойств, как правило, не вызывают особых затруднений. Определения удельной массы приводится в соответствии с ГОСТ 5181—64, влажности по ГОСТ 5179—64, гигроскопической влажности по ГОСТ 5180—64, объемной массы по ГОСТ 5182—64, границы раскатывания по ГОСТ 5183—64, границы текучести по ГОСТ 5184—64*. Остальные показатели получают расчетным способом. Удобно пользоваться таблицей зависимостей показателей свойств пород (табл. 66), позволяющей получать показатели тех или иных свойств расчетным путем.
Так же, как и при анализе гранулометрического состава, необходимо определять физические свойства крупнообломочных пород
* В настоящее время ведется разработка новых ГОСТ. Нами под удельной массой и объемной массой принимаются понятия, отвечающие соответственно удельному весу и объемному весу.
Зависимость показателей свойств пород
127
Показатели
Обозначения Удельная масса v4 Объемная масса 7о Объемная масса скелета -^ск Пористость г П Коэффициент пористости е Влажность W Полная влагоемкость W **ПОЛ
Уо Уск Уск Уск (1 +в) g-B Е
Уч (Т+Ичи-п) 1 — га 1 —га W РРпол
Уо Тч(1—п)(1+Ю Уск (1 + Ю Т,(1-п)(1 + Ю Уч (1 +PF) g-n(l + W) га (1'4“ И^пол)
1 4-е IV РГпол
Yck Уч(1—п) Уо 9 уч(1 — га) Уч Уо га
1 + И7 14-е 14-W И7пол
Уч Уск 1 —Уо - Уч ~ Уск Е I —Vo И7пол Уч
п Уч Уо(1+^) Уч 14-е Ycd-m 1 пол Уч
Уч — Уск Уч(1 + ^) Уч-Уск га Y,(14-1F) Yo Wпол Уч
& Уск Yo 1 Уск 1 —га
W —Го 1 Уч(1 —га) Уо ~ У СК Уск Уо — Уск Уск —Ь t уч(1—га) Уо(1 + е) t Уч — —
И'пол Е га га га е
Уо-п Уск (1 —га) уч Уч
с учетом мелкозема и крупных включений. А. И. Шеко [40] определяет влажность мелкозема (Жм) по формуле
w _ 100ТГл-6^к
н 100 — 6 ’
где Wjj — влажность лабораторного образца;
И/к — средневзвешенная влажность частиц > 2 мм в лабораторном образце;
b — содержание частиц > 2 мм в том же лабораторном образце.
По влажности мелкозема оценивается консистенция породы. Е. Ф. Винокуров [10] предлагает определять объемную массу моренных отложений по формуле
v ___ Р1а1^2Ч~ ?2а2^1
Yo У1У2
где р2 — масса навески соответственно мелкозема и включений естественной влажности;
V2 — объемы мелкозема и включений;
«1, а2 — процентное содержание мелкозема и включений в долях единицы.
А. А. Каган [21] оценивает объемную массу скелета с учетом крупных включений по формулам
«и _ * УчУск м
04 РкУък м + РмУч
« У СК к
где уч — удельная масса крупных включений;
Теки» Теки — объемные массы скелета мелкозема и крупных включений;
Рк> Рм — содержание крупных обломков и мелкозема.
Формула (1) применяется, если объем мелкозема в единице объема породы больше объема пор между крупными включениями пк, формула (2) — если объем крупных включений превышает объем мелкозема. При равенстве этих объемов справедливы обе формулы
(1)
(2)
_1_____
Тск м * к Тск к
пк
Уск । п у-----Гп«
I СК м
Если рк, полученное при анализе данной породы, меньше расчетного по формуле (3), то для вычисления следует принимать формулу (1), в противном случае формулу (2). Если рл равно вычислен-
Рк
(3)
Рк — 1 Рк —
(4)
ному по формуле (3), то для нахождения объемной массы скелета смеси можно принимать любую формулу.
Одним из наиболее важных определений является определение естественной влажности. ГОСТ 5179—64 не устанавливает ограничений в разнице значений параллельных определений и рекомендует за величину влажности образца принимать среднее арифметическое результатов параллельных определений. В ряде случаев (моренные ленточные отложения, насыпные грунты и др.) имеет место значительный разброс значений естественной влажности.
При полном анализе физико-механических свойств для одного монолита получают ряд значений естественной влажности: по навеске, для определения физических свойств, по грунту из компрессионного кольца, по плоскости сдвига и т. д. По некоторым данным относительная точность определения естественной влажности не превышает 0,5—2,0%.
В. Д. Ломтадзе [32] считает допустимым расхождение между параллельными определениями влажности в 2%.
Ошибки при параллельных определениях естественной влажности (за исключением грубых) можно классифицировать как случайные ошибки, вызванные погрешностями взвешивания (инструментальные ошибки), погрешностями степени высушивания (ошибки изменения объекта измерений) и погрешностями наблюдателя (субъективные и расчетные ошибки).
С целью выявления и анализа ошибок определения естественной влажности или оценки однородности результатов, не связанных с естественной изменчивостью пород в массиве, в лаборатории ЛенТИСИЗ были сделаны определения влажности паст. Серии опытов выполнялись одним (серии 3, 4, 5 и 6) и несколькими (серии 1, 2) лаборантами. Результаты опытов хорошо описываются нормальным законом распределения (табл. 67).
Таблица 67
Результаты определения естественной влажности
Характеристика Номера серий'
1 2 3 4 5 6
Количество определений 20 19 21 19 18 23
Минимальные значения 17,6 12,2 32,3 46,4 34,7 48,4
Максимальные значения 19,0 13,4 33,3 48,0 35,7 49,5
Средние значения 18,0 13,0 32,5 47,4 35,2 48,8
Средние квадратические погрешности s . 0,45 0,39 0,33 0,42 0,28 0,35
Коэффициенты изменчивости и, % ... 2,5 3,0 1,0 0,9 0,8 0,7
Зависимость коэффициента изменчивости от величины средней влажности в интервале от 10 до 35% выражается линейной зависп-
мостью: v = 4,25—0,1 РУ, так как v = s/Hz-100%, то средняя квадратическая погрешность составит
, 4.25Ж — 0,1^2
“ 100
Оценку сходимости результатов параллельных определений можно проводить, задаваясь коэффициентом изменчивости р, либо средней квадратической погрешностью s, полученными по представительным опытным данным.
Из теории ошибок известно, что максимальная погрешность разности двух средних результатов е0 равна
e«=3/f+4-
Принимая sx = s2 = s и nr = п2 = 1, имеем
е0 «= 3 j/^s 4s.
При проверке двух параллельных определений принимается критерий | — W2 | < 4s, что соответствует доверительной веро-
ятности 0,95. При проверке годности результатов трех и более определений критерий | PFmax — W |; | W — И7^ | < 3s, что соответствует доверительной вероятности 0,997 при числе параллельных определений 3—6. Если какое-либо из крайних значений (PFmax или ^min) ПРИ разности со средним значением даст величину >3s, это значение отбрасывается, вычисляется новое среднее значение и проводится повторная проверка по критерию 3s.
Примеры.
1. По результатам двух определений влажности получены значения: И7! = 21,7% и W2 — 23,6%. Среднее значение W = 22,6%.
4,25 • 22,6—0,1 (22,6)2 , п /к
s= *----------100--------±О’45-
W2 — W1 = 23,6—21,7 = 1,9%, так как 1,9 >0,45 X 4, то эти определения не могут быть рассмотрены как параллельные.
2. При двух совместных определениях получены значения: W1 = 22,0%, W2 = 23,4%, W = 22,7%, s = ±0,45, W2-W1== = 1,4. Так как 1,4 <0,45 X 4, то определения могут быть приняты как параллельные.
3. Из одного монолита получены следующие значения естественной влажности: по грунту из кольца для компрессионных испытаний 32,4%, из навески, по которой определялась пластичность, 34,1 и 33,1%, из трех образцов, по которым проводились сдвиговые испытания (до уплотнения и производства сдвига), 31,8; 32,7 и 33,3%. Составим упорядоченный ряд: 31,8; 32,4; 32,7; 33,1; 33,3; 34,1 %, W = 32,9%.
s = _ 4,25*32.9 — 0.1(32,9)2 = + ,
w- JVmln = 32,9-31,8 = 1,1%; Жтах - W = 34,1-32,9 - 1,2%. Так как 1,2 >>0,31 X 3, то значение 34,1% следует отбросить.
Из оставшихся 5 значений новое среднее W =32,7%, W — - ^mln = 32,7-31,8 = 0,9%; Жтах - W = 33,3-32,7 = 0,6%.
Так как 0,9 <0,31 X 3, то все оставшиеся пять значений можно рассматривать как параллельные со средним значением 32,7%.
Таким образом, усреднением результатов будет достигнут учет погрешностей измерений, получаемых в лаборатории. Оценка изменчивости естественной влажности выделенного слоя (инженерно-геологического элемента), зависящая от неоднородности породы, проводится методами математической статистики, например с учетом критерия Грэббса, принимая оценку среднего квадратического отклонения по фактически наблюдаемым усредненным значениям естественной влажности отобранных монолитов. Значения v и s могут корректироваться в зависимости от накопления экспериментального материала для различных значений естественной влажности. Проверочные вычисления сводятся к минимуму построением таблиц готовых значений v и 3s для различных W.
Исследования механических свойств дисперсных пород. Исследования механических свойств пород являются наиболее сложными, так как результаты исследований весьма существенно зависят от характера и состояния породы, принятой методики, применяемых приборов и т. п.
Компрессионные испытания. Этот метод определения деформационных свойств является наиболее распространенным. Рекомендуется проводить компрессионные испытания в приборах с кольцами, имеющими площадь не менее 40 см2 и высоту не менее 2 см.
Схема компрессионного испытания назначается в зависимости от вида грунта, его состояния, целей и задач исследования (табл. 68).
Таблица 68
Схемы компрессионных испытаний
По характеру сложения грунта По характеру водной среды По условиям водонасыщения до опыта По характеру приложения нагрузок
1. Испытания образцов ненарушенной структуры (монолиты) 1. Испытания без заливки водой (с сохранением естественной влажности) 1. В условиях неизменного объема (под арретиром) 1. С измерением деформации при каждой ступени
2. Испытания образцов нарушенной структуры (пасты, смеси и т. д.) 2. Испытания с заливкой водой: а) природной; б) водопроводной; в) дистиллированной; г) специальными растворами 2. В условиях ограниченного набухания 3. В условиях свободного набухания 2. То же, и измерение деформаций на ступенях разгрузки
Очень важно помимо схемы испытаний правильно выбрать нагрузки. Примерные величины и ступени нагрузок приведены в табл. 69.
Рекомендуемые ступени нагрузок
Таблица 69
Вид и состояние грунтов Величина начальных ступеней нагрузок, кгс/см2 Нагрузки свыше начального интервала, кгс/см2
Глинистые грунты текучей и текучепластичной консистенции То же, мягкопластичной и тугопластичной консистенции То же, полутвердой и твердой консистенции По 0,05—0,1 в интервале до 0,5 По 0,25—0,5 в интервале до 1,0 0,5-1,0 0,5; 0,75; 1,0; 1,5; 2,0 1,0; 1,5; 3,0; 4,0; 6,0 1,0; 2,0; 3,0; 5,0; 6,0
Примечание. При назначении ступеней и величин нагрузок необходимо учитывать величины бытового давления и предполагаемой нагрузки от сооружения. Возможно проведение испытаний с исключением одной-двух промежуточных нагрузок.
В настоящее время наиболее принятой формой выражения результатов компрессионных испытаний является график зависимости изменений коэффициентов пористости от давления.
Исследования прочностных свойств. Наиболее распространенными являются исследования методом одноплоскостного сдвига (среза). Результаты испытаний зависят от принятой методической схемы, зависящей от состава и состояния породы с учетом их возможного изменения при эксплуатации сооружений, и характера работы основания проектируемого сооружения с учетом схемы приложения проектных нагрузок на основание.
Вопрос выбора схемы испытаний является одним из сложных и окончательно не решенных. В практике пользуются различными ведомственными указаниями и рекомендациями (Гидропроект, 1964 г.; ЦТИСИЗ, 1966 г.; Главпромстройпроект, 1968 г. и др.).
В табл. 70 приведены существующие схемы испытаний на сдвиг. Каждому из факторов присвоен цифровой код, что позволяет получить индекс любой схемы по трем ведущим факторам. Цифровой код удобен при необходимости расчетов на ЭЦВМ с выделением результатов по схемам сдвига.
В табл. 71 приведены рекомендации по применению схем сдвиговых испытаний.
Р. Э. Дашко и А. А. Каган [13] связывают методику проведения сдвиговых испытаний с нагрузкой начала сжатия, определяемой по результатам компрессионных испытаний в зависимости от нагрузки сооружения. Если нагрузка начала сжатия больше или равна нагрузке от сооружения, то выбор методики сдвига зависит от возможности набухания грунта. При отсутствии возможности набухания рекомендуется проводить сдвиг без предварительного уплотне-
Схемы испытаний на сдвиг
По времени приложения сдвигающей нагрузки
н о X
По характеру приложения сдвигающей нагрузки
По предварительной подготовке образцов
1
2
3
4
5
Быстрый сдвиг производится в течение 30—60 с с момента приложения нормальной нагрузки
Ускоренный сдвиг производится в течение 5—6 мин либо до момента перемещения подвижной обоймы на 5 мм
Замедленный сдвиг производится в течение 20—40 мин
Медленный сдвиг производится со скоростью 0,01 мм/мин в соответствии с ГОСТ 12248—66
Длительный сдвиг, применяется как специальная схема исследований для изучения реологических свойств пород
1 Каждая ступень сдвигающей нагрузки прикладывается непрерывно, плотность и влажность в плоскости сдвига практически не меняется (неконсолидирован-но-нёдренированный сдвиг по закрытой системе)
2 Каждая ступень сдвигающей нагрузки прикладывается ступенями после полной (либо условной) стабилизации деформации от предыдущей ступени сдвигающего усилия (консолидирован-но-дренированный сдвиг по открытой схеме)
1
2
3
4
5
6
7
8
Без предварительной подготовки (в естественном состоянии)
С дополнительным насыщением водой с сохранением естественной плотности
С ограниченным набуханием грунта
С возможностью свободного набухания
С предварительным уплотнением (или набуханием) под одной нагрузкой при полном водо-насыщении
С предварительным уплотнением при полном насыщении водой до полной консолидации под нагрузками, действующими при сдвиге
С нарушением естественной структуры (с заданной влажностью — п л отностью)
Специальные способы
Рекомендации по применению схем испытаний на сдвиг глинистых пород (по различным ведомственным материалам с дополнениями и изменениями)
Цифровой код Наименование схемы испытаний Рекомендуемая область применения
по грунтам по особенностям проектируемых сооружений
111 Быстрый сдвиг без подготовки предварительной Илы, супеси, суглинки и глины текучепластичной и текучей консистенции, не выдавливающиеся в зазор срезывателя К концу строительства не ожидается полной консолидации грунтов основания, возможно быстрое загружение основания: крупнопанельное строительство, скоростная отсыпка насыпи, нефтебаки, злеваторы, силосы и т. д., отсутствует внешняя пригрузка: выемки, карьеры и т. д.
211 Ускоренный сдвиг без подготовки предварительной Глинистые грунты с естественной влажностью в пределах Wp< W< Wp+0,25Wn, когда по результатам ускоренного сдвига получаются более низкие значения прочностных показателей, чем при быстром сдвиге То же, и для других случаев при изысканиях на ранних стадиях для предварительной оценки прочности грунтов. Для оценки прочностных свойств в начальной стадии строительства
213 Ускоренный сдвиг с ограниченным буханием на- Набухающие грунты Здания и сооружения, нагрузка от которых не превышает давления набухания
214 Ускоренный сдвиг с возможностью бодного набухания сво- Набухающие грунты Оценка прочности грунтов в котлованах и выемках
212 Ускоренный сдвиг с насыщением водой дополнительным Глинистые породы с неполным водона-сыщением, просадочные грунты, когда после полного промачивания конечная влажность превышает Wp на 1—2% Оценка прочности пород в котлованах и откосах, а также для всех случаев схемы быстрого сдвига, если по ускоренному сдвигу получаются более низшие значения показателей прочности. Для зданий и сооружений Уна просадочных грунтах с целью учета снижения
прочности при промачивании
311
321
Замедленный сдвиг без предварительной подготовки
Глинистые породы с полным в о до насыщением, W < Wp, просадочные грунты в естественном состоянии
312,
322
Замедленный сдвиг с дополнительным насыщением водой
Глинистые породы с неполным гводона-сыщением (степень влажности менее 0,8) в случаях, когда их полная влагоемкость близка к влажности на границе раскатывания, просадочные грунты в стадии по-слепросадочных деформаций, если В < 0,5
Здания и сооружения, к Оконцу строительства которых ожидается практически полная консолидация грунтов основания. Нагрузка от сооружения меньше нагрузки начала сжатия грунтов. Не ожидается изменения степени водонасы-щения грунтов основания. В основании сооружений допускаются ограниченные деформации
То же, возможно изменение влажности грунтов основания от естественных или искусственных факторов
315, 325
Замедленный сдвиг с предварительным уплотнением (набуханием) под одной нагрузкой при полном водонасыщении
Глинистые породы с В <0,5, а также в мягкопластичном и текучепластичном состоянии (уплотнение производится малыми нагрузками), выдавливающиеся в зазор срезывателя
421
Медленный сдвиг без предварительной подготовки
Глинистые породы с полным водонасы-щением Либо глинистые породы неводонасыщенные в полутвердом и твердом состояниях, просадочные грунты в естественном состоянии '
Здания и сооружения, нагрузка от которых превышает нагрузку начала сжатия, к концу строительства ожидается полная консолидация грунтов основания
Ответственные здания и сооружения, к концу строительства которых ожидается полная консолидация грунтов основания, допускаются ограниченные деформации при длительной эксплуатации. Здания и сооружения, для которых необходимо учитывать явления ползучести грунтов. Получение эталонных характеристик для сравнения результатов по различным схемам
425
Медленный ’ сДвигТс ’’предварительным уплотнением (или!набуханием) под одной нагрузкой при полном водонасыщении
Тонкодисперсные глинистые породы в различных состояниях
Примечания. 1. Возможны и другие варианта схем, моделирующие работу оснований зданий и сооружений, котлованов, насыпей и др.
2. Подготовка с предварительным уплотнением под нагрузками, действующими при сдвиге, рекомендуется только в особых случаях “ при необходимости учета различной уплотняемости на разных ступенях нормальных давлений.
ния, причем максимальная нормальная нагрузка принимается равной нагрузке от сооружения.
В случае возможности набухания Р. Э. Дашко и А. А. Каган предлагают моделировать две схемы: а) быстрая замена грунта, вынутого из котлована, сооружения и б) возможность свободного набухания породы в котловане.
По первой схеме испытания на сдвиг ведутся по закрытой системе при максимальном давлении, зависящим от массы сооружения, по второй схеме проводится предварительная подготовка образцов в условиях свободного набухания, после чего образцы уплотняются нагрузкой, соответствующей массе сооружения.
Если по результатам компрессионных испытаний известно, что нагрузка начала сжатия меньше нагрузки от массы сооружения, выбор методики зависит от условий фильтрации и технологии строительства сооружения, испытания рекомендуется проводить в стабило-метре [13].
Испытания песчаных грунтов нарушенной структуры производят по методике быстрого или ускоренного сдвига при различных плотностях (объемных массах скелета), устанавливая зависимость сопротивления сдвигу на каждой из ступеней нормальных давлений при различных объемных массах скелета. Оценка прочностных свойств песчаных грунтов производится для значений объемной массы скелета в естественном состоянии.
В настоящее время наиболее часто проводятся сдвиговые испытания при трех-четырех значениях нормальных давлений, равноудаленных по оси абсцисс, величина которых зависит от состояния грунта (например, при р = 0,25; 0,50 и 0,75 кгс/см2; при р = 1, 2. 3 и 4 кгс/см2 и т. д.).
Количество ступеней вертикальных давлений и тем самым количество точек испытаний зависят от возможностей нарезки колец по длине отобранного монолита.
Параметры сдвиговых испытаний вычисляются способом наименьших квадратов п п п
п 2(PiTt) —2T/
tg Ф =--H-------TH---Г2— > (1)
n n n n
2 pl 2Xi — 2Pi 2
C ~ n ' Th \2 ’ (2)
где (p — угол внутреннего трения;
с — удельное сцепление;
т£ — сопротивление сдвигу при нормальном давлении pt\ п — число испытаний.
Когда все значения нормальных давлений равномерно распределены по оси абсцисс с интервалом Ар, р2 = 2рх, р3 = Зрп рп = п п
= где Рх = Ар, тогда при п = 3 2pt = 6Ар, при п = &р\ = п 1 1
= ЮАр, при п = 52р£ = 15Ар и т. д.
Легко заметить, что при трех значениях вертикальных давлений формулы (1) и (2) преобразуются
tgcp =
тз —тх 2Дд ’
4тх т2 — 2тз 3
(3)
(4)
Анализ формул (3) и (4) показывает, что при испытаниях по трем равноудаленным точкам значение т2 не влияет на величину tg ср. Если принять (что должно быть обязательным при правильно поставленных опытах) тх т2 т3, то при т2 = тг
= (5)
а при т2 = т3
с = 4т1~Тз- (6)
сшах — з • \/
Таким образом, не проводя опыта при втором вертикальном
давлении можно предполагать возможную ошибку в вычислении удельного сцепления
Ac = cm„-Cmi„=^4S-. (7)
Максимальное отклонение от среднего значения удельного сцепления будет
Максимальное допустимое отклонение в значении удельного сцепления может быть задано в зависимости от испытываемого грунта, например для слабых грунтов 0,01 кгс/см2, а для прочных глинистых пород 0,05 кгс/см2. Тогда из формулы (8) следует, что при испытаниях слабых грунтов, если т3 — Tj 0,06 кгс/см2, а для плотных грунтов, если т3 — Тх 0,3 кГ/см2, проводить дополнительное испытание при р2 для получения значения с не имеет смысла, а по формуле (3) т2 на значение tg ср вообще не влияет.
Изложенное позволяет предложить следующую методику испытаний по трем точкам. Вначале находят испытанием значения и т3 и по разности т3 — принимается решение о необходимости проведения испытаний для получения значения т2. Если значение т2 не откорректирует значение удельного сцепления, образец лучше испытать при значении р± >> р > р3.
Результаты испытаний на сдвиг
Ks монолита Глубина, м Na опыта р, кгс/см* т, кгс/см* Объемная масса до опыта, г/см3 Влажность, % <₽° с, кгс/см*
до опыта 'после опыта
7406 1,6 1 0,0 0,17 1,93 31,6 28,9
2 0,4 0,27 1,95 29,0 28,8
3 0,7 0,37 1,97 27,9 25,7 16 ' V 0,17
7407 3,8 4 0,7 0,39 1,94 30,7 29,7
5 1,0 0,57 1,96 27,8 27,1 31 0,00
7410 4,7 6 1,0 0,49 1,93 30,9 31,0
7 1,5 0,80 1,94 30,5 27,4
8 2,0 0,95 1,94 30,8 26,7 24 0,05
7411 1,3 9 2,7 1,75 1,94 22,4 21,1 В плоскости среза включения
10 2,0 0,95 2,00 27,7 27,1
И 1,0 0,64 1,93 21,2 19,3
7413 4,1 12 0,7 0,80 1,98 23,1 22,6 В плоскости среза включения
13 1,5 0,94 2,00 24,7 23,7 1
14 2,7 1,58 2,04 23,5 19,5 В плоскости среза включения
7417 3,5 15 0,4 0,30 1,90 26,2 24,0 1 1
16 2,0 1,40 1,93 23,2 21,6 В плоскости среза включения
17 2,7 1,40 1,98 23,0 21,6 В плоскости среза включения
7418 2,9 , 18 0,7 0,58 2,04 25,0 21,2 Опыт б] >акуется
19 1,0 0,44 1,89 27,9 25,9
20 0,4 0,27 1,92 31,6 29,3 17 0,14
Например, испытывается тугопластичный суглинок. При рг = = 1 кгс/см2 получено = 0,71 кгс/см2, при р3 — 3 кгс/см2 получено т3 = 0,93 кгс/см2. Так как т3 — = 0,22 кгс/см2, то испыта-
ние при р2 = 2 кгс/см2 проводить не следует, лучше оставшееся кольцо испытать при р = 4 кгс/см2. Из формулы (3) tg ср = 0,11; по формулам (5), (6)
em,n=5'°'7172'°'93°0,56 кгс/см»,
Стах = 4Х0-7*~0Л>3 =0,63 КГС/СМ».
Возможная ошибка в определении удельного сцепления составит
Cmax-Cmh, КГС/СМ».
Очень часто испытания на сдвиг дают плохие результаты в силу того, что выбираются либо слишком малые значения р, при которых
давление не передается на плоскость сдвига и получаются заниженные значения tg ср, либо высокие значения выбранных р приводят к выдавливанию грунта в зазор между подвижным и неподвижным кольцом. Желательно проводить испытания при возможно большем диапазоне нормальных давлений, тем более, что линейная зависимость наблюдается не всегда. Целесообразно проводить испытания на сдвиг каждого кольца из отобранных монолитов одного слоя при различных нормальных давлениях независимо от того, из какого монолита вырезано кольцо.
Рис. 20. Испытания на сдвиг с многоточечным приложением нормальных нагрузок
1 — точки, включенные в расчет; 2 — точки, исключенные из расчета
Поясним методику многоточечного приложения нормальных нагрузок на следующем примере.
Отобрано семь монолитов из слоя озерно-ледниковых суглинков, из каждого монолита вырезано по три кольца. Результаты испытаний на сдвиг представлены в табл. 72 и на рис. 20.
В табл. 72 приведены значения <р° и с, которые получались бы, если оценивать каждый монолит в отдельности. По наличию включений в плоскости сдвига и по пониженным значениям влажности в плоскости сдвига выделяются опыты 9, 12, 14, 16 и 17, которые при необходимости могут быть оценены другими углом внутреннего трения и удельным сцеплением. Остальные опыты позволяют получить угол внутреннего трения и удельное сцепление, характерные для выделенного слоя в целом. В нашем примере ср ° = 25°, с = 0,10 кгс/см2. Теснота связи проверяется коэффициентом корреляции г, который в примере равен 0,98.
Методикой предусматривается проведение ряда опытов при р = О с целью сопоставления результатов с величиной удельного сцепления, получаемой расчетным путем. Возможность гибко изменять схему многоточечного приложения нормальных давлений в процессе опыта позволяет целенаправленно следить за ходом испытаний и использовать кольца, вырезанные из разных монолитов для проверки «отскоков».
Предлагаемая методика особенно удобна при испытаниях неоднородных пород (ленточные глины, моренные суглинки и др.), а также пород с повышенной изменчивостью влажности, консистенции и т. д.
Выбор видов и объемов исследований. Необходимый объем лабораторных исследований зависит от стадии изысканий, конструктивной особенности сооружений, геолого-литологического строения участка и изменчивости грунтов. Этот вопрос более подробно рассмотрен в разделе 4 главы I.
Таблица 73
Применение основных показателей физико-механических свойств
Показатели Область применения
Гранулометрический со- Классификация пород, оценка однородности
став пород, качественная оценка плотности сложения и водно-физических свойств, определение группы пород и грунтов для разработки
Удельная масса Вычисление ряда производных показателей, оценка минералогического состава
Объемная масса Расчет бытового давления, нормативного давления, давления на подпорную стенку, объема земляных работ, категории разработки и др.
Естественная влажность Вычисление ряда показателей (показатель консистенции), оценка изменчивости свойств и др.
Пористость, коэффициент Классификация плотности песчаных пород,
пористости расчет уплотняемости, вычисление модуля деформации
Влажность на границе Классификация глинистых пород по числу
текучести и раскатывания пластичности, вычисление показателя консистенции, выбор нормативных характеристик по таблицам СНиП для естественных и свайных оснований
Сопротивление сдвигу Расчет нормативного давления для слоя, подстилающего фундамент; проверка давления на кровле слабого слоя, залегающего в разрезе в пределах активной зоны; расчет фиктивной площади свайного фундамента; расчеты устойчивости сооружений, подпорных стенок и т. д.
Временное сопротивление Расчет нормативного давления для слоя, под-
сжатию стилающего фундамент
Коэффициент сжимаемо- Расчет модуля деформации и просадочных
сти свойств, расчет коэффициента постели (по кривой разгрузки) и др.
Коэффициент фильтрации Расчет системы и параметров водопонижения, оценка агрессивности грунтовых вод к бетону и др.
Рекомендуемые комплексы определений
Комплексы и виды анализов Рекомендуемая область применения Количество определений для одного слоя
А. Полный комплекс ©пределе- Ответственные зда- 20—30 при площад-
ния состава физико-механических ния и сооружения, ных изысканиях, 6—
свойств глинистого грунта йена- для слоя в подошве 10 при изысканиях
рушенной структуры: грануломет- фундаментов. Изуче- в контуре здания или
рический состав, удельная масса, объемная масса, пределы пластичности, влажность, сопротивление сдвигу, компрессионные испытания (либо испытания на стабил-лометре, приборах одноосного сжатия и др.), испытания пене-трацией Б. То же, для песчаных грунтов нарушенной и ненарушенной структуры: гранулометрический состав, удельная масса, объемная масса (естественного сложения в максимально плотном и максимально рыхлом состояниях), коэффициент фильтрации, угол естественного откоса в сухом состоянии и под водой, сопротивление сдвигу с различной плотностью укладки образцов, компрессионные испытания для образцов ненарушенной структуры, либо с заданной плотностью ние региональных свойств грунтов сооружения
То же То же
В. То же, для торфов и затор-фованных грунтов ненарушенной структуры: определение степени разложения, определение содержания органики, удельная масса, объемная масса, влажность, сопротивление сдвигу, компрессионные испытания, определение воднорастворимых соединений То же 30—40 при площадных изысканиях;10— 15 при изысканиях в контуре здания или сооружения
Г. Сокращенный комплекс ис- Для слоя, лежаще- То же, что для А,
следований физико-механических свойств глинистых, песчаных и заторфованных грунтов: исследования состава и физических свойств, перечисленных в комплексах А, Б, В; сопротивление сдвигу, компрессионные испытания го в подошве фундаментов, или для слоя слабых грунтов, залегающих ниже подошвы фундаментов; при необходимости проверки основания по осадке Б, В
Д. Полный комплекс определения физических свойств глинистых грунтов ненарушенной структуры: удельная масса, объемная масса, пределы пластичности, влажность Для всех слоев в пределах активной зоны; при изучении региональных свойств грунтов 10—20
Продолжение табл. 74
Комплексы и виды анализов Рекомендуемая область применения Количество определений для одного слоя,
Е. То же, для песчаных грун- Для всех слоев в 15—20
тов ненарушенной структуры: гранулометрический состав, удельная масса, объемная масса, объемная масса в рыхлом и плотном состоянии, коэффициент фильтрации Ж. То же, для торфов и затор-фованных грунтов: определение содержания органики, удельная масса, влажность, объемная масса, степень разложения торфа, определение содержания водорастворимых солей пределах активной зоны; при изучении региональных свойств грунтов То же 15-20
Примечания. 1. К рекомендуемому комплексу могут назначаться дополнительно отдельные определения, не входящие в комплексы, а также нестандартные определения.
2. Целесообразно, чтобы ведомость-задание на лабораторные работы была построена по выделенным комплексам.
Назначение видов и методики исследований, является весьма сложным и требует квалифицированного рассмотрения требований проектирования оснований. Все показатели физико-механических свойств можно условно подразделить на классификационные, т. е. показатели, определяющие номенклатуру грунта по той или иной классификации, и расчетные, т. е. показатели, входящие в формулы расчета оснований и фундаментов. Под расчетными показателями понимаются гарантированные значения показателей, выделяя нормативные значения, под которыми понимаются средние значения показателей.
В табл. 73 представлены основные рекомендации по области применения основных показателей физико-механических свойств грунтов при проектировании промышленного и гражданского строительства.
Целесообразно выполнять лабораторные исследования комплексно, с тем, чтобы избежать лишнего количества определения одних и недостаточного — других показателей. Например, при определении пластичных свойств глинистого грунта необходимо определять и естественную влажность, чтобы иметь возможность вычислить показатель консистенции. Определение удельной массы целесообразно лишь при наличии образцов ненарушенной структуры для вычислений значений объемной массы, пористости и других производных величин. Гранулометрический состав глинистых грунтов целесообразно определять при исследовании механических свойств и т. д.
С целью унификации набора определений физико-механических свойств рекомендуется предусматривать комплексы определений в соответствии с табл. 74.
Все конечные результаты лабораторных исследований должны быть тщательно проанализированы инженером-геологом и увязаны со схемой выделения инженерно-геологических элементов. Особое внимание уделяется пробам, отобранным на контактах слоев. Большую ценность представляют замечания, сделанные при лабораторных исследованиях по визуальному описанию образцов, нарушенности естественного сложения отобранных монолитов, наличию включений, примазок и т. д.
Результаты по монолитам, отобранным на контактах или имеющих нарушенную структуру, удаляются из выборки.
7. КАМЕРАЛЬНЫЕ РАБОТЫ
Завершающим этапом инженерно-геологических работ является камеральная обработка материалов, полученных при полевых исследованиях. Камеральные работы начинаются, как правило, еще на стадии полевых работ путем составления колонок, схематических профилей, разрезов, рабочих карт, схем и т. д. Н. В. Коломенским [27] достаточно детально рассмотрены вопросы, связанные с составлением инженерно-геологических карт и других отчетных документов.
В настоящем разделе рассматриваются только отдельные положения, имеющие важное значение при камеральной обработке результатов инженерно-геологической разведки и опробования.
Инженерно-геологические колонки и разрезы. Эти графические документы должны содержать геолого-литологическую и инженерногеологическую информацию, достаточно полную и удобную для решения конкретных проектных задач. В ряде случаев (простое геолого-литологическое строение) составление колонок можно заменить подробными послойными описаниями. При составлении колонок и разрезов необходимо соблюдать следующее.
1. Степень обобщения при выделении слоев должна соответствовать принятой схеме выделения инженерно-геологических элементов. Все слои, для которых даются нормативные и расчетные показатели свойств пород, должны быть предварительно выделены на разрезах.
2. Описания и условные обозначения литологических типов, состава, состояния и свойств пород должны быть полностью увязаны с полевыми описаниями и результатами лабораторных и полевых исследований.
3. Колонки и разрезы должны отражать как существующие условия на момент изысканий, так и возможные изменения условий, состояния и свойств пород (например, изменение уровня грунтовых вод, изменение влажности, консистенции, просадочности и т. д.).
4. На колонках и разрезах наносятся как точечные характеристики (места отбора проб и соответствующие этим местам основные показатели физико-механических свойств пород), так и непрерывная и обобщенная информация (графики статического зондирования,
данные каротажных работ, обобщенные показатели физико-механических свойств).
5. Принятые обозначения, номенклатура пород, наименование состояния и т. д. должны соответствовать классификациям тех нормативных документов, по которым будет проводиться проектирование строительства. В этом отношении различаются, например, колонки и разрезы, составляемые для проектирования объектов промышленного и гражданского строительства от колонок и разрезов, составляемых по результатам дорожных изысканий.
0*0 О"О оо о«о оо 0-0
о°о°олоаосотоьо О ороаойо°оно О ООО о|о ООО ооооооооооо 1 73456 789 10 11 ООООООООООО
Лабораторный N | Выработка N | Глубина отбора, м | Объект
Договор О
>10
10-5 5.0-2.0
W
[ата испытаний
0.10-
-0.05
0.05
-Q01
1.0-
-0.5
0.25-
-0,10
Способ подготовки
[05П 0.25
* Дата отбора________________________________________
> ________Гранулометрический состав,*/.; частицы, мм
Метод > анализа
о о о о
ОО«
О О|
Руководитель
ОтО
ОМЭл
венная
Объемная масса, г/см3
В
Погружение конуса.
Естес1о«-..г» влажность
В w о В ? Is
Угол естест венного откоса .1 под сУхоЧводой
у ъ 1_в
текучести
Влажность на границе
полевое описание породы
одноосное сжатие кгс/см2
раскатывания
[СО
I0.01-l0.005d ППП9ПСО
O.OOSfoOOZp0^ п О
Г 0*0 КООоО ПрОСО J н озо °g м о|о о о»о
Лабораторное описание породы:
[Исполнитель;
С О О Ф О О КОО
.ООО
п к дз.сзш *—|'
О О О QCQ о е полевые работы О О О О О о|
О
П О О
Рис. 21. Перфокарта результатов лабораторных исследований (лицевая сторона)
6. Все материалы планово-высотного обоснования, пересечения разрезов и т. д. должны быть тщательно увязаны между собой.
Обработка результатов лабораторных исследований. Результаты лабораторных исследований заносятся либо в паспорт, либо в сводные ведомости. Удобно вписывать результаты полных исследований физико-механических свойств пород на перфокарты (рис. 21, 22), что позволяет обобщать материалы и вести поиск корреляционных связей. На лицевой стороне перфокарты отражаются результаты определения состава и физических свойств. Кодируются следующие признаки: область и район исследований, номер объекта и договора, стратиграфическая и генетическая принадлежность монолита. С целью поиска при обобщении материалов кодируются петрогра-
фический тип грунта (С — скальный, ПС — полускальный, П — песчаный, Г — глинистый и т. д.), вид лабораторного исследования (С — состав, Ф — физические свойства, К — компрессионные испытания и т. д.) и сопутствующие (если это имело место) опытные полевые работы (П — прессиометрия, ДЗ — динамическое зондирование, СЗ — статическое зондирование, Ш — испытания нагрузкой штампов и т. д.). Перфокарта позволяет закодировать и другие дополнительные признаки. Обратная сторона карты заполняется фактическим материалом исследований механических свойств.
Компрессионное испытание
Коэффициент пористости при пориальнаи напряжении
о о о о о о о о о о о о о о о о о о о о о
о о о о о о
^нагр.
^разгр
0.5
1.0
2.0
3.0
4.0
Испытание на срез
Прибор:
Условия опыта:
Водный режим:
кгс/см2 tv——. _ до ПОШ^аР
5.0
6,0
Площадь среза:
Высота кольца:
Р= кгс/см2
w ..
до ’юиеКГ%^
Р= кгс/см2 ИГ . после
и/ до
Предварительное уплотнение
Нагрузки:
Прибор:
Площадь кольца
Высота кольца
Условия опыта
Исполнитель:
Дата:
w,7.
Уск
до опыта
после
_________опыта
Р= кгс/см2
w до
Время:
Р- кгс/см2
Характеристика породы после уплотнения: W* Описание плоскости среза:
W до
нг&2
Р= кгс/см2 ЙГ
до после О
Время сдвига:
Я.
о
О Исполнитель: Дата:
оооооооооооооооооооооооооооооооо
о о о о о о о о о о о о о о о о о о о о о о
о
оооооооооооооооооооооооооооооооооо
о о
о о о
о
О
е
9
О
W
W 7
10СМ кг%мг
о о
о о
Рис. 22. Перфокарта результатов лабораторных исследований (обратная сторона)
Удобна и перфокарта, составленная по результатам химического анализа воды. На лицевой стороне (рис. 23) записываются результаты анализа, на обратной стороне (рис. 24) — оценка агрессивности. Против соответствующей агрессивности делается глубокий вырез. Кодируются также необходимые * вводные данные (область, район, отдел и т. д.).
Традиционная форма составления паспортов неудобна, громоздка, требует графического оформления каждого опыта. Более удобной является принятая в ЛенТИСИЗе форма цифровой записи результатов в сводные ведомости с последующей графической обработкой сводных результатов испытаний. В сводную ведомость заносятся все необходимые сведения, в том числе и условия опытов. В этой ведомости грунты группируются по возрасту (сверху вниз), по генетической и фациальной принадлежности для одновозрастных пород,
о о о о о о о о 0-0 0^0 0*00 0^0 оопасть ОООООООО А Н М П Л К ОООООООО Район О О О О 12 4 1 О О О О О О О о 12 4 7 О О О о О О О О О О О О о\ о о4'
Лаб.Ы Ывыраб. |Ж~М 1 Nlor 1 I . О О О О о о о о о о о о о о о о о о о о о о о о о о о о о о о о о о о о о о о о о о о о о о о о о о о о о о о о о о о о
Дата отбора Дата поступления |дата анализа
Объект: Лентисиз
Элементы химического анализа мг/л МГ-ЭКВ мг-экв 7.
Щелочность гидрокарбонаткая НСОз
0 ? ? ООО Отдел N Щелочность карбонатная СО3”
Хлориды С1“
Сульфат SO*-
О О О О О О О О О О о о о о о о о о о о о о о о о о о о о о о о о о о о о о о о о о Азотистая кислота NOj
Азотная кислота N0|’
Сулслла анионов
Кальций Саг+
Магний Мдг+
Натрий+калий в пересчете на натрий
Аллионий NH4
Железо (Fe3*+ Fe3*) в пересчете на Fe+
Сульлиа катионов
Сулила ионов
Сухой остаток
Жесткость, мг-экв Общая
ВрелленнаЯ
Постоянная
Креллнекислота SiO2
Окисляеллостъ 6 мг 02
Углекислота свободная С02
Углекислота агрессивная С02
Реакция среды pH
Сероводород _ Н23
ООО ООО ООООООООООООООООООО oooooooooooooooopoo о о о о
Рис. 23. Перфокарта результатов химического анализа воды (лицевая сторона)
/ о о о о о о ооооооооооооооо о о 'о О 6 00000000000-0 000000000
ооооооооооо о о ооооооооооо о о
Место взятия пробы |
Условия отбора
Горизонт 1 Интервал
Прозрачность 1 1вет Запах
Оценка агрессивности
I КОД Признаки агрессивности (СН 249-63) Таблица 1 Таблица 3
i 1 сз к Водоем к<рРОм/с^ 1 2 3 Кф. > ли 0.1* See '^J3 Напорн. сооруж. 1 2 3 Прим
41 Выщелочи бающая мг-экв/л(град) 1 1 1
42 Общекислотная рн I г
43 Углекислая €1+504= мг/л Б щелочн.= а= , в= а[Са2*]-ьв+ = 1 1
44 Магнезиальная S04= мг/л
Мд= мг/л
45 Сульфатная, Си» мг/л
S04+= мг/л
46 Аммонийная
47 Щелочная
Инж.-геолог
Аналитик Рук. лаборатории:
ооооооооо ооооооооооооо оооооооооооооооооооооо
Рис. 24. Перфокарта результатов химического анализа воды (обратная сторона)
по литологическим разновидностям согласно принятым классификациям. Для каждой разновидности составляется таблица значений физических свойств (табл. 75), в которой приводится статистическая обработка результатов исследований. Эта таблица монтируется в раздел отчета «Физико-механические свойства грунтов» при описании каждой из выделенных разновидностей.
Таблица 75
Значения физических свойств моренных суглинков
Показатели Размерность Количество определений Значения
от ДО среднее ±s V, %
Удельная масса г/см3 26 2,67 2,73 2,35 2,69 2,19 0,01 0,4
Объемная масса естественно- » 26 2,07 0,06 2,7
го сложения Объемная масса скелета » 26 1,57 2,13 1,93 0,11 5,7
Естественная влажность % 40 8 20 13 2,3 17,7
Коэффициент пористости 26 0,27 0,57 0,38 0,06 15,8
Полная влагоемкость % 26 14 22 15 — —
Влажность на границе теку- % 40 19 35 22 3,1 14,5
чести Влажность на границе раска- % 40 10 22 13 2,3 17,7
тывания Число пластичности 40 7 15 9 1,5 16,8
Показатель консистенции — 40 -0,6 +0,5 0 — —
Потеря при прокаливании % — — — — —•
Дополнительные показатели — — — — — — —
Статистическая обработка проводится по общепринятым правилам и ведомственным руководствам (см., например, «Краткое практическое руководство по обработке результатов лабораторных и полевых исследований физико-механических свойств грунтов методами математической статистики», ВНМД 05—72, Госстрой РСФСР).
После проверки закона распределения, которая проводится при числе определений более 20, производится удаление «отскоков». В качестве критерия для удаления «отскоков» принят критерий отношения максимальной абсолютной разности среднего и крайнего значений к смещенной оценке среднего квадратического отклонения.
т _ Л = тах{д:тах —д:т1п}
SCM SCM
l/" п — 1 s«=s V
где х — среднее значение показателя;
*^тах> #min — соответственно максимальное и минимальное значения показателя;
$ — среднее квадратическое отклонение;
п — число определений показателя.
Вычисленное значение т-критерия сравнивают с предельным значением тпр, найденным по табл. 76 и соответствующим доверительной вероятности 0,99.
Если значение т меньше тпр, то в выборке «отскоков» нет.
При п 20 предельное значение т-критерия принимается равным примерно 3, или условие годности записывается в виде
(l^'max' I**"' 3$,
причем $см принимается равным $, так как при п 20
Вычисление среднеквадратического отклонения можно проводить как по обычной формуле
п~ 1
так и упрощенно, используя величину размаха /?, равного разности максимального и минимального значений
$
где R — размах, к — коэффициент, зависящий от объема выборки и принимаемый по табл. 77.
В качестве примера рассмотрим обработку результатов 18 определений объемной массы моренного суглинка.
Результаты выписаны в вариационный ряд: 1,90; 1,99; 2,02; 2,02; 2,04; 2,05; 2,07; 2,08; 2,08; 2,09; 2,12; 2,13; 2,15; 2,16; 2,18; 2,20; 2,24; 2,25 г/см3. Среднее значение
-3777^2,09 г/см3.
1о
Среднеквадратическое отклонение
- / 2 ~*)2
s= I/ —------------= ±0,087^0,09 г/см8.
F п — 1 ’ '
Среднеквадратическоё отклонение, вычисленное по размаху
2,25 —1,90 0,35 л ллл л iin >Л s
я = —о-п/ = -ЙТ7- = °»096 0,10 г/см3.
3,64 3,64 ’ 1
Проверим, не являются ли крайние значения «отскоками»
Ymax—7= 2,25 — 2,09 = 0,16 г/см3,
Y~-Ymin = 2,09 —1,90 = 0,19 г/см3,
0,19 _ 2 in
Т 0,09
По табл. 76 для п = 18 предельное значение тпр-критерия 2,90; следовательно, в этом ряду «отскоков» нет.
Если бы в приведенном примере при прочих равных условиях было бы максимальное значение объемной массы, например, 2,38 г/см3, то тогда т = (2,38—2,09)/0,09 3,2 и в соответствии с табл. 77 значение 2,38 г/см3 следовало бы отбросить.
Различные приемы отбраковки систематизированы И. С. Комаровым [28] и приведены в форму, удобную для практической работы.
После статической обработки и отбраковки грубых «отскоков» необходимо провести оценку однородности слоя с целью обоснования выделения этого слоя как инженерно-геологического элемента и возможности тем самым дальнейшей характеристики слоя обобщенными прочностными и деформационными показателями. Однородность выделенного слоя рекомендуется проверить по следующим показателям: удельная масса, объемная масса, коэффициент пористости, естественная влажность, влажность на границе текучести и влажность на границе раскатывания. В необходимых случаях проверку можно проводить и для других показателей.
В качестве одного из критериев однородности можно применять коэффициент изменчивости (вариации). Предельные значения коэффициентов изменчивости для показателей пород различных типов не установлены. В качестве первого приближения можно использовать табл. 78, составленную по результатам исследований различных авторов и апробированную для грунтов Северо-Запада СССР.
В качестве критерия однородности удобно принимать критерий Грэббса (см. главу 1, раздел 4).
Для слоя однородного по составу и физическим свойствам проводится совместная обработка результатов испытаний механических свойств.
Значения коэффициента к (по Н. А. Толоконцеву [23])
п 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
0 1,13 1,69 2,06 2,33 2,53 2,70 2,85 2,97
10 3,08 3,17 3,26 3,34 3,41 3,47 3,53 3,59 3,64. 3,69
20 3,73 3,78 3,82 3,86 3,90 3,93 3,96 4,00 4,03 4,06
30 4,09 4,11 4,14 4,16 4,19 4,21 4,24 4,26 4,28 4,30
40 4,32 4,34 4,36 4,38 4,40 4,42 4,43 4,45 4,47 4,48
50 4,50 4,51 4,53 4,54 4,56 4,57 4,59 4,60 4,61 4,63
60 4,64 4,65 4,66 4,68 4,69 4,70 4,71 4,72 4,73 4,74
70 4,75 4,77 4,78 4,79 4,80 4,81 4,82 4,83 4,83 4,84
80 4,85 4,86 4,87 4,88 4,89 4,90 4,91 4,91 4,92 4,93
90 4,94 4,95 4,96 4,96 4,97 4,98 4,99 4,99 5,00 5,01
Таблица 78
Ориентировочные значения коэффициентов изменчивости (вариации)
Показатели Предельные значения коэффициента изменчивости, %
Удельная масса Объемная масса Влажность на границе текучести и раскатывания Естественная влажность и коэффициент пористости .... Механические свойства . . . 1,0 2,0 15,0 15,0 30,0 и более
По результатам сдвиговых испытаний строится график зависимости сопротивлений сдвигу от вертикальных напряжений. Анализируются точки с большим рассеянием. Причиной большого рассеяния могут служить включения, неоднородность грунта в плоскости среза, ошибки при производстве опыта. Явно ошибочные и грубые результаты удаляются из выборки.
Уравнение прямой линии по результатам сдвиговых испытаний устанавливается способом наименьших квадратов, выявляется теснота линейной связи. С этой целью находится коэффициент корреляции г п п п
*2 (ад)—2 ^2xi
При г = 1 между величинами р и т имеет место функциональная линейная зависимость, при г = 0 линейная зависимость отсутствует, при г < 1 для оценки тесноты линейной связи необходимо определить среднее квадратическое отклонение коэффициента корреляции ц по формуле
Если отношение 3, то линейную связь можно считать доказанной. Показателем оценки тесноты линейной связи может служить критерий а = г — Зц. При значениях а = +1 — связь функциональная, а > 0,9 — связь очень тесная, а = 0,9—0,7 — связь тесная, а = 0,7—0,5 — связь слабая, а = 0,5—0,05 — связь очень -слабая, а <0,05 — связь отсутствует.
Если а <0,7, то необходимо путем отброса (либо перевода в другую совокупность) крайних точек добиться получения а 0,7 и для оставшихся точек вычислить tg <р и с. Особое внимание следует обращать на обоснованность отброса низких значений т. В этом случае необходимо рассмотреть возможность построения уравнений сопротивлений сдвигу для двух совокупностей с разными значениями tz, для каждой из которых а 0,7.
При обработке результатов испытаний на сдвиг следует тщательно анализировать влажность в плоскости среза для глинистых грунтов и объемную массу скелета для песчаных. Для слабых глинистых грунтов характерен большой диапазон изменения влажности в плоскости среза. Обработку рекомендуется проводить по известной методике, разработанной Н. Н. Масловым. Для этого строятся графики «сопротивление сдвигу — влажность» для каждого из вертикальных напряжений, после чего точки графика т — W усредняются кривой. С полученных графиков снимаются точки зависимости т = / (р), соответствующие среднему значению естественной влажности и строится усредненный график. Во всех случаях необходимо добиваться соответствия состава и свойств образцов, по которым проводились испытания на сдвиг, составу и свойствам более многочисленных образцов, по которым определялись физические свойства.
Обработка результатов компрессионных испытаний проводится путем составления совмещенного графика. По средним значениям коэффициентов пористости строится усредненная компрессионная кривая, по которой вычисляют средний модуль деформации. Вычисляются минимальное и максимальное значения модулей деформации по отдельным испытаниям. Если значение модуля деформации существенно зависит от различных интервалов давления, строится график либо таблица зависимости значений модуля деформации от интервала нормальных давлений.
Камеральная обработка результатов полевых опытных работ изложена в разделе 4 главы II.
Составление текстовой части отчета. Текстовая часть отчета должна быть кратной, но содержать все исчерпывающие сведения о проделанной работе. При изысканиях для проектирования промышленного и гражданского строительства отчет обычно состоит из следующих разделов: общая часть, геолого-литологические и гидрогеологические условия, физико-геологические явления, физико-механические свойства пород, инженерно-геологические условия строительства и выводы.
В общей части указывается целевое назначение работ, исходя из технического задания проектной организации, состав и объемы основных видов исследований и ответственные исполнители. Обосновывается уменьшение или увеличение объемов работ и другие возможные отклонения от утвержденной программы. Приводится четкая схема увязки отдельных томов отчета, приложений и т. д., обоснование топографо-геодезического обеспечения геологических работ. В сжатой форме дается физико-географический и геоморфологический очерк, сведения по геологическому, тектоническому и стратиграфическому районированию. Очень часто этот раздел перегружается сведениями, не имеющими прямого отношения к целевому назначению работ, однако, полное отсутствие в ряде случаев общей геологической оценки района работ не позволяет правильно оценить инженерно-геологические условия участка строительства.
В разделе геолого-литологические и гидрогеологические условия участка дается подробное описание всех выделяемых горизонтов и слоев в пределах глубины инженерно-геологической разведки. Описывается и подтверждается фактическим материалом состав и состояние пород, глубина залегания и мощности слоев, гидрогеологические условия, фильтрационные свойства пород и химизм подземных вод. Необходимо обращать внимание на то, чтобы описания пород соответствовали принятым классификациям с соответствующими добавлениями к номенклатуре грунтов сведений о цвете,, включениях, примазках и т. д. Это важно не только геологам, но-и проектировщикам, строителям и другим специалистам, принимающим участие в проектировании и производстве земляных работ.
В разделе физико-геологические явления анализируются те> явления, которые развиты на участке проектируемого строительства или могут быть вызваны (или активизированы) предстоящим строительством.
В разделе физико-механические свойства пород следует дать максимально полный анализ состава и физико-механических свойств пород'по результатам лабораторных и опытных полевых исследований. Содержание раздела существенно зависит от стадии работ и характеристики проектируемых сооружений. По каждому из выделенных инженерно-геологических элементов обосновываются нормативные и расчетные показатели свойств пород с учетом возможного изменения этих свойств под влиянием строительства. В разделе даются необходимые графические и табличные приложения,
свертывающие многочисленную информацию в форму, достаточную и удобную для проектирования сооружений.
В разделе инженерно-геологические условия строительства необходимо рассмотреть характеристику отдельных участков с точки зрения оптимальных вариантов строительства нулевого цикла и надежности эксплуатации зданий и сооружений. Выбираются варианты предотвращения и борьбы с неблагоприятными явлениями (оползни, карсты, подтопляемость территории, защита от агрессивного воздействия грунтовых вод и т. д.), оцениваются строительные группы и способы разработки грунтов, а также другие условия, влияющие на методы и стоимость строительства.
В выводах необходимо в конкретизированной форме дать обобщение всей проделанной работе. Выводы должны содержать следующие необходимые сведения:
рекомендации по выбору естественного основания, слоя для опирания острия свай, либо разбор различных вариантов оценки основания на разведанную выработками глубину;
итоговую таблицу нормативных (или расчетных) показателей свойств пород, достаточную для проектирования основания и фундаментов;
строительные группы пород, подлежащих рааработке определенным способом;
защитные мероприятия от воздействия грунтовых вод и оценку агрессивности вод в условиях конкретной фильтрующей среды;
рекомендации по защите и борьбе с неблагоприятными явлениями;
указания о необходимости дополнительных исследований (бурение дополнительных скважин в котловане, испытания пробных свай, осмотр котлованов и выемок и т. д.);
другие дополнительные сведения по методам, времени проведения работ ит. д., которые обязательно должны учитываться при проектировании и строительстве.
Н. В. Коломенский [27] указывает, что выводы в основном предназначаются для проектировщиков и строителей и не должны загромождаться различными доказательствами, которые легко можно найти в других разделах отчета.
Отчет в целом должен быть тщательно считан и сверен с графическими материалами и другими приложениями.
ГЛАВА III
ОСОБЕННОСТИ МЕТОДИКИ
ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИХ РАБОТ ДЛЯ РАЗЛИЧНЫХ ВИДОВ СТРОИТЕЛЬСТВА
1. ПРОМЫШЛЕННОЕ СТРОИТЕЛЬСТВО
Основные требования. Основные задачи инженерно-геологических работ для проектирования промышленного строительства следующие:
инженерно-геологическое обследование территории с целью выявления общих условий строительства;
обеспечение исходными данными для выбора типа основания и конструкции фундаментов под здания, сооружения и оборудование с учетом долговечной и безаварийной работы всех строительных конструкций на эксплуатационный период; '
исследование воздействия на породы динамических нагрузок;
изучение возможного влияния проектируемых сооружений на изменение природной обстановки;
изучение влияния физико-геологических явлений (карст, оползни, просадки и т. д.) на устойчивость зданий, сооружений и инженерных коммуникаций;
выявление гидрогеологических условий и возможного агрессивного воздействия грунтовых вод на конструкции фундаментов, с учетом сезонных изменений уровней и возможного изменения гидрогеологической обстановки после строительства сооружений;
исследование коррозионных свойств пород и грунтовых вод к металлическим конструкциям;
выявление и изучение факторов, влияющих на инженерную подготовку территории;
определение состава и свойств пород для составления проекта земляных работ и оценки группы пород для разработки различными способами;
выявление всех прочих факторов, влияющих на определение сметной стоимости строительства.
В настоящее время проектирование промышленных предприятий ведется, как правило, на следующих стадиях: техно-экономическое обоснование (ТЭО), технический проект и рабочий проект. Иногда для небольших промышленных предприятий проектирование ведется в одну стадию — техно-рабочий проект (технический проект, совмещенный с рабочими чертежами).
Проектированию промышленных предприятий предшествует разработка проекта планировки и застройки промышленных районов либо схемы генерального плана промышленного узла.
В соответствии с «Временной инструкцией по разработке проектов и смет промышленного строительства СН 202—69» (Госстрой СССР, 1970 г.) смета на строительство, являющаяся основным и неизменным документом на весь период строительства, составляется на стадии технического проекта при двухстадийном проектировании или на стадии техно-рабочего проекта при одностадийном проектировании.
В состав технического проекта входит характеристика района и площадки строительства, включая краткое изложение климатических, геологических и гидрогеологических данных. Уточнение размеров, глубины заложения и конструктивных решений фундаментов и подземного хозяйства допускается при привязке типовых проектов зданий и сооружений к местным условиям строительства.
Современное промышленное строительство характеризуется применением разнообразных конструктивных схем зданий и сооружений, глубоких технологических заглублений, возведением высоких дымовых труб, насыщенностью территории инженерными коммуникациями. Все это существенно влияет на изменение природной обстановки и требует тщательного инженерно-геологического анализа взаимовлияния искусственных сооружений и естественных условий. Очень большое значение на уменьшение стоимости строительства имеет всестороннее изучение физико-механических свойств грунтов с учетом конструктивных особенностей сооружений.
Изыскания на стадиях разработки схемы генерального плана промышленного узла и ТЭО. На этих стадиях специальных инженерно-геологических работ, как правило, не проводят; ограничиваются сбором, систематизацией и анализом имеющихся геологических инженерно-геологических, гидрогеологических и других материалов, в первую очередь материалов геологических съемок в масштабах 1 : 50 000—1 : 10 000 и мельче.
Проводится инженерно-геологическая рекогносцировка района строительства. Целью рекогносцировки является общее ознакомление с участком, описание обнажений, проявлений физико-геологических явлений и т. д. Важнейшим моментом рекогносцировки является детальнейшее выявление условий производства изысканий на более поздних стадиях. В период рекогносцировки уточняется категория сложности геологического строения района, проходимость транспорта, намечаются места размещения баз полевых подразделений, условия энергоснабжения, определяется объем вспомогательных работ (прорубка просек, строительство временных дорог, мостов и других сооружений), выявляются условия транспортировки оборудования и материалов железнодорожным, автомобильным, речным и воздушным транспортом.
Рекогносцировочные работы ведутся с использованием имеющихся топографических карт масштабов 1 : 10 000—1 : 100 000,
или (при их отсутствии) по ситуационным планам, аэрофотосъемке и т. д.
В соответствии с требованиями «Временной инструкции по разработке проектов и смет промышленного строительства СН 202—69» изучаются и наносятся контуры залегания полезных ископаемых, подрабатываемые территории, а также закарстованные или оползневые районы, которые, как правило, не должны использоваться для размещения на них предприятий.
Существующими нормами (СН 225—62) на этих стадиях не предусматриваются специальные полевые работы и лишь при недостаточной обнаженности и отсутствии данных о геологическом строении района разрешается проходка одной-двух разведочных выработок на каждом геоморфологическом элементе глубиной не более 30 м.
Рекогносцировочные работы ведутся по маршрутам, измеряются длиной этих маршрутов. Стоимость рекогносцировочных работ зависит от категории сложности, определяемой так же, как и для инженерно-геологических съемок и условий проходимости. По результатам рекогносцировочного обследования, изучения и анализа существующих материалов составляется технический отчет, в котором в краткой форме освещаются:
данные по местоположению района, орогидрографии, климату, рельефу, транспортной сети и т. д.;
критический анализ существующих материалов по геологической, инженерно-геологической и гидрогеологической изученности;
описание геологического строения района, гидрогеологических условий, физико-геологических явлений;
сведения по отрицательным явлениям, влияющим на строительство (оползни, карсты, затапливаемость, наличие полезных ископаемых, подработка территорий и т. д.);
рекомендации по размещению предполагаемых сооружений;
рекомендации по организации и проведению дальнейших изыскательских работ (в том числе сведения о проходимости, энергоснабжении, водоснабжении и т. д.).
К техническому отчету прилагаются: плановый материал с нанесенными маршрутами обследования, старыми или вновь заложенными выработками, обнажениями и т. д.; колонки отдельных выработок, геолого-литологические профили, составленные по старым выработкам, акты обследования площадок, опроса местных жителей и т. д.
По этим материалам дается принципиальная оценка условий строительства, являющаяся инженерно-геологическим обоснованием схемы генерального плана промышленного узла либо ТЭО.
В отдельных особо сложных случаях при отсутствии достаточных геологических материалов может появиться необходимость в проведении инженерно-геологической съемки в масштабах 1 : 200 000— 1 : 10 000. Масштабы съемок зависят от сложности инженерногеологических условий, сложности и ответственности проектируемых сооружений, детальности материалов геологической изученности
района, масштаба имеющейся топографической съемки, срочности проектных работ.
Для стадии схемы генерального плана промышленного узла и ТЭО применяются инженерно-геологические съемки для составления карт среднего масштаба (1 : 50 000—1 : 25 000).
Изыскания на стадии технического проекта, рабочего проекта (двухстадийное проектирование) и техно-рабочего проекта (одностадийное проектирование). До 1969 г. инженерно-геологические изыскания для промышленного строительства подразделялись (в соответствии с СН 225—62) на изыскания для проектного задания и для рабочих чертежей. Предусматривался нарастающий объем работ от инженерно-геологической съемки на стадии проектного задания до бурения скважин в контурах зданий и сооружений, причем некоторые опытные работы (например, стационарные наблюдения за режимом уровней грунтовых вод) могли быть продолжены на период строительства и эксплуатации.
Детальная информация, получаемая при инженерно-геологической разведке в контурах проектируемых сооружений, реализовалась в определенных проектных решениях и, в частности, в 'смете на строительство, которая составлялась на стадии рабочих чертежей.
Подобная система позволяла изучать [инженерно-геологические условия с любой степенью детальности, однако значительно удлиняла сроки проектно-изыскательских работ.
Возможности детальной инженерно-геологической разведки на стадии, когда контуры зданий и сооружений еще окончательно не определены, заключаются в раскрытии и использовании закономерностей формирования инженерно-геологических условий. Эти условия изучаются путем квалифицированного геологического и геоморфологического анализа территории, что позволяет выявить закономерности залегания пород в пространстве и возможные физикогеологические явления. Анализ состава и физико-механических свойств пород, проведенный по образцам, отобранным в соответствии с методиками опробования, позволяет не только выявить закономерности в изменчивости этих свойств, но и прогнозировать сложные прочностные и деформационные свойства по более простым показателям состава и физических свойств. Тем самым имеются все предпосылки для отказа от традиционной схемы изучения показателей, необходимых для проектирования оснований и фундаментов, непосредственно в контурах проектируемых сооружений. В этом случае методикой инженерно-геологической разведки необходимо предусматривать отбор проб и проведение опытных полевых работ на ключевых участках, выявленных по результатам горно-буровых работ, с таким расчетом, чтобы изучить все основные разновидности пород в пределах активной зоны сооружений.
При изысканиях под ответственные здания и сооружения следует предусмотреть дополнительные работы на стадии рабочих чертежей, которые позволяют уточнить размеры, глубины заложения и конструктивные решения фундаментов и принять дополнительные кон
структивные мероприятия, существенно не влияющие на сметную стоимость строительства.
Особое внимание следует обращать на возможность встречи котлованом проектируемого сооружения пород, обладающих большой изменчивостью, либо вообще не имеющих закономерностей условий залегания и изменения физико-механических свойств (насыпные грунты, торф, и т. д.).
Специфика требований к материалам инженерно-геологических изысканий при проектировании промышленных сооружений на стадии рабочего (техно-рабочего) проекта заключается в необходимости обеспечения полной и окончательной инженерно-геологической информацией, достаточной для принятия всех конструктивных решений, выбора методов производства строительных работ и определения их стоимости. Эти требования различаются в зависимости от предполагаемых типов оснований и фундаментов.
Здания и сооружения на естественных основаниях. Инженерно-геологическая разведка должна освещать геологический разрез на глубину всей активной зоны или среды воздействия сооружения на горные породы.
При выборе в качестве основания скальных и полускальных пород необходимо достаточно точно зафиксировать глубину залегания кровли этих пород, которая часто чрезвычайно изменчива. Известные трудности представляет правильное разделение валунов (в том числе и крупных глыб) от кровли массива скальных пород. Это затрудняется тем, что в ряде случаев (например, Кольский полуостров, Карелия и др.) на сильно выветрелой скале залегают моренные отложения с большим содержанием валунов, причем электрические характеристики этих слоев близки, что не позволяет эффективно применять методы геофизики. При этом необходимо предусматривать проходку шурфов, тщательно анализировать ориентировку трещиноватости, условия буримости и т. д. Н. А. Цытови-чем [46] рекомендуется метод, применяемый в Швеции, по которому разделение валунов от сплошной скальной породы проводится путем регистрации звуковых волн, возникающих при бурении.
Во всех случаях следует предусматривать заглубление выработками на всю мощность скальных и полускальных пород, проходимую строительными выемками в технологических целях, или заглубление в скалу на 0,5—1,0 м, если необходимо выявить только положение кровли скальных пород.
Особые требования к инженерно-геологическому изучению скальных пород предъявляются при изысканиях для гидротехнических сооружений. Точно определить величину активной зоны можно лишь на стадии проектных работ, т. е. когда инженерно-геологические работы частично или полностью окончены.
Для определения ориентировочной глубины выработок можно воспользоваться решением Н. А. Цытовича [74] по инженерному методу прогноза осадок
max ha 2h3,
где max h& — глубина активной зоны;
h3 — мощность эквивалентного слоя грунта, определяемая выражением
h3 = Aumb,
где A(Drn — коэффициент эквивалентного слоя, зависящий от отношения сторон площади подошвы фундаментов а = 1/Ь, значения коэффициента относительно боковой деформации Цо и жесткости фундамента, характеризуемой для средней осадки жестких фундаментов коэффициентом сот;
Ь'— ширина фундамента с наибольшей площадью подошвы.
Значения А(от имеются в таблицах ([46], [73] и др.).
Ориентировочную глубину выработок (he) от подошвы заложения фундаментов предлагается принимать по формуле
hb = max 7га-|- 2 = Лсот6 4- 2,
где А(от для отношения 1/Ь принимается равным 1 (минимальная глубина выработок) и 10 и более (максимальная глубина выработок). Рекомендуемая глубина выработок для разных грунтов и разной ширины фундаментов приведена в табл. 79.
Таблица 79
Рекомендуемая ориентировочная глубина выработок от подошвы заложения фундаментов hb, м
Породы, преобладающие в разрезе Ширина фундамента с наибольшей площадью подошвы, м
0,5 1.0 1,5 2,0 2,5 3,0
Твердые и полутвердые глины и суглинки, гравийногалечниковый грунт, плотные пески 3,0-4,5 4,0-7,0 5,0-9,0 6,0-12,0 7,0-14,0 8,0-16,0
Супеси твердые, пески средней плотности 3,0-4.5 4,0-7,0 5,0-9,5 6,0—12,0 7,0-14,5 8,0—17,0
Глины, суглинки и супеси пластичные 3,0-5,0 4,0-8,5 5,5-11.5 7,0-15,0 8,0-18,0 9,0-21,0
Слабые (текучие и разжиженные грунты) 4,0-6,0 5,5-10,0 7,0—14,0 9,0-18,0 10,5—22,0 12-26,0
Для проектирования глубины заложения фундаментов необходимо иметь сведения (по натурным наблюдениям, фондовым, справочным материалам и т. д.) о глубине промерзания грунтов в данной местности.
Для расчетов фундаментов и оснований определяются лабораторными и полевыми методами характеристики состава и физических свойств всех слоев. Экспериментальным путем определяются прочностные показатели слоя, рекомендуемого в качестве естественного основания, и нижележащих слоев, если их прочностные характеристики ниже таковых слоя, залегающего в подошве фундаментов. Прочностные характеристики остальных слоев могут быть приняты по фондовым материалам либо по таблицам нормативных документов.
Деформационные характеристики определяются лабораторными и полевыми исследованиями для всех слоев, когда предусматривается проверка осадки основания зданий и сооружений.
Различные случаи расчетов оснований по предельным состояниям в зависимости от классности проектируемых зданий и сооружений, типа и состояния грунтов и условий их залегания регламентируются СНиП Ц-Б.1-62*.
Здания и сооружения на свайных основаниях. В настоящее время принято считать целесообразным применение для промышленного строительства свайных фундаментов вместо фундаментов на естественном основании при глубине заложения фундаментов более 2,5 м. В общем случае выбор вида фундамента проводится по результатам, технико-экономического сравнения различных вариантов.
Методика инженерно-геологических изысканий должна назначаться исходя йз существующих методов расчета свайных фундаментов, так чтобы материалы изысканий обеспечили решение следующих вопросов:
выбор длины свай, для "чего должен быть определен слой, на который рекомендуется опереть сваи;
испытания пород полевыми и лабораторными методами, достаточные для проектирования несущей способности свай и работы свайного основания в целом;
исследования агрессивного и коррозийного воздействия пород и грунтовых вод на свайный фундамент;
условия погружения свай и производства сваебойных работ.
Объемы исследований при изысканиях для проектирования свайных фундаментов весьма различны в зависимости от инженерно-геологических условий, изученности района, опыта строительства и т. д. Некоторые рекомендации по этому вопросу даны в табл. 80. Необходимо учитывать, что ошибки в оценке свойств грунтов и условий погружения свай приводят к неоправданным увеличениям стоимости и сроков строительства.
Инженерно-геологические исследования должны обеспечить проектирование свай в соответствии с требованиями СНиП Н-Б.5—67* и других нормативных документов.
Сваи-стойки проектируются при опирании забивных свай на скальные и крупнообломочные грунты с песчаным заполнителем, а для свай фундаментов опор мостов, кроме того, в случае опирания и на глинистые грунты твердой консистенции. Для свай-оболочек
Рекомендуемые объемы и состав исследований при изысканиях для свайных фундаментов
Виды работ Стадии проектирования
Технический проект Рабочие чертежи
Буровые Проходка скважин глуби- Дополнительная проходка
работы ной не менее 10 м, при известной длине свай на глубину не менее 5 м ниже концов свай. Количество скважин назначается из расчета не менее двух-трех для каждого здания, сооружения. Скважинами проходятся вы-ветрелая зона скальных и полускальных пород на глубину не менее 1,5 м ниже концов свай, глубины скважин должны обеспечить изучение зоны карстующих пород выработок для зданий и сооружений, в пределах контуров которых отсутствуют выработки с результатами определения физико-механических свойств пород. При нагрузке на куст свай более 300 т проходка дополнительных скважин (не менее 50%) на глубину не менее 10 м ниже концов свай. При заделке свай в скальные породы глубина скважин определяется мощностью выветрелой зоны, но не менее 1,5 м ниже концов свай. В случаях резкой изменчивости кровли скальных пород скважины проходятся по контуру здания или сооружения через 20—30 м
Проходка Изучение состава и условий погружения свай в насыпных
шурфов грунтах, определение количес чений полевыми методами, or и крупнообломочных пород, не менее двух для каждого з ;тва валунов и крупных вклю-[ределение плотности песчаных Количество шурфов из расчета дания или сооружения
Лабораторные Определение номенклатур- Дополнительные анализы
исследования ных показателей, плотности песчаных и консистенции глинистых пород из расчета не менее чем через 1,0 м по длине сваи. Определение прочностных и деформационных свойств пород ниже острия сваи. При больших горизонтальных нагрузках на сваи изучаются прочностные и деформационные свойства верхних слоев. Для оценки возможности тиксотропного упрочнения пород проводится лабораторная пенетрация пород нарушенной структуры. Для проектирования свай-стоек определяется временное сопротивление одноосному сжатию в водонасыщенном состоянии состава и состояния пород по длине сваи из расчета не менее 10 определений для каждого здания и сооружения. Изучение деформационных характеристик слабых пород, прорезаемых сваями (для оценки «негативного» трения), определение прочностных и деформационных характеристик слоев ниже острия свай и угла внутреннего трения слоев выше острия свай при необходимости расчета основания по второму предельному состоянию. Количество характеристик, механических свойств должно быть не менее шести для каждого слоя
Продолжение табл. 80
Виды работ Стадии проектирования
Технический проект Рабочие чертежи
Статическое Дополнительное литологи- Уточнение условий залега-
зондирование ческое расчленение разреза, уточнение кровли плотных пород, определение плотности песчаных и консистенции глинистых пород, оценка несущей способности одиночной сваи. Назначается по три —пять точек статического зондирования для каждого здания и сооружения, из них не менее двух в непосредственной близости от скважин ния пород, их состава и свойств, а также получение характеристик для оценки несущей способности свай. Сопровождение опытов динамических и статических испытаний свай с целью получения корреляционных зависимостей. Выяснение осложнений, возникающих при производстве сваебойных работ
Динамическое зондирование Оценка плотности песчаньп условий погружения свай с пород, количества валунов.
Испытания Производится в исключительных случаях, при необходи-
грунтов статической нагрузкой штампами мости точного учета деформационных свойств слабых пород ниже острия свай
Динамические Проводятся при наличии То же, что и технического
испытания свай сваебойного оборудования у изыскательской организации или при проведении сваебойных работ вблизи исследуемой площадки. Назначается не менее трех испытаний для определения степени неоднородности основания, условий погружения свай и оценки величины несущей способности свай проекта, а также при производстве забивки свай для статических испытаний
Статические Обязательно назначаются : при больших объемах работ
испытания свай (комплекс промышленных зданий и сооружений), при проектировании уникальных зданий и фундаментов под уникальное оборудование, а также при породах, не нормируемых таблицами СНиП, при необходимости учитывать эффект «засасывания» сваи. Как правило, назначаются при сооружении набивных свай и свай-оболочек. Количество статических испытаний должно быть не менее двух для каждого здания или сооружения
и набивных свай условием применения расчета как свай-стоек является опирание на неразрушенный выветриванием скальный грунт.
Расчет свайного фундамента из висячих свай и его основания по второму предельному состоянию (по деформациям) производится как для условного фундамента на естественном основании. Для определения границы условного фундамента необходимо иметь углы
внутреннего трения слоев выше острия свай. Так как в расчет принимается одна четвертая часть значений ср, эту характеристику можно не определять специальными исследованиями, а принимать по табличным и справочным данным, или по аналогии с другими породами, для которых углы внутреннего трения получены исследованиями.
При расчетах свайных оснований коэффициент однородности грунта принимается согласно СНиП П-Б.5—67* равным 0,7 для забивных свай и 0,5 для свай-оболочек и набивных свай. Этот коэффициент может быть уточнен по результатам испытаний свай или по данным статического зондирования.
Исследования Б. И. Далматова и др. [12] показали, что коэффициент однородности для различных групп свай по площадкам строительства в Ленинграде составляет 0,78—0,89.
Некоторые особенности необходимо учитывать при изысканиях для проектирования пирамидальных свай. В этом случае следует определять модуль деформации слоев грунта, окружающих боковую поверхность сваи.
При исследованиях для определения несущей способности свайных фундаментов с учетом совместной работы свай целесообразно проводить испытания свай-штампов, что позволяет определять раздельно полную несущую способность сваи и сопротивление грунта под острием.
Для расчета осадок однорядных и многорядных свайных фундаментов необходимо определять модули деформации всех слоев грунта в пределах длины проектируемой сваи.
При расчете свай необходимо разделение глинистых пород по консистенции, а песчаных пород по крупности. Принято считать глинистые породы по значению показателя консистенции В однородными, если этот показатель с глубиной изменяется менее чем на 0,2 В. Толщина однородных слоев принимается посередине интервалов отбора монолитов (проб).
Основания при динамических нагрузках. Часто при изысканиях для промышленного строительства приходится иметь дело с проектируемыми фундаментами при динамических нагрузках. Это, как правило, фундаменты машин с вращающимися частями, кривошипно-шатунными механизмами, фундаменты кузнечных молотов, копровых бойных установок, формовочных машин, дробилок и мельничных установок, фундаменты прокатного оборудования, металлорежущих станков и др., не соединенные с фундаментами здания.
Изыскания под сооружения, в которых имеются фундаменты под машины с динамическими нагрузками, в принципе не отличаются от изысканий под промышленные сооружения, однако имеются и некоторые особенности. В сложных инженерно-геологических условиях, а также при проектировании новых фундаментов машин в контурах существующего либо реконструируемого сооружения необходимо проводить дополнительное бурение скважин и обследова
ние смежных ^фундаментов существующих зданий и сооружений.
Проектирование оснований и фундаментов машин с динамическими нагрузками производится в соответствии с требованиями СНиП П-Б.7-10 «Фундаменты машин с динамическими нагрузками».
Бурение скважин и проходка шурфов сопровождаются отбором монолитов для определения состава и физико-механических свойств пород на всю глубину активной зоны. Если в основании проектируемых фундаментов залегают слабые породы (торфянистые, илистые и др.) мощностью до 1,5 м, то эти грунты особо не изучаются, так как в соответствии со СНиП П-Б.7—70 слабые грунты в основании фундаментов мощностью до 1,5 м заменяются песчаной подушкой. При большей мощности слабых пород они исследуются для проектирования свайных фундаментов или изучается возможность искусственного укрепления.
Следует тщательно изучать состав и свойства насыпных грунтов, которые часто встречаются в контурах существующих сооружений. Устройство фундаментов на насыпных грунтах, содержащих гумус, древесные опилки, органический мусор и тому подобные примеси, не допускается. Фундаменты машин неударного свойства со средним давлением на грунт менее 0,7 кгс/см2 допускается возводить на насыпных грунтах без искусственного уплотнения, если возраст насыпи из песчаных грунтов составляет не менее двух лет и из глинистых грунтов — не менее пяти лет.
Основные особенности при исследованиях для проектирования фундаментов заключаются в проектировании оснований колеблющихся фундаментов, при котором допускается:
а) не учитывать инерционные свойства оснований;
б) рассматривать основание как линейно-деформируемое идеально упругое тело, свойства которого определяются коэффициентами упругого равномерного и неравномерного сжатия и упругого сдвига.
Для расчетов основания по прочностным характеристикам грунта либо по таблицам СНиП П-Б.1—62 вычисляется нормативное давление 7?н.
Необходимо по результатам испытаний пород определить коэффициент упругого равномерного сжатия сг т/м3, иногда называемого коэффициентом постели. По Н. А. Цытовичу [74] коэффициент упругости основания (коэффициент постели) рассматривается как условная расчетная характеристика упругих свойств грунтов, связывающая удельное давление р и вертикальное упругое перемещение точки г. Упругие деформации грунтов изучаются производством штамповых или компрессионных испытаний с учетом восстанавливающихся (включая и упругие) деформаций, т. е. опыты следует проводить с обязательной разгрузкой штампов и компрессионных приборов.
При отсутствии специальных испытаний по определению упругих свойств грунтов эти характеристики получаются приближенно по
таблице СНиП П-Б.7—70. При статических испытаниях свай также необходимо тщательно замерять упругие деформации при разгрузке свай.
Во время инженерно-геологических исследований под фундаменты, испытывающие динамические нагрузки, особое внимание следует уделять прогнозу возможного изменения свойств пород при вибрации, особенно для песков неплотного сложения и тиксотропных глин. Наиболее опасными являются разжижение мелкозернистых и пылеватых песков рыхлого сложения, при котором может произойти выпор грунта из-под подошвы фундамента (потеря устойчивости) и виброуплотнение, при котором за счет уменьшения пористости песков при вибрации могут происходить значительные осадки фундаментов. Эти свойства пород изучаются лабораторными методами на вибростендах, а также полевыми опытами, например, измерениями деформаций и исследованиями песков при взрывах стандартных зарядов ВВ.
Вопросы поведения пород при динамических нагрузках изучены еще недостаточно и рассматриваются специальным разделом механики грунтов.
В программах исследований необходимо в зависимости от сложности проектируемого объекта и инженерно-геологических условий предусмотреть следующее:
бурение дополнительных скважин в контурах проектируемых фундаментов машин в случае неоднородного геологического строения;
вскрытие шурфами и обследование фундаментов, расположенных вблизи проектируемых источников динамических нагрузок;
производство компрессионных испытаний, штампоопытов или испытаний свай с обязательной разгрузкой ступенями;
изучение состава и прочностных свойств грунтов по обычной методике;
изучение механических (прочностных и деформационных) характеристик лабораторными методами на вибростендах;
исследование возможности разжижения взрывами мелкими зарядами ВВ (применяется в особых случаях).
Сооружения башенного типа. Особенность сооружений башенного типа (дымовые трубы, водонапорные башни, башенные копры шахт ит. д.) заключается в значйтельной высоте (по сравнению с длиной, шириной и диаметром) этих сооружений, возводимых на жестких фундаментах. В контуре проектируемого сооружения башенного типа рекомендуется пробурить не менее трех скважин. Если сооружение башенного типа непосредственно примыкает к другому сооружению (например, дымовая труба и котельная), под которое проходились выработки, то количество скважин при простых условиях можно уменьшить.
Проводятся лабораторные испытания и опытные полевые работы, достаточные для проектирования оснований сооружений. Необходимыми характеристиками для расчета оснований башенных сооружений являются: номенклатурные показатели (гранулометрический
состав для песчаных и крупнообломочных грунтов, число пластичности для глинистых грунтов), удельная масса, объемная масса, естественная влажность, угол внутреннего трения и удельное сцепление для всех видов нескальных грунтов, коэффициент размягчения и растворимости для скальных пород, предел прочности при одноосном сжатии, модуль деформации, коэффициент фильтрации и относительная просадочность для просадочных пород.
При скальном основании глубина проходки разведочных выработок должна быть не менее мощности выветрившегося слоя с заглублением в скальные породы не менее 1 м. Расчет фундаментов и оснований сооружений башенного типа заключается в определении крена сооружения, расчета осадки и определения отпора грунта.
Для определения крена сооружений используют коэффициент сжатия грунта с, зависящий от величины модуля деформации Е, коэффициента Пуассона грунта р, и геометрических параметров фундамента.
В соответствии с «Руководством по расчету оснований башенных копров Донецкого Промстройниипроекта». (Стройиздат, 1969 г.) для предварительных расчетов модуль деформации грунта определяется при компрессионных испытаниях по формуле
где е — коэффициент пористости до сжатия;
а — коэффициент уплотнения;
р, — коэффициент Пуассона грунта;
Р = 1_ 2р«_
r 1 — р
Для обычных пород в случае отсутствия опытных данных пользуются табличными значениями р, либо (3. Для определенных значений р, приведенная формула модуля деформации преобразуется в более удобный вид (табл. 81).
Таблица 81
Приведенные формулы модуля деформации
Порода и Р Модуль деформации
Пески 0,27 0,8 „ 14-е /2,7 \
Супеси 0,30 0,7 £=1xr--o.7(-v+0’2)
Суглинки 0,35 0,5
Глины 0,42 0,4 ^^•ол(^+о,2)
Модуль упругости грунта определяют по формуле
£'у = £'. —,
V У ан ’
где ан — коэффициент набухания, определяемый по ветви разгрузки компрессионной кривой.
При изысканиях на стадии технического проекта для ответственных сооружений башенного типа необходимо определять модуль деформации полевыми нагрузками штампов с обязательной фиксацией упругой деформации при разгрузке штампа.
Основания опор линий электропередачи. Особенностью инженерно-геологических изысканий для линий электропередачи является значительная протяженность линий, что включает в изучение самые различные инженерно-геологические условия в пределах одного объекта строительства.
Эти работы ведутся в соответствии с требованиями «Инструкции по изысканиям трасс воздушных линий электропередачи 35—500 кв. часть II. Инженерно-геологические работы» (М., «Энергия»,- 1964 г.) и являются специализированными изысканиями. Однако в ряде случаев небольшие трассы ЛЭП входят в состав общих изысканий для промышленного и гражданского строительства. Для линий напряжением до 35 кв специальные работы ведутся лишь на сложных в инженерно-геологическом отношении участках. В остальных случаях ограничиваются сбором фондовых материалов и инженерногеологической рекогносцировкой.
Для проектирования ЛЭП напряжением 220 в и выше изыскания проводятся, как правило, в две стадии.
На стадии технического проекта проводится камеральное трассирование ЛЭП на основе имеющихся фондовых материалов. Полевые работы выполняются бурением и шурфованием с учетом сложности инженерно-геологических условий из расчета одной выработки на 3—5 км трассы. Основным материалом на стадии технического проекта является инженерно-геологическая карта среза на глубине заложения опор (— 2,5—3 м) масштаба 1 : 50 000—1 : 100 000.
На стадии рабочего проекта проводится бурение под отдельные опоры, угловые и инженерные опоры, в местах сложных пересечений и на участках с развитием неблагоприятных инженерно-геологических условий (карстовые и оползневые участки, заторфованные территории и т. д.). Основным материалом на этой стадии служит инженерно-геологический разрез по оси трассы масштаба 1 : 5000.
Специфика расчета оснований фундаментов опор ЛЭП, заключающаяся в необходимости учета закрепления опор в грунте (метод расчета заделок опор по устойчивости и деформации), предъявляет ряд требований к определению физико-механических свойств грунтов.
При расчете основания закрепления необходимо учитывать физико-механические свойства почво-растительного слоя при его мощности более 0,3 м. Если лабораторные исследования физико-механических свойств почвенно-растительного слоя отсутствуют, то
рекомендуется расчетные характеристики этого слоя получать по соответствующим характеристикам подстилающего слоя с введением понижающих коэффициентов от 0,7 до 1,0. Для расчетов обратной засыпки и насыпей банкеток рекомендуется принимать характеристики глинистых грунтов с учетом понижающих коэффициентов; на объемную массу 0,8, на удельное сцепление 0,5. Песчаные грунты в этом случае учитываются по состоянию средней плотности [9].
При оценке оснований для ЛЭП к слабым породам относятся: торфяные грунты, мелкие и пылеватые водонасыщенные пески, глинистые грунты с коэффициентами пористости для супесей >>0,7, для суглинков >> 0,9 и для глин >>1,1, илы, насыпные грунты.
Особые трудности для заделки опор представляют скальные породы, которые подразделяются на скальные основания, допускающие непосредственную заделку в них анкерных болтов (прочная неразборная скала) и прочие скальные основания, требующие устройства фундаментов.
Основным показателем при изучении скальных пород принимается коэффициент трещинной пустотности Ктр — отношение площади трещин к площади породы, выраженное в процентах.
В соответствии с классификацией Гидроэнергопроекта (1957 г.) выделяются:
1) слабая трещиноватость (Ятр = 2%): волосные и тонкие трещины шириной менее 1 мм, единичные трещины шириной 2 мм;
2) средняя трещиноватость (KVJ) = 2—5%): тонкие трещины шириной до 1 мм составляют 50% общего количества, имеются мелкие трещины шириной 2—5 мм и средние трещины шириной 5—20 мм;
3) сильная трещиноватость (Атр = 5—10%): наряду с мелкими трещинами присутствуют и крупные шириной 20—100 мм в количестве 10—20%;
4) очень сильная трещиноватость (А"тр = 10—20%): наряду с мелкими трещинами присутствуют крупные и очень крупные трещины шириной 20—100 мм и более.
Особо сложными случаями являются подстилания слабых отложений скальными породами (некоторые районы Ленинградской и Мурманской областей, Карельская АССР и др.).
Необходимо уделять внимание выявлению пучинистых грунтов, так как фундаменты опор относятся к малонагруженным фундаментам. Исследования пучинистых грунтов следует проводить с учетом «Указаний по проектированию и строительству малонагруженных фундаментов на пучинистых грунтах» (НИИОПС, Госстройиздат, 1963 г.). Степень пучинистости определяется в зависимости от гранулометрического состава, природной влажности, уровня грунтовых вод и глубины промерзания грунтов (табл. 82).
Изыскания под фундаменты опор ЛЭП на просадочных грунтах принципиально не отличаются от изысканий для оснований промышленных зданий и сооружений. Особое внимание следует уделять инженерно-геологическим явлениям (подмыв берегов, меандрирова-ние, пойменные процессы и др.) и гидрологическим факторам при
Таблица 82
Подразделение грунтов по степени морозной пучипистости
Степень пу-чинистости Состав грунтов Соотношение уровня грунтовых вод и глубины промерзания
Сильнову- Пылеватые супеси, Воды в зоне промерзания или уровень
чинистые суглинки и глины пластичной конси- стенции вод ниже нормативной глубины промерзания в супесях не более чем на 0;5 м, в суглинках и глинах не более чем на 1 м
Среднепу- Пески пылеватые, Уровень грунтовых вод превышает нор-
чинистые супеси, суглинки и глины мативную глубину промерзания в пылеватых песках не более чем на 0,6 м, в супесях не более чем на 1 м, в суглинках не более чем на 1,5 м и в глинах не более чем на 2 м
Слабопучи- Пески мелкие и пы- Уровень грунтовых вод превышает нор-
нистые леватые, супеси, суглинки и глины тугопластичной консистенции, крупнообломочные грунты с пылевато-глинистым заполнителем мативную глубину промерзания в пылеватых и мелкозернистых песках не более чем на 1,5 м, в суглинках с 12 не более чем на 2 м, в суглинках с Wn Г> 12 не более чем на 2,5 м и глинах с Wn 28 не более чем на 3 м
изысканиях в районах пойм, особенно для фундаментов опор больших переходов.
В соответствии с требованиями СНиП П-И.9—62 необходимо, чтобы в техническом задании были указания, к какому типу (нормальному или специальному) относятся проектируемые ©поры и фундаменты.
Программой работ предусматривается детальное изучение состава и свойств грунтов не только ниже, но и выше подошвы фундаментов, так как при проектировании решается вопрос о возможности использования водонасыщенных пылеватых песков, текуче-пластичных и текучих глин и суглинков, текучих супесей, а также заторфован-ных, илистых и других слабых грунтов как материала для обратной засыпки с целью обеспечения необходимой устойчивости фундамента опоры при вырывании и опрокидывании.
Для нормальных опор и грунтов основания, физические характеристики которых укладываются в показатели табл. 13 СНиП П-Б.1—62 исследования углов внутреннего трения, удельного сцепления и модулей деформации можно не производить, для специальных опор и фундаментов прочностные характеристики определяются на основании полевых и лабораторных исследований.
Земляные сооружения и выемки. При изысканиях для промышленного строительства в общий комплекс работ или по отдельному заданию часто включаются инженерно-геологические работы по обеспечению проектирования земляных сооружений. Эти работы проводятся в соответствии с требованиями СНиП Ш-Б.1—71. Объемы работ устанавливаются в соответствии с табл. 83.
Объемы инженерно-геологических работ для проектирования земляных сооружений и выемок
Проектируемые сооружения Сетка скважин, м Глубина выработок, м Состав лабораторных исследований
Земляные со- 200 X 200 Не менее чем Гранулометрический состав,
оружения, выемки, грунтовые карьеры и менее на 2 м ниже подошвы котлованов или других земляных сооружений удельная масса, объемная масса, влажность, пределы пластичности, коэффициент фильтрации. Минералогический состав, содержание растительных остатков и гумуса
То же, при производстве работ гидромеханизацией 100 X 100, 50 X 50, 25 X 25 (в зависимости от условий залегания грунтов) То же Степень засоленности. Размока-емость, набухание, усадка (в необходимых случаях). Временное сопротивление сжатию и трещиноватости (для скальных пород). Максимальная плотность и оптимальная влажность (при необходимости уплотнения грунтов). Угол внутреннего трения и удельное сцепление (при расчетах на устойчивость)
Специальными исследованиями необходимо установить степень засоренности грунта топляками, корнями деревьев и пр., а также категорию грунта по трудности разработки в зависимости от проектируемых способов разработки. Уделяется внимание прогнозу возможного влияния земляных сооружений и выемок на активизацию физико-геологических явлений, изучаются инженерно-геологические условия для последующей ликвидации временных сооружений, выемок и грунтовых карьеров.
2. ЖИЛИЩНО-ГРАЖДАНСКОЕ СТРОИТЕЛЬСТВО
Основные требования. Проектирование жилищно-гражданского строительства осуществляется в соответствии с требованиями «Временной инструкции по разработке проектов и смет для жилищно-гражданского строительства» (СН 401—69) в две стадии — технический проект и рабочие чертежи и в одну стадию — техно-рабочий проект (технический проект, совмещенный с рабочими чертежами).
Система й рекомендуемая стадийность проектирования и применительно к этой системе стадийность изыскательских работ представлены в табл. 84.
Как правило, работы по инженерным изысканиям для жилищногражданского строительства выполняются соответствующими специализированными организациями. Согласно СН-401—69, проектным организациям разрешается проводить инженерные изыскания
Система и рекомендуемая стадийность инженерно-геологических работ ’
Вид проектирования (по СН 401—69) Стадия проектирования Стадия инженерно-геологических работ
Проекты застройки микрорайонов, кварталов и комплексов общественных зданий Проекты для строительства жилых и общественных зданий и сооружений с применением типовых, повторно применяемых индивидуальных проектов и проектов для экспериментального строительства (проекты привязки) Проектирование осуществляется в две стадии (технический проект и рабочие чертежи) Проекты привязки жилых и общественных зданий разрабатываются в одну стадию (техно-рабочий проект) Проекты привязки технически сложных жилых и общественных зданий, имеющих большое градостроительное значение в застройке, а также проекты привязки крупных зданий с внесением в них значительных изменений, могут разрабатываться в две стадии (технический проект х и рабочие чертежи) Инженерно-геологические работы ведутся в одну стадию, выработки располагаются по сетке. Стадия — технический проект Инженерно-геологические работы ведутся в одну стадию, выработки располагаются в проектируемых контурах зданий и сооружений. Стадия — техно-рабочий проект. Допускаются дополнительные работы (испытания свай и т. п. в процессе строительства) Работы ведутся, как правило, в одну стадию, выработки располагаются в проектируемых контурах зданий и сооружений. Стадия — технический проект. Допускается производство дополнительных работ при изменениях контуров зданий и сооружений, а также конструктивных решений. Натурные испытания фундаментов (опытные нагрузки, испытания свай и т. д.) могут проводиться дополнительно в процессе строительства
лишь «в комплексе с выполняемыми проектными работами по расширению и реконструкции существующих зданий и сооружений, по привязке к участкам строительства типовых проектов зданий и сооружений, а также изыскания, необходимые при разработке рабочих чертежей для уточнения имеющихся изыскательских материалов».
В соответствии с Постановлением ЦК КПСС и Совета Министров СССР «Об улучшении проектно-сметного дела» от 28 мая 1969 г. новыми нормативными документами предусматривается, что при разработке рабочих чертежей нельзя вносить изменения в основные технико-экономические показатели по сравнению с утвержденным техническим проектом, в частности увеличение сметной стоимости
строительства. Это положение является принципиально новым, отличающим требования к изысканиям на стадии проектного задания, проводимым до 1970 г., от требований к изысканиям на стадии технического проекта.
Если различные неточности в определении несущей способности грунтов, гидрогеологических условий, строительных категорий пород и т. д. на стадии проектного задания уточнялись, как правило, на стадии изысканий под рабочие чертежи, то в настоящее время даже при двухстадийном проектировании необходимо уже на первой стадии изысканий (под технический проект) обеспечить выдачу полноценной и окончательной характеристики инженерно-геологических условий площадки строительства.
Изыскания для проектов застройки микрорайонов, кварталов и комплексов общественных зданий. Проект застройки выполняется, как правило, на основе утвержденного проекта детальной планировки и эскиза застройки. Основная задача изысканий на этой стадии заключается в обеспечении исходными данными для проектирования пространственного решения застройки, инженерных сетей и благоустройства территории, а также определения ориентировочной стоимости строительства. Сметная документация составляется при двухстадийном проектировании только на первой стадии, т. е. к техническому проекту.
Инженерно-геологические работы проводятся в три этапа: сбор и изучение материалов изысканий прошлых лет (предполевой период), полевые работы, камеральные работы.
Сбор и изучение материалов изысканий прошлых лет. Изучаются инженерно-геологические материалы, положенные в основу проекта детальной планировки, а также различные материалы исследований под отдельные здания и сооружения в пределах территории застройки. Проводится сбор литературных и фондовых материалов по климатическим, геоморфологическим и орогидрографическим условиям, физико-геологическим явлениям и т. д. Изучается возможность использования материалов для дальнейшей работы.
В качестве топографической основы работ принимаются планы масштабов 1 : 2000—1 : 1000, на которые наносятся все выработки, пройденные ранее.
Полевые работы. Основным видом полевых работ является бурение скважин, проходка шурфов, дудок и расчисток, статическое и динамическое зондирование, геофизические работы и в отдельных случаях опытные полевые работы, опытные откачки, испытания грунтов штампами, испытания грунтов крыльчаткой и т. д.
Необходимо учитывать, что при изысканиях для проекта застройки имеются возможности изучать закономерности изменения состава и свойств пород, провести опытные откачки, широко применять геофизические методы и статическое зондирование для уменьшения объемов буровых работ. Эти возможности будут значительно
ограничены при работах для проектов привязки отдельных зданий и сооружений.
Действующими нормативными документами не предусматриваются объемы полевых работ для разработки проектов застройки, хотя эти работы имеют широкое распространение.
Изыскания для проектов строительства жилых и общественных зданий и сооружений (проекты привязки). Основная задача инженерно-геологических работ для проектов привязки зданий и сооружений вытекает из требования к техническому проекту определить размеры и глубины заложения фундаментов и связанных с этим конструктивных мероприятий, необходимых для данных геологических и гидрогеологических условий строительной площадки, а также решение всех вопросов, необходимых для составления окончательной сметы на работы нулевого цикла. Если проект привязки выполняется в две стадии, то на стадии рабочих чертежей разрабатываются рабочие чертежи фундаментов и связанные с этим дополнительные конструктивные мероприятия, необходимые в выявленных инженерно-геологических условиях. Уточнение сметной стоимости на второй стадии проектирования не предусматривается.
Принципиальная схема методики инженерно-геологических работ для жилищно-гражданских сооружений не отличается от методики изысканий для объектов промышленного строительства и диктуется в основном предполагаемым видом основания.
Однако имеются и отдельные специфические вопросы, которые необходимо учитывать при изысканиях на стадии проектов привязки. Это прежде всего массовый характер современного жилищногражданского строительства, концентрируемого, как правило, по отдельным районам, что создает возможность широкого применения методов аналогии, использования опыта строительства и т. д. Кроме того, высокие темпы строительства требуют применения ускоренных методов изысканий, обеспечивающих проектирование всеми необходимыми данными, и, наконец, современное жилищно-гражданское строительство характеризуется повышенной этажностью, применением сборных железобетонных конструкций, что приводит к быстрому загружению грунтов основания.
Топографической основой при изысканиях на стадии проектов привязки принимается план масштаба 1 : 500, реже 1 : 1000. Расположение выработок назначается из условия размещения в пределах контуров зданий и сооружений на стадии техно-рабочего (рабочего) проекта не менее трех выработок, расстояния между выработками принимается в зависимости от сложности инженерно-геологических условий от 20 до 50 м. При простых инженерно-геологических условиях расстояния между выработками может быть увеличено, но [не должно превышать 100 м. В сложных условиях обычно применяется схема размещения выработок по углам зданий.
Действующими нормативными документами предусматривается, что для зданий повышенной этажности (более 9 этажей) необходимо
помимо лабораторных исследований предусматривать опытные полевые работы.
При изысканиях для строительства крупнопанельных жилых домов, согласно требованиям СН 321—65, необходимо оценить изменчивость значений модулей деформации. Эта изменчивость оценивается как отношение максимального значения модуля деформации к минимальному. За нормативное значение модуля деформации принимается среднее арифметическое не менее трех штамповых испытаний. Если по данным испытаний отношение максимального значения модуля деформации к минимальному не превышает 1,4 для песчаных, 1,8 для глинистых и 2,5 для моренных глинистых грунтов, то допускается определять Ен по результатам двух испытаний.
При определении Ен по данным двух или трех штамповых испытаний вычисляется коэффициент v (по СН 321—65 он именуется коэффициентом вариантности) по формуле
tl>= £ma^H£mln-
При большом числе испытаний рекомендуется определять коэффициент вариантности (или коэффициент вариации) по обычной формуле, т. е. как отношение средней квадратической ошибки к нормативному значению модуля деформации. Этот коэффициент вариантности используется для оценки степени изменчивости для неоднородного основания по формуле
а _ ^1. пр (1 + ^1)
^2, пр (1 —Лра) ’
где ^лпр, Е2пр — соответственно наибольшее и наименьшее значения приведенного модуля деформации грунтов основания в пределах плана здания;
р2 — соответствующие коэффициенты вариантности модуля деформации для слоев грунта, залегающих непосредственно под фундаментами в пределах глубины, равной ширине этих фундаментов. При наличии в пределах указанной зоны грунтов с различными у, в расчет принимается его наибольшее значение; .
к — коэффициент, зависящий от отношения суммарной площади фундаментов к площади здания в плане.
Для однослойного основания и при горизонтальных многослойных основаниях формула степени изменчивости принимает вид
«=4±^.
1 — kv
3. СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОЕ СТРОИТЕЛЬСТВО
Основные требования. Несмотря на большой объем и специфичность инженерно-геологических работ для сельскохозяйственного строительства, методика этих работ разработана недостаточно.
Основным нормативным документом при изысканиях для объектов сельскохозяйственного строительства являются «Временные указания по производству топографо-геодезических и инженерно-геологических работ при изысканиях для объектов сельскохозяйственного строительства. РСН-24—66» (Госстрой РСФСР, 1967 г.).
Специфическая особенность изысканий под объекты сельскохозяйственного строительства заключается в необходимости быстрого и массового проектирования одно- и малоэтажных зданий и сооружений в самых различных инженерно-геологических условиях. Необходимо отметить, что в последнее время проектируются и крупные производственные здания и сооружения, а характер жилой застройки все более приближается к городскому строительству. К проектированию таких зданий и сооружений предъявляются требования как к обычным изысканиям для промышленного и гражданского строительства.
Основными видами работ являются:
а) исследования для обоснования проектов планировки и застройки;
б) исследования для обоснования проектов отдельных зданий и сооружений.
Изыскания для проектов планировки и застройки. Основные задачи исследований заключаются в принципиальной оценке инженерно-геологических условий, как правило, небольших территорий площадью до 100, реже до 200 га.
В процессе работ изучаются следующие вопросы, влияющие на размещение производственных и жилых зон:
физико-геологические явления (карстовые процессы, оползни, размыв берегов, суффозия, просадочность и т. д.);
ги дрогеологические условия в пределах глубин заложения фундаментов;
со став и свойства грунтов как оснований для фундаментов проектируемых сооружений;
оценка возможного влияния проектируемого строительства на изменение природной обстановки.
Основным методом исследований является инженерно-геологическая съемка в масштабах 1 : 5000—1 : 10 000. Учитывая небольшую площадь исследований, результаты картирования, выполненного с детальностью 1 : 5000—1 : 10 000, необходимо отобразить на топографических съемках более крупного масштаба, обычно 1 : 2000-1 : 5000.
В РСН-24—66 приводятся характеристики степени сложности инженерно-геологических условий, в соответствии с которыми назна
чается количество точек наблюдений и количество инженерногеологических выработок.
Расстояния между выработками принимаются от 200—250 м до 500—600 м. Бурение рекомендуется проводить глубиной 6—7 м, диаметром 89 мм (разведочные скважины) и глубиной 8—10 м диаметром 127 мм (технические скважины). Технические выработки, предназначенные для отбора монолитов и проб воды, проходятся в количестве 20—30% от общего количества выработок. В ряде случаев целесообразно проходить шурфы глубиной 3—5 м, сечением 1,25—2,5 м2 без крепления и водоотлива, особенно при близком залегании (до 5 м) скальных пород.
Целесообразно определять категорию сложности по сумме баллов, приведенных в табл. 85.
Степень сложности устанавливается по сумме баллов всех трех признаков, представленных в табл. 85, и в зависимости от суммы баллов можно установить три категории сложности
Категория
I II III
Сумма баллов
3-4 5-7
8-9 ''
В соответствии с установленной категорией сложности предлагается принимать объем работ в зависимости от масштаба картирования по табл. 86.
Под точками наблюдений понимается описание какого-либо элемента геолого-литологического строения (обнажение), физикогеологического явления (оползень, карстовая воронка и т. д.), геоморфологического строения (конечно-моренная гряда, озы, камы и т. д.), гидрогеологических условий (колодец, родник и т. д.), а также наблюдение за деформациями существующих зданий и сооружений. Все описанные элементы необходимо нанести на топографическую основу.
Учитывая, что полевые работы проводятся за короткий период, отсутствует практическая возможность организовать наблюдения за уровнем грунтовых вод. Эта возможность не будет представлена и при изысканиях под отдельные здания и сооружения. Поэтому очень важно получить информацию косвенными методами о возможных изменениях уровней грунтовых вод, о связи этих вод с открытыми водоемами и т. д. Исключительную ценность в этом отношении представляет опрос местных жителей, обследование существующих подвалов, погребов и других заглублений. Все эти сведения тщательно анализируются.
В процессе производства буровых и шурфовочных работ отбираются монолиты и образцы нарушенной структуры для лабораторных исследований из каждой литолого-генетической разности. Монолиты (образцы ненарушенной структуры) отбираются только
Оценка сложности участка
Характеристика сложности Балл Группа
Геоморфологическое строение
Формы рельефа хорошо просматриваются, выделяются не более двух геоморфологических элементов 1 Простая
Формы рельефа выражены неясно, выделяются не менее трех геоморфологических элементов: речные террасы, эоловые холмы, камы, озы, отдельные карстовые воронки. Имеются отдельные обнажения 2 Средняя
Развиты разнообразные формы рельефа: конечно-моренные гряды, многочисленные карстовые воронки, несколько речных террас, заболоченные участки и т. д. Геолого-литологическое строение 3 Сложная
Развиты отложения не более трех генетических типов пород, представленных на глубину до 10 м не более чем тремя-четырьмя литологическими разностями. Отсутствуют отложения с низкими несущими свойствами. Отсутствуют отрицательные физико-геологические явления 1 Простая
Развиты отложения трех-пяти генетических типов, представленных четырьмя-шестью литологическими разностями. Сильносжимаемые слабые отложения (торф, илы, текучие глинистые породы, рыхлые пески и т. д.) развиты лишь в верхней части разреза до глубины не более 3 м. Отмечаются лишь отдельные, слабовыраженные физико-геологические явления (подмыв берегов, заболачиваемость, неактивный карст и т. д.) 2 Средняя
Распространено более пяти генетических типов разнообразного литологического состава пород. Встречаются слабые отложения в пределах активной зоны оснований. Отмечаются активные физико-геологические явления, отрицательно влияющие на инженерно-геологическую оценку территории (оползневые участки, свежие признаки карстопроявления и т. д.) Гидрогеологические условия 3 Сложная
Грунтовые воды отсутствуют, либо встречается один устойчивый водоносный горизонт 1 Простая
Грунтовые воды залегают на глубине свыше 3—5 м от дневной поверхности, местами распространены воды типа «верховодки», воды ее агрессивны к бетонным конструкциям 2 Средняя
Грунтовые веды залегают на глубинах менее 3 м, водоносный горизонт не устойчивый по мощности и простиранию 3 Сложная
из слабых грунтов, залегающих в виде слоев значительной мощности в пределах активной зоны фундаментов.
Очень важно на стадии изысканий для проектов планировки и застройки выделить районы, где возможна привязка проектов отдельных зданий и сооружений без дополнительных инженерногеологических работ.
Рекомендуемые объемы полевых работ на 10 га съемки в масштабе 1 : 5000
4. КАПИТАЛЬНЫЙ РЕМОНТ
И РЕКОНСТРУКЦИЯ СООРУЖЕНИЙ
Инженерно-геологические изыскания под объекты, подлежащие реконструкции — усиление фундаментов, надстройка зданий и сооружений, замена конструкций и тяжелого оборудования и т. д., имеют ярко выраженную специфику.
Особенности работ заключаются в необходимости проведения исследований в крайне стесненной обстановке и изучении грунтов, подвергшихся воздействиям существующих сооружений.
Действующими нормативными документами вопросы, связанные с исследованиями грунтов под фундаментами существующих сооружений, не рассматриваются (лишь в последнее время опубликована «Методика обследования и проектирования оснований и фундаментов при капитальном ремонте, реконструкции и надстройке зданий», Стройиздат, 1972 г.).
Инженерно-геологические работы для проектирования реконструкции сооружений обычно подразделяются на два этапа:
обследование зданий, фундаментов и оснований;
исследование состава и свойств грунтов, а также инженерногеологических условий в целом с учетом характера проектируемых сооружений.
Как правило, к работам по первому этапу привлекаются специализированные проектно-конструкторские и строительные организации.
Основными видами инженерно-геологических работ в зависимости от целей проектирования являются исследования под проекты: надстройка зданий и сооружений;
пристройка новых зданий и сооружений к существующим;
капитальный ремонт и реконструкция зданий и сооружений с заменой существующих конструкций и оборудования на более тяжелые или с динамическими нагрузками;
капитальный ремонт деформированных зданий и сооружений;
специальные инженерные мероприятия (воздействие проходки подземных туннелей, изменение гидрогеологических условий, влияние забивки свай на соседних участках и др.).
При капитальном ремонте зданий и сооружений без увеличения нагрузок обычно инженерно-геологические работы либо не ведутся, либо проходятся только контрольные шурфы. При разработке проектов надстройки, реконструкции или капитального ремонта со сменой перекрытий, увеличением нагрузки и т. п. предусматривается проходка шурфов, бурение скважин, детальные обследования оснований и фундаментов, лабораторные и полевые опытные исследования.
При инженерно-геологических работах под реконструируемые, надстраиваемые и капитально-ремонтируемые объекты различают: контрольные шурфы, проходимые для определения конструкций, размеров, материалов фундаментов и типа грунтов основания;
разведочные шурфы, проходимые при детальном обследовании оснований и фундаментов ниже уровня подошвы фундаментов для изучения физико-механических свойств грунтов;
буровые скважины, проходимые для уточнения условий залегания грунтов и грунтовых вод, отбора монолитов и других задач как и при изысканиях под объекты нового строительства.
Ориентировочные объемы работ с учетом рекомендаций «Методики обследования и проектирования оснований и фундаментов при капитальном ремонте, реконструкции и надстройке зданий» (Строй-издат, 1972 г.) приведены в табл. 87.
Одним из важных исследований является вскрытие и обследование существующих оснований и фундаментов. При этом необходимо сделать тщательные зарисовки, а иногда и фотографии. Все размеры вскрытых фундаментов фиксируются, за начальную отметку обычно принимают отметку чистого пола первого этажа.
Осмотр грунтов и фундаментов следует вести по интервалам не более 0,25—0,3 м. Качество фундамента изучается внешним осмотром, описанием трещин, простукиванием, опробованием трубкой, исследованиями неразрушающими методами, а в особо ответственных случаях отбираются образцы материала фундаментов для лабораторных исследований. По шурфам и скважинам выявляются естественные и искусственные факторы, влияющие на подтопление фундаментов. Отбор, хранение и транспортировка образцов осуществляется так же, как и при изысканиях под новое строительство.
Рекомендуемые виды и объемы работ
Цель работ Вид выработок Количество выработок Глубина выработок
Капитальный ремонт или реконструкция без увеличения нагрузок на одно здание или сооружение Контрольные шурфы 2-3 Ниже уровня подошвы фундамента на 0,5 м
Устранение проникания воды в подвал или сырости стен в подвале и первом этаже на один отсек То же 1 В зависимости от причины обводненности
Углубление подвала у каждой стены углубляемого помещения » 1 Ниже проектируемого углубления на 0,5 м
Детальное обследование на каждый вид конструкции в наиболее нагруженном месте Разведочные шурфы 1 На 2—Зм ниже глубины активной зоны
То же, в ненагруженном участке » 1 То же
То же, в наиболее нагруженном участке с противоположной стороны стены Обследование мест деформаций стен и фундаментов: в местах деформаций дополнительно в местах залегания слабых грунтов Уточнение условий залегания грунтов: при количестве секций 1—2 то же, 3—4 то же, более 4 » Буровые скважины и шурфы Буровые скважины 1 1 Не менее 2 4 6 8 » h — hx + Лак + ГДО Л — глубина выработки, м; Лг — глубина заложения фундамен-
Уточнение причины деформации фундаментов на просадочных грунтах в месте источника предполагаемого замачивания; на расстояние 10 м от здания проходится контрольная скважина То же 1-2 тов от поверхности земли, м; Лак — глубина активной зоны основания, м; с — постоянная величина, м; с = 2 для здания до трех этажей и с = 3 для зданий свыше трех этажей
Наличие и характер деформаций стен и фундаментов выявляется визуально, путем осмотра и зарисовки трещин либо инструментально-геодезическими методами.
Различают следующие виды деформаций зданий: прогиб, выгиб, скручивание, крен, перекос.
С целью выяснения причин деформаций и характера из развития во времени приводится полевое и лабораторное изучение состава
и свойств грунтов, постановка специальных «маяков» на трещинах и геодезических наблюдений.
Если необходимо запроектировать мероприятия по упорядочению оснований инъекцией, необходимо тщательно, по возможности полевыми методами, определить коэффициент фильтрации грунтов основания.
В случае надстройки зданий и сооружений при отсутствии данных полевых и лабораторных исследований прочностных и деформационных свойств грунтов можно пользоваться коэффициентами повышения давления на грунт под существующими зданиями, предложенными В. А. Зурнаджи и М. П. Филатовой [15] (табл. 88).
Таблица 88
Повышение давлений на грунт основания, длительно обжатого сооружением (по В. А. Зурнаджи и М. П. Филатовой, [15])
Грунт Влажность W, % Расчетное давление на грунт под существующим зданием Ор, кгс/см’ Значение повышающего коэффициента h при сроке эксплуатации в годах
до 5 5—15 более, 25
Суглинки лёссовидные 5-10 3-2,5 1 1 1
10-15 2,5-2 1 1 1,1-1,2
15-20 1,5-1 1 1,5-1,25 1.3-1,4
Супеси 10-15 2-1,5 1,1—1,2 1,3-1,4 1,4-1,5
15-20 2—1,5 1 1,2-1,3 1.3-1,4
20—25 2-1,5 1 1,1-1,2 1,2—1,3
Пески крупные, плот- Независимо 4-3 1.1—1,2 1,2-1,3 1.2-1,3
ные; средней круп- от влажности, 3-2 1,2-1,3 1,3-1,4 1,3-1,4
ности и плотности; мелкие и рыхлые Планомерно отсыпаемые насыпи: водонасыщенные 1,5-1 1,3-1,4 1,4-1,5 1,4-1,5
грунт связный 10-15 1,5—1 1 1,3-1,4 1,4—1,6
грунт несвязный 5-10 1,5-1 1,2-1,3 1,5—1,7 1.7-2,6
Примечания: 1. Бблыпие значения k относятся к меньшим значениям ор.
2. По времени и расчетному давлению значения h не интерполируются.
«Методикой обследования и проектирования оснований и фундаментов при капитальном ремонте, реконструкции и надстройке зданий», (Стройиздат, 1972 г.) рекомендуется нормативное давление на грунт оснований под подошвой существующих фундаментов определять по формуле
. RH' ~RHm -к, кгс/см2, где т — коэффициент, учитывающий изменение физико-механических свойств грунтов оснований за период эксплуатации здания, принимаемый по табл. 89, в зависимости от отно
шения давления до надстройки р0 к нормативному давлению 7?н;
к — коэффициент, зависящий от величины расчетной осадки, принимаемый по табл. 90, в зависимости от отношения? величины расчетной осадки при давлении, равном нормативному £Лн, к предельно допустимой осадке £пр. CD по СНиП П-Б.1—62.
Таблица 89
Значения коэффициента т
Показатель Отношение ро/Кн*100%
Более 80 80—70 Менее 70
Коэффициент т 1,3 1,15 1,0
Таблица 90
Значение коэффициента к
Грунты оснований, независимо от влажности и плотности
Отношение ®нн/®пр- ср*100%
20 70
Пески крупные и средней крупности ...............
Пески мелкие ............
Пески пылеватые..........
Связные грунты с В 0 .
То же с В 0,5 при сроке эксплуатации более 15 лет
1,4
1,2
1,1
1,2
1,1
1,0
1,0
1,0
1,0
1,0
Примечание. Для промежуточных значений 8дн/8пр. ср. коэффициент k принимается по интерполяции.
Таким образом, RH' может приниматься с учетом коэффициентов т и к в пределах (1,0—1,82) 7?н.
Стесненность обстановки и связанные с этим трудности делают целесообразным применение неразрушающих и экспресс-методов оценки состояния грунтов основания. К таким методам относятся определение модуля деформации и прочности при одноосном сжатии электронно-акустическим импульсным методом в скважинах с помощью электронного микросекундомера AM или УЗП-64 или в лабораторных условиях на монолитах; определение плотности и влажности методами гамма- или нейтронного каротажа.
Методика полевых и лабораторных исследований грунтов основания должна учитывать обжатие грунтов за время эксплуатации реконструируемых зданий и сооружений. Например, испытания
на сдвиг следует проводить только на образцах с предварительным уплотнением.
Интересные сведения по степени использования величины нормативного давления приводят Н. Г. Смоленская, Л. А. Дудушкина и др. [39]. В 30% зданий не используется 0,5Лн и только в 14% зданий эта величина используется на 80%, разброс величины нормативного давления в зданиях, сооруженных на практически однородных грунтах, на разных участках фундаментов не превышает 40%. Изменение физико-механических свойств грунтов оснований под существующими зданиями сказывается в уменьшении коэффициента пористости на 7—10%, причем уплотнение грунтов практически не зависит от срока эксплуатации сооружения. Прочностные характеристики монолитов, отобранных из зоны существующих фундаментов, характеризуются значительным изменением удельного сцепления при практически не изменяющемся угле внутреннего трения, что приводит к увеличению нормативного давления до 25%).
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Абелев Ю. М., Абелев М. Ю. Основы проектирования и строительства на просадочных макропористых грунтах. М., Стройиздат, 1968, 430 с.
2. Абрамов С.П. Пути совершенствования полевых методов изучения инженерно-геологических свойств горных пород. — «Инженерные изыскания для строительства Сер. 5», 1967, № 1, с. 3—19.
3. А б р а м о в С. П. Этапы инженерно-геологических изысканий в строи тельстве. — «Труды ПНИИС. Методика, экономика и организация инженерных изысканий в строительстве», 1972, т. X, с. 173—202.
4. Алексеев Р. И., Коровин Ю. И. Руководство по вычислению и обработке результатов количественного анализа. М., Атомиздат, 1972. 72 с.
5. Беляев В.П. Оценка строительных свойств грунтов статическим зондированием. — «Информ, бюлл. ЦТИСИЗ», 1970, № 4(21), с. 21—29.
6. Бондарик Г. К. Динамическое и статическое зондирование грунтов в инженерной геологии. М., «Недра», 1964. 163 с.
7. Бондарик Г. К., Комаров И. С., Ферронский В. И. Полевые методы инженерно-геологических исследований. М., «Недра», 1967. 374 с
8. Бондарик Г.К. Основы теории изменчивости инженерно-геологических свойств горных пород. М., «Недра», 1971. 272 с.
9. Бухарин Е. М., Г а б л и я Ю. А., Левин Л. Э. Проектирование фундаментов опор линий электропередачи. М., «Энергия», 1971. 216 с.
10. Винокуров Е.Ф. Моренные грунты как основание сооружений. Минск, «Наука и техника», 1968. 244 с.
11. Голов А. Е., Коломенский Н. В., Смирнов Л. Н. Вопросы унификации инженерно-геологических исследований. М., «Недра» 1964. 42 с.
12. Д а л м а т о в Б. И., Лапидус Л. С., Л а п ш и н Ф. К. Назначение коэффициентов однородности при проектировании свайных фундаментов.— В кн.: Фундаменты многоэтажных зданий в условиях сильносжимаемых грунтов Л., 1968, с. 57—62.
13. Д а ш к о Р.Э., Каган А. А. О выборе методики лабораторных исследований сопротивления сдвигу глинистых пород при их использовании в строительных целях. — «Труды Гидропроекта», 1972, № 27(12), с. 136—142.
14. 3 е л е н ц о в Р. О., Р е б р и к Б. М. Применение самоходных буровых станков для проходки шурфов в нескальных породах при инженерных
изысканиях. — В кн.: Материалы к научно-технической конференции по инженерным изысканиям. М., 1967, с. 31—33.
15. Зурнаджи В. А.,Филатова М. П. Усиление оснований и фундаментов при ремонте зданий. М., Стройиздат, 1970. 96 с.
16. Иванов В.М. О некоторых показателях количественной оценки массивов горных пород на инженерно-геологических картах. — «Вест. МГУ. Сер. IV. Геология», 1971, № 1, с. 107—111.
17. И в а н о в П. Л. Разжижение песчаных грунтов. М., Госэнергоиздат, 1962. 260 с.
18. Инженерно-геологические изыскания для строительства гидротехнических сооружений. М., «Энергия», 1972. 376 с. Авт.: Е. С. Кар-пышев, Л. А. Молоков, Л. И. Нейштадт и др.
19. Инженерные изыскания (Вибрационное бурение. Статическое зондирование). Ярославль, Верхне-Волжское книжное изд-во, 1967. 99 с.
20. Инженер'ные изыскания в строительстве. Сер. II. № 4(16), М., 1972. 74 с., (ПНИИИС).
21. Каган А. А., Солодухин М. А. Моренные отложения Северо-Запада СССР. М., «Недра», 1971. 136 с.
22. Калинин В. Ф., Аканфиев С. А. Учет, систематизация и обобщение материалов инженерно-строительных изысканий в территориальных трестах Госстроя РСФСР. — «Информ, бюлл. ЦТИСИЗ», 1969, № 3(16), с. 52—58.
23. Каплан Б. Г. Экспресс-расчет основных математико-статистических показателей. Баку. «Маариф», 1970. 440 с.
24. К о л е с н и к Г. С., Р ы ж к о в И. Б. К вопросу о выборе конструкции зонда и режима статического зондирования грунтов. «Труды Башниистроя», вып. 8, 1968, с. 116—122.
25. Коломенский Н.В. Специальная инженерная геология, М., «Недра», 1969. 336 с.
26. Коломенский Н. В., Комаров И. С. Инженерная геология. М., «Высшая школа», 1964. 480 с.
27. Коломенский Н. В. Общая методика инженерно-геологических исследований. М., «Недра», 1968. 342 с.
28. К омаров И. С. Накопление и обработка информации при инженерно-геологических исследованиях. М., «Недра», 1972. 296 с.
29. Кульчитский Г. Б. Об ошибках измерений при определении модуля деформации грунтов. — «Основания, фундаменты и механика грунтов», 1969, № 3, с. 20—21.
30. Куник Л. И., Р ебрик Б.М. Точность отражения геологического разреза при проходке инженерно-геологических скважин различными способами. - «Труды ПНИИИС», 1971, т. XIV, с. 15-27.
31. Ларионов А. К. Методы исследования структуры грунтов. М., «Недра», 1971. 200 с.
32. Ломтадзе В.Л. Методы лабораторных исследований физико-механических свойств горных пород. Л., «Недра», 1972. 312 с.
33. Ломтадзе В. Д., Солодухин М. А., Боровик О. В. Инженерно-геологическое картирование при проектировании и сроительстве городов на Северо-Западе СССР. — В кн.: Инженерно-геологические проблемы градостроительства. М., 1971.. с. 166—168.
34. Макаров Б. IL, Хорев В. А. Новые технические средства для проходки геологоразведочных шурфов. — «Разведка и охрана недр», 1971, №6, с. 29—33.
35. Максимов М. М. Некоторые результаты инженерно-геологических исследований основной морены. — «Изв. вузов. Геология и разведка», 1966, № 4, с. 98—101.
36. Мартынова Л.Д. Исследование зависимости удельного лобового сопротивления и удельного трения от поперечного сечения сваи. — «Основания, фундаменты и механика грунтов», 1967, № 2, с. 12—14.
37. Маслов Н.Н. Основы механики грунтов и инженерной геологии. М., «Высшая школа», 1968. 629 с.
38. Мел ь н и к о в Е. С., Садов А. В. Аэрометоды в инженерной геологии и гидрогеологии. М., 1964. 36 с.
39. Методика обследования и проектирования оснований и фундаментов при капитальном ремонте, реконструкции и надстройке зданий. М., Стройиздат, 1972. 111[с.
40. Методическое пособие по инженерно-геологическому изучению горных пород. Т. II. М., Изд. МГУ, 1968. 370;с.
41. Митропольский А. К. Техника статистических вычислений, М., «Наука», 1971. 576 с.
42* Мосьяков Е.Ф. Исследование механических свойств лессовидных грунтов методом микропенетрации. — «Информ, бюлл. ЦТИСИЗ», 1966, № 3(5), с. 8-14.
43. Нико л а'е’в’ В. С. Определение прочностных и деформативных характеристик суглинистых грунтов по результатам статического зондирования. — «Информ, бюлл. ЦТИСИЗ», 1968, № 4(13), с. 11—14.
44. Н и к о л а е в В. С. Определение модуля деформации суглинистых грунтов установкой С-832. — «Информ, бюлл. ЦТИСИЗ», 1970, № 4 (21), с. 41—42.
45. Огононенко В.П. К классификации инженерно-геологической изменчивости горных пород. — В кн.: Математические методы в инженерной геологии. М., 1968, с. 130—135.
46. Основания и фундаменты. М., «Высшая школа», 1970. 382 с. Авт.: Н. А. Цытович, В. Г. Березанцев, Б. И. Далматов, М. Ю. Абелев.
47. О й з е р м а н М. Т., Р а ц М. В. Многошаговые процедуры планирования разведки и опробования в инженерно-геологических исследованиях. — «Труды ПНИИИС», 1970, т. III, с. 50-77.
48. Плакхин М.Л. Оценка некоторых свойств песчаных и глинистых грунтов статическим зондированием. — «Информ, бюлл. ЦТИСИЗ», 1970, № 4 (21), с. 29—37.
49. Полевые методы исследования грунтов. Материалы к совещанию. М., 1969. 215 с., (ПНИИИС).
50. Полевые методы исследования грунтов. М., Стройиздат, 1964. 145 с. Авт.: Ю. Г. Трофименков, Л. Н. Воробков, А. И. Смирнитский, А. А. Бенедиктов.
51. Попов И. В. Инженерная геология. М., Изд. МГУ, 1969. 510 с.
52. Проблемы инженерной геологии (Труды межведомственного совещания). М., Изд. МГУ, 1970, 448 с.
53. Р а ц М. В. Неоднородность горных пород и их физических свойств. М., «Наука», 1963, 448 с. 4
54. Ребрик Б. М. Характеристика современного состояния буровых, горнопроходческих и полевых опытных работ при инженерных изысканиях в строительстве. — «Труды ПНИИИС», 1971, т. XIV, с. 3—14.
55. Ребрик Б.М. Бурение скважин при инженерно-геологических изысканиях. М., «Недра», 1973, 260 с.
56. Результаты сравнительных испытаний буровых установок ЛБУ-50 и УШБМ-16 при проходке шурфов. — «Разведка и охрана недр», 1971, № 5, с. 37—39. Авт.: Н. И. Куличихин, В. Т. Борисевич, В. А. Плохих, В. А. Федорченко.
57. Рекомендации по лабораторному определению физических и механических свойств глинистых грунтов при производстве инженерных изысканий. М., Стройиздат, 1968, 42 с.
58. Рекомендации по производству инженерно-геологической съемки при инженерных изысканиях для строительства. М., Стройиздат, 1972, 48 с.
59. Рекомендации по производству буровых работ при инженерно-геологических изысканиях для строительства. М., Стройиздат, 1970. 80 с.
60. Руководство по инженерно-геологическим изысканиям в оползневых районах. М., Стройиздат, 1966. 79 с.
61. Рубинштейн А. Я. Об особенностях интерпретации результатов испытаний песков динамическим зондированием. — «Труды ПНИИИС», 1972, т. XVII, с. 29-45.
62. Современные методы обследования зданий. М., Стройиздат, 1972.
80 с. Авт.: П. Г. Смоленская, Л. А. Дудышкина, А. Г. Ройтман и др.
63. Современная технология проходки шурфов. М., «Недра», 1971, 208 с. Авт.: С. А. Брылов, Ш. Б. Богдасаров, О. В. Зеленцов, В. И. Несмотряев.
64. Солодухин М.А. О необходимой точности определения модуля деформации для неравномерно сжимаемых оснований. — «Информ, бюлл. ЦТИСИЗ», 1971, №1(22), с. 44—46.
65. Солодухин М. А. Некоторые вопросы обработки результатов статического зондирования установкой С-979. — В кн.: Полевые методы исследования грунтов. М., 1969, с. 42—43.
66. Солодухин М. А.,Каган А. А. О точности определения модуля деформации грунтов. — «Информ, бюлл. ЦТИСИЗ», 1970, № 1 (18), с. 22—25.
67. С о л о д у х и н М. А., К о с а р е в Е. С., Н о с о в А. А. К оценке однородности грунтов при выделении инженерно-геологических элементов. — В кн.: Инженерно-строительные изыскания. М., 1972, № 2 (27), с. 41—44.
68. С п р а в о ч н и к по инженерной геологии. Под общей редакцией М. В. Чуринова. М., «Недра», 1968. 540 с.
69. Т о ф а н ю к Ф. С., Ш а р о в В. И., П а ш и н А. Д. Устройство для статического зондирования слабых грунтов. — «Информ, бюлл. ЦТИСИЗ», 1971, № 1 (22), с. 3-6.
70. Ферронский В. И., Тер-Мартиросян 3. Г. Теоретические основы определения деформационных, реологических и прочностных характеристик грунтов по результатам статического зондирования. — В кн.: Вопросы инженерной геологии. Доклады советских ученых к Международному конгрессу Международной Ассоциации инженер-геологов. М., 1970, о. 307—320.
71. X а з а н о в М. И. О природе упрочнения песков. — «Труды ПНИИС», 1972, т. XVII, с. 6—28.
72. Хазанов М. И., Ч е р н я к Э. Р., Аничкина Н. И. Точность определения модуля деформации песков штампами. — «Труды ПНИИИС»» 1972, т. XVII, с. 46—58.
73. X о л о п о в С. В., Ш и с с е л ь А. М. Интерпретация результатов статического зондирования аллювиальных песков. — «Информ, бюлл. ЦТИСИЗ», М., 1970, № 4 (21), с. 38-40.
74. Ц ы т о в и ч Н. А. Механика грунтов. М., Стройиздат, 1963, 636 с.
75. Ширяев В. Н., Карпов А. А. Организация оснащения инженерно-геологических изысканий. М., «Недра», 1971, 224 с.
76. Я р и з Е. П. Результаты экспериментального изучения зависимости между модулем деформации аллювиальных суглинков и их удельным лобовым сопротивлением. «Инженерно-строительные изыскания. Информ, бюлл. ЦТИСИЗ 1971, №3(24), с. И—16.
77. Я р и з Е. П. Некоторые результаты определения литологического состава и физико-механических свойств грунтов комплексом пенетрационно-каро-тажных методов. — «Информ, бюлл. ЦТИСИЗ», 1970, № 4 (21), с. 47—53.
ОГЛАВЛЕНИЕ
Предисловие ......................................................
Глава I. Состав и стадии инженерно-геологических работ............
1. Общие положения.........................................
2. Инженерно-геологическая съемка .........................
3. Инженерно-геологическая разведка .......................
4. Инженерно-геологическое опробование ....................
Глава II. Применение основных методов инженерно-геологических исследований .....................................................
1. Подготовительный период ................................
2. Буровые работы .........................................
3. Горно-проходческие работы ..............................
4. Полевые опытные работы..................................
5. Применение геофизических методов .......................
6. Лабораторные исследования ..............................
7. Камеральные работы .....................................
Глава III. Особенности методики инженерно-геологических работ для различных видов строительства.....................................
1. Промышленное строительство .............................
2. Жилищно-гражданское строительство . . . ................
3. Сельскохозяйственное строительство .....................
4. Капитальный ремонт и реконструкция сооружений...........
Список литературы ................................................
3 б
6
10
31
41
54
54
59
66
79
114
119
143
155
155
171
176
179
185
Михаил Абрамович Солодухин
ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ ИЗЫСКАНИЯ ДЛЯ ПРОМЫШЛЕННОГО И ГРАЖДАНСКОГО СТРОИТЕЛЬСТВА
Редактор издательства Л. Н. Федорова Технический редактор Т. Г. Сизова Обложка художника А. Е. Чучканова Корректор Т. М. Столярова
Сдано в набор 16/VIII 1974 г.
Подписано в печать 28/XI 1974 г. Т-19464.
Формат 60 X 90*/ie- Бумага № 2. Печ. л. 12,0. Уч.-изд. л. 13,03. Тираж 18 000 экз.
Заказ № 1196/4992—2. Цена 92 коп.
Издательство «Недра», 103633, Москва, К-12, Третьяковский проезд, 1/19.
Ленинградская типография № 6 Союзполиграфпрома при Государственном комитете Совета Министров СССР по делам издательств, полиграфии и книжной торговли.
196006, г. Ленинград, Московский пр., 91.