Text
В.д. ЛОМТАДЗЕ
инженерндя
геология
Специальная
инженерная
геология
j J4 , ' . ’ А ' ‘
by ЛогЬ_еК
В. Д. ЛОМТАДЗЕ
ИНЖЕНЕРНАЯ ГЕОЛОГИЯ
СПЕЦИАЛЬНАЯ
ИНЖЕНЕРНАЯ ГЕОЛОГИЯ
Допущено Министерством высшего и среднего
специального образования СССР
« качестве учебника для студентов вузов,
обучающихся по специальности
(Гидрогеология и инженерная геология»
Ленинград
«НЕДРА»
Ленинградское отделение
1978
.Шхтрх.сото
УДК 624.131.1
Ломтадзе В. Д. Инженерная геология. Специальная инженерная геология.
Л., Недра, 1978. 496 с.
В книге изложены основы изучения и оценки илжснерно-геологических
условий строительства городов и поселков, промышленных, гражданских, гидро-
технических и других видов сооружений, рационального использования геоло-
гической среды — территорий с их рельефом, геологическими образованиями,
процессами и явлениями. Приведены методы инженерно-геологических исследо-
ваний на разных стадиях проектирования и строительства сооружений. Рас-
смотрены все виды и методы геологических работ, выполняемых при инженерных
изысканиях. Большое внимание уделено рациональной организации и плани-
рованию системы инженерных изысканий и применяемым при этом техническим
средствам и приемам, а также инженерным методам оценки условий строитель-
ства различных сооружений.
Книга предназначена для студентов вузов, обучающихся по специальности
«Гидрогеология и инженерная геология». Она может быть полезной для широкого
круга специалистов, занимающихся инженерными изысканиями, проектирова-
нием и строительством различных сооружений.
Табл. 34, ил. 216, список лит. 361 назв.
Рецензенты
I. Кафедра инженерной геологии Московского геологоразведочного инсти-
тута им. Орджоникидзе.
2. Профессор, доктор геолого-минералогических паук Г. Г. СКВОРЦОВ
© Издательство «Недра», 1978
208(16-372
<МотЬ_еМ
О I Л Л В JI 1 HUE
I I ПК I IIP ........................................................... 6
РАЗДЕЛ ПЕРВЫЙ
МЕТОДЫ ИНЖЕНЕРНЫХ ИЗЫСКАНИЙ
ДЛЯ СТРОИТЕЛЬСТВА
I ,ч пни I lliiiiiti pun i го'ки ti'H'i кт- iii-i .'п'дов.шия и их задачи ... 12
Нпж । i into-ieiuioi пинские исследования — составная часть
инженерных взысканий для строительства (12). Сидни
прос-к । нрования сооружений и производства инженерно-
k o.iiih ичгскпх исследовании (13). Инженерно-геологические
условия и последовательность их изучения (17). Нсоднород-
iiricii. и и «менчпность инженерно-геологических условий
Iерри lopnii (21). Категории сложности инженер но-геоло-
iичгскпх условий (32). Виды геологических работ на
pa iiibix ciадиях инженерных изысканий (34). Деление
сооружений ня классы (37). Система инженерных изыска-
ний (.17) Техника безопасности на инженерных изыска-
ниях (.'ИИ
1 д и и и II ()pi лнн i.tiuiH п методика инженерно-геологической съемки
it c<>('i.Tii.i(*iiti',i инженерно-геологических карт .... 41
(11ЧЦ1Н- иоложгння (41) Голь инженер во- геолог и ческой
iMMhii в общем комплексе теологических работ, выпол-
HHIMI.IX при инженерных изысканиях (12). Масштабы ниже-
н> I п< I силогнчг* 1.и\ сьемок (15). Выбор масштаба инже-
н< ( пл । n‘.hi я н чес к ой съемки (47). (Цианизация инженерно*
jnijh.il и ческой С1>гмки (19). Содержание ииженерно-геоло-
111чгской С1.ГМКН (53). Современное состояние вопроса
о методике составления инженерно-геологических карт (59).
<1 иомепнлнгуре инженерно-геологических карт (67). Мето-
дика составления инженерно-геол от ических карт (70).
Задачи инженерно-геологического районирования (72) Ти-
пизация территорий по инженерно-геологическим усло-
виям (73)
I л л н н III Р.инсдочиые работы при инженерно-геологических иссле-
jiPti.iiiiiHX ........................................................... 75
Задачи разведочных работ (75). - Методы разведки (76).
I иль разведочных работ в общем комплексе гсологиче-
nuix работ, выполняемых при инженерных изысканиях
(77). Илах разведочных работ (78). Густота разведочной
сети (82). Глубина разведки (86). Мера точности и
? дос job ер и ост и разведки (87). Применение геофизических
методов разведки (90). Бурение скважин при инженер-
ных изысканиях (99). Проходка горных выработок (108).
Виды наблюдений и документация при бурении разведоч-
ных скважин и проходке горных выработок (109). Опро-
бование горных пород при инженерных изысканиях (111).
1
3
Wirpx.com
Глава
IV. Полевые опытные работы при инженерно-геологических
исследованиях ..............................................
Назначение и состав полевых опытных работ (134). По-
ложен ие полевых опытных работ в общем комплексе
геологических работ при инженерных изысканиях (136).
Общие требования к организации и постановке полевых
опытных работ (137). Исследование водоносных горизон-
тов, зон и комплексов (139). Исследование водопроницае-
мости горных пород методами налива воды в шурфы и
скважины (ИО). Исследование водопроницаемости, тре-
щиноватости и занарсюванности горных пород методом
опытных нагнетаний (144). Исследование сравнительной
сжимаемости, деформационных свойств и просадочности
горных пород методом пробных статических нагрузок
(157). Исследование деформационных свойств горных пород
к скважинах с применением прессиометров (168). Иссле-
дование сопротивления горных пород сдвигу по методу
плоского сдвига (176). Исследование сопротивления горных
пород сдвигу в скважинах по методу вращательного среза
(181). Исследование сопротивления горных пород сдвигу
по методам выдавливания п раздавливания целиков (186).
Исследование плотности и прочности горных пород ме-
тодами зондирования (190). Исследование напряженного
состояния горных пород в условиях естественного зале-
гания методом разгрузки (205). Другие виды опытных работ
(209).
134
Г л а в а V. Режимные стационарные наблюдения при инженерно-гео-
логических исследованиях............................................ 211
Назначение режимных стационарных наблюдений при
инженерных изысканиях и их состав (211). Метеороло-
гические и гидрологические наблюдения (212). Гидрогеоло-
гические наблюдения (214). Геотермические наблюдения
(223). Наблюдения за деформациями масс горных пород
на склонах и в откосах (227). Наблюдения за деформа-
циями масс горных пород в подземных выработках (238).
Наблюдения аа осадками и деформациями сооружений (239).
Наблюдения за скоростью и характером выветри-
вания горных пород, морозным пучением, эрозией, абра-
зией и другими явлениями (243).
I л .in .t VI. Состав и задачи лабораторных и камеральных работ при
инженерно-геологических исследованиях............................... 244
Общие положения (244). Лабораторные исследования физи-
ко-механических свойств горных пород (245). Камеральная
обработка материалов (256).
РАЗДЕЛ ВТОРОЙ
ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ
ПРИ ПРОЕКТИРОВАНИИ И СТРОИТЕЛЬСТВЕ
РАЗЛИЧНЫХ СООРУЖЕНИЙ
Глава VII. Проектирование и строительство городов и поселков . . , 267
обп.пе положения (2С7). Стадии проектирования городов
л инженерных изысканий (268). Главные вопросы инже-
нерной iсологни при проектировании и строительстве
юродов (270). Основы инженерно-геологического райони-
рования 1 гр ритор ini при планировании городов (275).
Освоение неудобных территорий (278). Состав и методика
инженерных и «ысклпий для обоснования проектов пла-
нировки Юродов (280).
Глава VIII. Гражданские и промышленные здания и сооружения 285
Общие положения (285) Стадии проектирования и инже-
нерных изысканий (28G). 11|1жс||(*рпп-г<*ологи*)ескнс иссле-
дования для выбора ci рои (ел! пой площадки (286). Состав
и методика инженерно-! еоли! ических исследований на
4
стадии выбора площадки для строительства (287) Выбор
площадки для строительства (289). Детальные инженерно-
геологические исследования на выбранной строительной
площадке (290)* Геологические условия строительства
гражданских и промышленных зданий и сооружений
(294). Особенности поведения горных пород в основании
фундаментов зданий и сооружений (295). Виды естественных
оснований (308). Определение глубины заложения фун-
даментов (310). Определение давления на горные породы,
гл.11 мыцпе естественные основания зданий и сооружений
(!ПИ) Прогноз осадок зданий и сооружений (325). Оценка
усю(|чнноси! зданий и сооружений (329). Условия вскры-
•ши коиюванов для фундаментов (332). Геологические
условия применения свайных фундаментов (335). Инже-
нерные мероприятия для повышения устойчивости зданий
н сооружений и обеспечения нормальных условий их
строительства и эксплуатации (338). Состав и методика
инженерных изысканий иа выбранной строительной
площадке (310).
I J । и । IX. Ж' Лсшыс н автомобильные дороги........................... 845
Введение (315). Стадии проектирования и инженерных изы*
ск.шлй (3(7). Инженерно-геологические исследования при
выборе । рассы дороги (348). Состав и методика инженерных
п при выборе трассы дороги (353). Детальные
iiiuivriirpiio-ггологнчсскне исследования для обоснования
и хпнч<чк<1|о проекта дороги (361). Инженерно-геологи-
•нч кис условия строительства дороги на участках выемок
|М>*| Ihoiteiicpiio ।rojini iriecKiK* условия строительства
Д|>1>о)н ни у>|И<-псих h i4 i.iiм-ll (3G(i). Cocihd и методика
пи »<» нерпын и *1.н 1ОН1ПЙ дли обоснования технического
npiM-hii 1ГМЛЯ1Ю1О полоны дороги (384).
I Л .1 и >i X М<н юные Переходы........................................... 891
общие положения (391). Стадии проектирования и инже-
нерных изысканий (393). Инженерные изыскания для
выбора места и трассы мостового перехода (395). Задачи
д<-ильных инженерных изысканий иа участке, выбранном
для размещения мостового перехода (398). Особенности
геологических условий строительства фундаментов опор
мостов (399). Состав и методика инженерных изысканий
для обоснования технического проекта мостового пере-
хода (461).
1 л । и а XI. Гидротехнические сооружения................................... 404
Общие положения (404). Стадии проектирования и инже-
нерных изысканий (407). Инженерно-геологические иссле-
дования для обоснования схемы комплексного использо-
вания реки (408). Инженерно-геологические исследования
для обоснования выбора створа проектируемого гидро-
узла (416). Задачи инженерио-геологических исследова-
ний для обоснования технического проекта гидроузла (423).
Сооружения гидроузла (424). Силы, действующие па пло-
тину, и исходные положения для проверки ее устойчивости
(429). Требования к горным породам основания плотни
(433). Строительство плотин на скальных и полускаль-
ных горных породах (434). Оценка скальных и полускаль-
ных горных пород как оснований гидротехнических соору-
жений (434). Главнейшие особенности скальных и полу-
скальных пород, определяющие условия строительства
иа них гидротехнических сооружений (435). Строитель-
ство гидротехнических сооружений на рыхлых несвязных
и мягких связных породах (444). Фильтрационные явления
в зоне влияния плотин (450). Гидротехническое строи-
тельство в районах распространения многолетней мерзлоты
(453). Устойчивость склонов речных долин на участках
примыканий плотни (458). Улучшение свойств горных
пород в основании сооружений и на участках примыканий
плотин (460). Ииженерно-геологическне условия террито-
рий водохранилищ (465). Состав и методика инженерных
изысканий для обоснования технического проекта гидро-
узла (472).
Список литературы.............................................. 479
Л|чдмсП1ый указатель ............................................ 493
5
ww .twirpx.cew
ПРЕДИСЛОВИЕ
Инженерная геология как самостоятель-
ная область науки о Земле начала оформляться в 1929 г., когда
вместо Отдела подземных вод Геологического комитета был учреж-
ден Центральный институт гидрогеологии и инженерной геоло-
гии. В нем наряду с другими отделами был организован отдел
инженерной геологии. Позже инженерная геология вышла да-
леко за рамки Геологического комитета и успешно развивалась
также другими многочисленными ведомствами и организа-
циями 12, 3].
В связи с широким развитием инженерно-геологических
исследтвапий гыявилась большая потребность в кадрах, способ-
ных их выполнять на высоком научном уровне и разрабатывать
теоретические и методические вопросы. Для подготовки таких
кадров в ряде высших учебных заведений были организованы
специальные отделения и кафедры. Впервые они были открыты
в 1929—1930 учебном году в Ленинградском горном и Московском
геологоразведочном институтах. На этих кафедрах сосредото-
чились ведущие научные силы страны, которые наряду с подго-
товкой кадров вели большую научно-исследовательскую работу.
Кафедры инженерной геологии тогда являлись постоянно дей-
ствующими научными центрами, занимающими ведущую роль
в развитии инженерной геологии. Таким образом, в 1979 г. испол-
няется 50 лет инженерной геологии как самостоятельной геоло-
гической науки.
Инженерная теология выделилась из геологии как определен-
ная область знаний в результате насущных потребностей прак-
тики социалистического строительства, когда было накоплено
достаточно много материалов, сделаны обобщения и сформулиро-
ваны ее предмет п задачи. Этому предшествовали исследования
и замечательные работы крупнейших геологов нашей страны:
В Л. Обручева, Д. Л. Иванова, А. II. Павлова, Ф. IO. Левин-
сон-Лессинга, В. В. Докучаева, И. С. Богданова, И. В. Мушке-
това, А. В. Львова и многих других.
За сравнительно короткий период своего развития инженер-
ная геология претерпела существенные изменения по содержа-
нию и методам исследований. Из чисто описательной науки она
6
i i.i.i.i теоретической, конкретной, комплексной, тесно связанной
i практикой строительства. И какие бы изменения и отклонения
пн наблюдались в развитии инженерной геологии, основные ее
и.травления, определенные Ф. П. Саваренским и его коллегами
и \ч< пиками — Г. Н. Каменским, И. В. Поповым, В, А. Пргклоп-
< । им, II. В. Коломенским, — сохранились и продолжают разви-
П.11ЫЯ Основоположником ее является Ф. П. Саваренскпй
(I. 8| I91G гг.) — первый в истории этой науки действительный
член Лк.тдгмнп Паук СССР.
11| и ri.топлении инженерной геологии Ф. П. Саваренскпй
днл ю ное и четкое ее определение: «Инженерная геология яв-
лю и я отраслью [оологии, трактующей вопросы приложения
। чоки ни к инженерному строительному делу», а основными ее
пиач 1мп он считал «... изучать геологические процессы и фи-
нн <> и МП1ЧССК11С свойства горных пород, определяющие усло-
вия со 1|1сл< |1пя сооружений п направление инженерно-геологи-
ч<1|пх меропрняniii по обеспечению устойчивости естественных
к 1НПЫХ масс |(’>, <• 5- GI
I 11 kiiMcin i.itii t Ч1П.1.Ч, ‘но «пн/кенерпая геология как паука,
при HiiHiiinH i.ii\ziiui. целям |1нжс|1с| пою II с I ронтелыгого дела,
до 1 । н । нм< и. limn odioiiioH п конечной задачей выяснение и
|11\<1( |1не к ч ।< (1до| !!•:<•< кнх явлении, которые могут возникнуть
hi м(( io инпедепня сооружении и которые могут оказать на со-
оррк ппя и па условия производства работ по их строительству
i< или иные (5 шественные влияния. По существу, все виды ипже-
|к pun । оологических работ ведутся для решения этой основной
• 1Д.|1ш» II, с. 224 ].
В дом же, но более широком плане определял предмет инже-
нерной 1СОЛОГПП И В. Попов. Он считал, что «инженерную гео-
л<>| ню в теоретическом отношении следует рассматривать как
(нрасль юологни, изучающую динамику земной коры (глав-
ным образом ее самых верхних горизонтов) в связи с инженерной
деяюлыюстыо человека». П. В. Ионов подчеркивал, что «инже-
нерная геология, изучающая геологическую обстановку строи-
icjibcira и эксплуатации сооружений, исследует геологические
объекты» 15, с. 18].
В настоящее время инженерная геология занимает совершенно
(хобое положение в науке о Земле и, как видно из схемы, яв-
г.н к я одной из двух главных ее составляющих. И действительно,
। и- бы в пашей стране или в других странах ни проводились
। (((логические исследования на суше или на море, они всегда на-
правлены на решение одной из двух основных задач: 1) выявле-
ние, разведку, промышленную оценку месторождений полез-
ных ископаемых — рудных, нерудных, угля, нефти, газа и под-
земных вод и 2) изучение и оценку геологических условий строи-
i.ii.c।ва различных сооружений (городов, зданий, промышлен-
ных предприятий, гидроузлов, дорог, мостов, тепловых и атом-
ных электростанций, туннелей, аэродромов, портов, шахт,
7
WWW.WirpX.COTO
карьеров, скважин и др.), рациональное использование геологи-
ческой среды и ее охраны в связи с развитием геологических
процессов и явлений. Нет других задач у науки о Земле. Иссле-
дованием, разработкой и решением всех научных и практических
проблем и вопросов, связанных со второй задачей, и занимается
инженерная геология 131.
Наука о Земле
4-
I сими и» месторождений
полезных ископаемых — рудных,
нерудных, угля, нефти, газа,
подземных вод
Инженерная геология — о геологи-
ческих условиях строительства
сооружений, рациональном
использовании геологической
среды и ее охране в связи
с развитием геологических
процессов и явлений
t t г
А i
Науки о веществе земной коры —
кристаллография, минералогия, петрология
Ф
Науки об истории земной коры —
налеон юлогия, палеоботаника, историческая геология
t
Ф
Пауки о строении земной коры —
геофизика, структурная геология, тектоника
11з схемы видно, что обе главные составляющие науки о Земле
ра шпваюгся на базе фундаментальных геологических наук о ве-
mc4ine земной коры, ее истории и строении, и наоборот, геоло-
ны месторождений полезных ископаемых и инженерная геоло-
1ня пос ionium содействуют развитию фундаментальных на} к
своими открытиями и исследованиями минералов и минераль-
ных пора IOH.IIIIIH, изучением свойств горных пород и условий их
формирования, закономерностей развития геологических про-
цессов и явлений.
Н настоящее время инженерную геологию следует определять
кик науку о геологических условиях строительства сооружений,
рациональном использовании геологической среды и ее охране
в связи с развнтием геологических процессов и явлений. Таким
образом, четко определяется предмет инженерной геологии, ее
содержание, задачи н положение в пауке о Земле, в семействе
геологических паук. Самостоятельность инженерной геологии
8
by еЬГотЬ
*h tr отличие от других геологических наук состоят также в том,
по для решения стоящих перед него задач она широко исполь-
iyi । методы: геологический (естсственноисторического анализа),
11 и.нинческого подобия, экспериментальный, моделирования,
и роятостпо-статистический и расчетно-теоретический.
11роблемы инженерной геологии, связанные с изучением гео-
jini ичегких условий строительства сооружений и рациональным
и< iitt.ui, юваппем геологической среды, — это проблемы формиро-
। ппг.1 инженерно-геологических условий территорйй, физико-
Mtхиппческих свойств горных пород, возникновения и развития
। щ it ин ।венных геологических процессов и явлений, так и воз-
....кнцпх в связи со строительством сооружений, выполнением
(И| пых работ п хозяйственным освоением территорий; это про-
ь |гмы крпкрщв, характеризующих закономерности распреде-
н пни печлиородносгп п изменчивости инженерно-геологических
\t юниц н ррпк рий, организации геологического пространства,
iipi'iiitiin и у правления геологическими процессами и явлениями
в in и ном I in человека направленно.
II по в Ionin. । < р р и 11 >р и в, строить сооружения и произво-
ПП11. пи |< верные piifioii.i необходимо в сот вс к твии с существую-
IIIB tn 11 о ioi в'н > квмп условиями организации геологического про-
1 t| ни in.। I.ik можно сформулировать первое общее положение
пи 11 in рпоп п оло! пи —закон геологического соответствия. Второе
iTiiiit <• положение инженерной геологии—закон о необходи-
мое in ув.1,1 развития юологических процессов и явлений —
мо । во сформулировать так: инженерная деятельность чело-
11 । л 1олжпа основываться на знании законов и закономерно-
i н в p.i пин ия геологических процессов и явлений.
(нминцение опыта строительства сооружений и выполнения
ниже первых работ в тех или иных геологических условиях,
uni ini причин аварий и деформаций сооружений позволяют
«формулировать и третье общее положение инженерной геоло-
ни икон о необходимости детального изучения геологиче-
(1,ой (реды: при проектировании сооружений и использовании
ноло| пиеской среды инженерные изыскания должны обеспечи-
i.iii. выбор самых оптимальных инженерных решений и гаран-
। прова ть строительство и выполнение инженерных работ от
in якпх геологических неожиданностей.
Основными разделами инженерной геологии являются: инже-
|ц рп.1Я петрология, инженерная геодинамика, региональная
инженерная геология, специальная инженерная геология и инже-
нерная геология месторождений полезных ископаемых. Это глав-
ные (ложившиеся научные направления инженерной геологии.
11 р( iy.ni.гаю специализации и дифференциации .науки намечаются
в трутне направления: инженерная сейсмология, инженерное
м« р с ютоведение, мелиоративная инженерная геология и др.
I hoiiiпение и развитие новых научных направлений, широта и
гложпосп. проблем, к решению которых привлекается инженер-
9
Утгрх.сето
пая геология, — характерные особенности ее современного со-
стояния.
В учебнике рассматривается круг задач, вопросов и проблем,
составляющих содержание главной части курса инженерной гео-
логии — специальной инженерной геологии. В нем приводятся
основные положения о геологических условиях строительства
промышленных и гражданских зданий, городов, дорог, мостов,
гидроузлов и других сооружений. Геологические условия строи-
тельства определяются па основании изучения рельефа терри-
тории застройки, ее геологического строения, гидрогеологиче-
ских условий, распространения тех или иных типов горных по-
род, структурно тектонической обстановки и развития геологи-
ческих процессов и явлений. В это понятие также входят: изуче-
ние и оценка геологических условий выбора места расположе-
ния coopj жсш й, определение глубины их врезки в толщи горных по-
род, оценка состояния и свойств горных пород и параметров под-
земных вод, выбор исходных расчетных данных и схем, прогноз
устойчивости сооружений, развития геологических процессов,
явлении и устойчивости территорий, а также выбор инженерных
мероприятий, обеспечивающих долговечность и нормальные
условия эксплуатации сооружений, использования территорий
и геологической среды в целом [4 J.
В специальной инженерной геологии рассматриваются также
принципы рациональной организации и методики инженерных
изысканий на всех стадиях проектирования сооружений и освое-
ния территорий. Ее теоретической основой в значительной сте-
пени являются инженерная петрология, инженерная геодинамика,
региональная инженерная геология и перечисленные выше об-
щие положения (законы), основанные на качественных и коли-
чественных обобщениях многочисленных наблюдений и исследова-
ний, опыта инженерных изысканий и строительства сооружений.
Заметим, что часто допускают ошибку, когда не выделяют
специальную инженерную геологию как раздел инженерной гео-
логпи, как ее научное направление, или называют ее «методикой
инженерно-геологических исследований». Это не соответствует
содержанию н задачам инженерной геологии в целом, лишает ее
само! ГОЯ1СЛЫЮСТН. Необходимо ясно представлять, что ее раз-
делы: инженерная петрология -— о природе свойств горных по-
род, инженерная геодинамика—об условиях развития геоло-
гических процессов и явлений и региональная инженерная гео-
логия — о формировании инженерно-геологических условий
территорий — это основа для решения главных задач инженер-
ной геологии, paecMaipnnacMbix в специальной инженерной гео-
логии. Методы н методики соответствующих исследований рас-
сматриваются в каждом разделе, но не они определяют их глав-
ное содержание, хотя и являются важным средством для получе-
ния информации о свойствах горных пород, геологических про-
цессах, об инженерно-геологических условиях территорий.
10
Г by <Morb_ert
11и ли 111 ii.Bi геология, являясь областью геологических зна-
111 и развивается в тесном соприкосновении с пауками техни-
ки ними с тронтельными • н горными, так как геологические
I hi'Himii «и всегда приходится решать в инженерном аспекте.
Цо лому в i in ипальной инженерной геологии широко исполь-
п । я по, ил < пня и методы механики горных пород, динамики
по । к 1ПЫХ и I. инженерных сооружений и других наук.
। phi, । опрос ы и проблемы, решаемые специальной пиже-
III । и и 11 <>./ । и> и, 10(110 связаны с охраной окружающей среды
и in юм I leno IMO/KHO представить себе природную окружающую
и н । ] । чу н осущес шляемые мероприятия по ее охране вне связи
н‘11,1 ник юн (pi он Поэтому в учебнике уделяется соответ-
|ц\юп|| । ним.ни.с и лим вопросам.
। >п'in । и npiiiioi теологических условий строительства со-
ор v а । и и п । гл i.i |ел1 по должны основываться на количествен-
ны inn linn inc и p.icneiax Вог почему в каждом разделе учеб-
iiiii । по ио । io । tiiii । и уделяется внимание использованию дей-
II ioihux < ipoiio и iit.i норм и правил» (СНиП), количествен-
ны ЦОЮ11 и и п. ipiiiipniii и методов расчета.
Нрн р । и>< || < курса и юр o.i н|ров.|лся па результатах но-
|ч iiuinv о opt । п'к । i.iix in еледопаппп в области инженерной гео-
..... и смежных и.iy к, практики инженерных изысканий и опыта
|||1м । nipoi .iiiii-.i, ( । рои Н Л1.С1В.Т и эксплуатации различных со-
пру /I । ппп I |о ному приведенные в учебнике примеры, так же как
и hiкря।ура, относятся по времени преимущественно к послед-
ним In IS годам. Обьсм учебника не позволил рассмотреть гео-
U । uni ( кие условия строительства всех типов сооружений, однако
дли iданных из них это сделано и может быть использовано как
при (р при изучении геологических условий строительства
друI их.
В основу учебника положен курс лекций, который автор чи-
|.н । в Ленинградском горном институте для студентов специаль-
ное ги < I napoiеологня и инженерная геология».
Автор приносит благодарность проф. Г. К. Бондарику и кол-
I лекгпву руководимой им кафедры инженерной геологии МГРИ,
проф Г. Г Скворцову и доц. С. В. Дроздову за просмотр руко-
писи и сделанные замечания и пожелания. Подготовка рукописи
к |||данпю была бы невозможна без большой и постоянной по-
мощи А М. Ломтадзе.
Автор будет искренне благодарен за все замечания и поже-
11ИПЯ, которые просит присылать по адресу: 199026, Ленинград,
’I я ливня, д. 2, Ленинградский горный институт, кафедра ппже-
IH [ нон геологии.
I .
.twirpx.cem
РАЗДЕЛ ПЕРВЫЙ
МЕТОДЫ инженерных изысканий
для СТРОИТЕЛЬСТВА
ГЛАВА I
ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ
ИССЛЕДОВАНИЯ
И ИХ ЗАДАЧИ
Инженерно-геологические исследования —
составная часть инженерных изысканий для строительства
Почти любая сколько-нибудь значительная народнохозяйствен-
ная техническая идея непосредственно или косвенно реализуется
через строительство сооружений или хозяйственное использо-
вание территорий, которое также связано с выполнением строи-
тельных или других инженерных работ. Строительству сооруже-
ний всегда предшествует их проектирование, выполняемое на
материалах геодезических, инженерно-геологических, гидроло-
гических и других изысканий. Следовательно, инженерно-геоло-
гические исследования являются составной частью инженерных
изысканий для строительства, частью подготовительных работ
при проектировании и строительстве любых сооружений и вы-
полнении инженерных работ.
Задачей инженерных изысканий для строительства является
изучение природных, и в том числе инженерно-геологических,
условий района или площадки расположения сооружений для
получения необходимых исходных данных, обеспечивающих раз-
работку технически правильных и экономически наиболее целе-
сообразных решений при проектировании и строительстве [29].
Районы размещения новых объектов строительства, а также
реконструкции и расширения существующих определяются пла-
нами развития народного хозяйства каждой республики, края,
области п страны в целом на основании выполнения соответ-
ствующих экономических и социологических исследований, кото-
рые служат основой для составления схемы комплексного исполь-
* Инженерно-геологические исследования с целью обоснования проектов
сооружений и инженерных работ называют также инженерными изысканиями.
12
I
ini шин природных богатств, освоения территорий, рек и т. д.
Инженерно-геологические исследования выполняются для ре-
пн ним разнообразных задач. При последовательном плановом
прчск । проваппн крупных объектов они выполняются в следую-
щих целях:
и) более полного технико-экономического и инженер но-гео-
jiniнчсского обоснования проектов строительства первоочеред-
ник объектов, выбранных на основании разработанной схемы
। омплексного использования природных богатств того или иного
района, его территорий и т, д., рационального использования
окружающей и в том числе геологической среды, ее охраны, охра-
ны жизни и деятельности человека и создаваемых им цен-
ное гей в виде сооружений, зданий, промышленных предприятий
н комплексов от вредного воздействия разнообразных геологи-
чг< кпх процессов и явлений;
б) уточнения расположения объекта строительства на выбран-
ном участке и детального инженерно-геологического обоснова-
ния его проекта, условий строительства, устойчивости, стои-
мости и условий эксплуатации сооружений (в том числе и тех,
которые предназначаются для защиты территорий и сооружений
от опасного воздействия геологических процессов и явлений);
в) уточнения отдельных деталей инженерно-геологических усло-
вии, влияющих на производство строительных, горных и других
работ, устойчивость сооружений и условия их эксплуатации.
При нормальном развитии исследований инженерно-геологи-
ческие условия района проектируемых сооружений изучаются
в определенной последовательности от общего к частному. В со-
ответствии с этим единый процесс инженерно-геологических
исследований делится па стадии. ЛЪатериалы, полученные на
каждой стадии, служат обоснованием проекта того или иного
сооружения на соответствующей стадии его разработки.
Инженерно-геологические исследования выполняются по
программе или проекту производства работ, составляемым изы-
скательской организацией на основании технического задания,
выдаваемого проектной организацией. Техническое задание на
и «ыскания должно быть составлено с учетом стадии проектиро-
1.ШИЯ и направлено на получение полного комплекса исходных
данных, необходимых для проектирования [291. Оно должно
ориентировать изыскателей на наиболее целесообразное распо-
ложение сооружений, в зависимости от их назначения, конструк-
явных особенностей, вариантов компоновки и параметров, ка-
(.пощнхея глубины врезки, величины и характера нагрузок и др.
В задании должны быть указаны потребности в видах и объемах
минеральных строительных материалов, а также в воде для вре-
менного или постоянного водоснабжения.
Стадии проектирования сооружений и произ-
|ч|,'к ши инженерно-геологических исследований. Многолетний
oiii.ii (. ССР и зарубежных стран показывает, что проектирование
13
vVWW.tWftpx.coi»
сооружений следует вести последовательно, добиваясь оптималь-
ных решений при наименьших затратах сил, средств и дефицит-
ных материалов. В настоящее время в Советском Союзе принята
в качестве основной двухстадийная система проектирования.
На первой стадии составляется технический проект, па вто-
рой — рабочие чертежи.
В районах, вновь осваиваемых, для выяснения общих пер-
спектив строительства, а также при проектировании крупных и
сложных объектов, имеющих особо важное народнохозяйствен-
ное значение, перед техническим проектированием производят
работы по технике экономическому обоснованию (ТЭО) намечае-
мого первоочередного строительства. Эти предпроектные работы
в зависимости от вида строительства могут иметь разный харак-
тер п даже название, по назначение их в общем одно и то же:
дать технико-экономическое обоснование целесообразности строи-
тельства первоочередного объекта и установить основные техни-
ческие параметры сооружения для проектирования. Так, напри-
мер, при проектировании гидротехнических сооружений в пред-
ироектные работы входят составление схемы комплексного ис-
пользования реки для энергетических целей, улучшения судо-
ходства, ирригации, водоснабжения, защиты от наводнений и
др. п технико-экономическое обоснование строительства перво-
очередного объекта. При проектировании крупных дорожных
магистралей в предпроектные работы входит составление тех-
нико-экономического обоснования (ТЭО) целесообразности строи-
тельства или реконструкции дороги, выбора направления трассы
и технических параметров проектируемой дороги. При проек-
тировании строительства и реконструкции городов и поселков
городского типа в предпроектпый период составляют генераль-
ный план города и пригородной зоны, выбирают район перво-
очередной застройки и устанавливают его параметры.
Собственно техническое проектирование сооружений начи-
нается с составления технического проекта. Технический проект
сооружений — это основной документ, по которому выполняется
строительство. При его составлении уточняют расположение
сооружений на выбранной строительной площадке, определяют
их типы, конструкцию и параметры, компоновку, окончательно
оценивают устойчивость, условия строительства или горных
работ, стоимость сооружений, сроки строительства и условия
эксплуатации. Па стадии технического проектирования обосно-
вывают все мероприятия, обеспечивающие полную устойчивость,
долговечность сооружений и безопасность их эксплуатации.
На стадии составления рабочих чертежей производят плано-
вую и высотную привязку проектируемых сооружений на мест-
ности и уточняют детали природных условий и отдельных техни-
ческих решений, которые могут повлиять иа устойчивость соору-
жений, организацию производства строительных и горных ра-
бот и др. Такие работы в значительной части выполняются в пе-
14
I no I <iроптельства. Поэтому в проекте предусматривают также
। он । роль — авторский надзор за ними, а также документацию
। । рои Юлиных котлованов, горных выработок и выполнение
в них разнообразных опытных работ с целью получения иеоб-
мпнмых данных для уточнения расчетных параметров сооруже-
нии, их конструктивных особенностей и других технических
р< 111Г11НН.
11рп планировании массового строительства несложных объек-
|он < использованием типовых проектов или при повторном ис-
пои ЦШ.1ППП индивидуальных проектов проектирование соору-
। пий Ч.1СК) недуг в одну стадию, на которой составляют техно-
। iifioHiin проем. В этом случае одновременно решают вопросы
о ж lie р.ц нолож! нпя сооружения, его основных технических
iinp.iMi ipax и i loiiMOi in. Вели )же имеются схема комплексного
и п>> н loii.tiiiui природных богатств того или иного района или
। п pin Huii и । in p.i шигпя города, то повторного технико-
IIIIIIHMII4111 Hili оол 111Н1.1Н11Я не производят, а после возведения
ш । in o’ti |i nioio noi.i । ii i lino in як >г с грон юльство следующего
в । iii । и и ин i pu ip.u uuniiofi схемой.
I и in i ii iiiihii i i о хин ни ii*it 11 .bi последовательность проек-
ni|iiii inn । । iinp\zhcHiiii. ( Jii.i включает в себя выполнение пред-
iipoi । ни ix и Прониных работ. В соответствии с этим и ннже-
III рнп in и iipiecKiie исследования ведутся стадийно (см. схему).
iiflin in схема 1ыдни инженерно-геологических исследований
< 1.1ЛПН инженерно-геологических исследований
Г< х пико-экономическое обоснование (ТЭО) обычно состав-
лясня по литературным и фондовым материалам и сопровож-
д.н гея рекогносцировочными инженерно-геологическими и дру-
i ими исследованиями с целью изучения природных условий и
пер<пектин развития того или иного района. Такие исследования
15
.Штгрх.сото
позволяют определить хозяйственную необходимость и экономи-
ческую целесообразность строительства. Рекогносцировочные
инженерно-геологические исследования позволяют более обосно-
ванно определять районы возможного расположения объектов
строительства и выбирать наиболее перспективный первоочеред-
ной район. Для некоторых видов строительства, например
гидротехнического, по материалам рекогносцировочных инже-
нерно-геологических исследований уточняют литературные и
фондовые данные, и эти материалы служат обоснованием ком-
плексного использования реки, а при проектировании городов —
генерального плана их застройки или развития.
Получив таким образом представление об особенностях инже-
нерно-геологических условий территории и выявив наиболее
перспективный район расположения сооружений, приступают
к выполнению предварительных инженерно-геологических
исследований для обоснования технико-экономического сравне-
ния вариантов места расположения сооружений и выбора опти-
мального в данном районе.
Предварительные инженерно-геологические исследования вы-
полняют на каждом конкурирующем участке в рассматриваемом
районе для выбора одного из них. Поэтому при проведении этих
исследований главное внимание уделяют тем важнейшим осо-
бенностям природных условий, которые являются определяю-
щими при выборе места расположения сооружений в данном
районе. Если для какого-либо объекта ТЭО не составляют, то
предварительные исследования для выбора места расположения
сооружений и предварительной оценки условий их строительства
выполняют па первом этапе инженерно-геологических изыска-
ний для обоснования технического проекта. Предварительные
исследования выполняют также и тогда, когда выбор места рас-
положения сооружений уже предопределен и надо получить
только некоторые исходные данные для начала проектирования.
Такие условия часто создаются в тех случаях, когда генераль-
ный план уже составлен. Например, проектируется строитель-
ство мостового перехода в городе, для которого расположение
магистралей, кварталов застройки и т. д. уже определено, так же
как и место створа мостового перехода. В этом случае обоснова-
ние выбора места расположения мостового перехода отпадает,
но необходимы предварительные данные для начала проектиро-
вания.
Итак, предварительные инженерно-геологические исследо-
вания в зависимости от индивидуальных требований могут вы-
полняться для обоснования ТЭО или являться первым этапом
работ для обоснования технического проекта сооружений.
Выполнив необходимый комплекс предварительных исследо-
ваний для обоснования выбора места расположения сооружений
и предварительной оценки условий их строительства, приступают
к детальным инженерно-геологическим исследованиям на выбран-
16
пом учистке для обоснования технического проекта. Материалы
них исследований должны полно осветить весь комплекс ннже-
п> ] и > ।оологических условий района строительства сооружений
и |.п1> все необходимые исходные данные для проектирования.
Пи ним данным уточняют расположение сооружений на выбран-
или < i рои тельной площадке, окончательно определяют их компо-
iinhi.y, ।лубину врезки, расчетные параметры свойств горных
пород, условия производства строительных и горных работ,
\< тонн..«и. сооружений, разрабатывают комплекс мероприя-
1*п|, обеспечивающих устойчивость, долговечность сооружений,
n< uniat носи, их эксплуатации и защиту окружающей среды.
Mi и риалы легальных изысканий должны содержать данные
о вн ii\, taii.icax и качестве строительных материалов тех место-
ро । к пин, на которых будет базироваться стройка, а также
попик ой условиях постоянного или временного водоснабжения
Ирш । । нруемою обьскга.
Inin piiiaiiuiiiiM паном инженерных изысканий являются до-
11<< |Н111« пан к iiioKt'iirpiio |гол<>| пческпе исследования. Они
not 1’1110 III nut III t|o|( II IKK ЛС pat i Mol рения и утверждения техни-
•iitioiti про< । i । o’liioiipcMriiiio c производством строительных
paAoi a iii уточнения некоторых технических решений. На этом
tiiiin и н.п капни проводит также документацию строительных
। to loiHHioii, торных нырлботок, ведут в них опытные работы,
opi uni i\пн (in НИ.1Л1.ИЫС наблюдения за осадками сооружений
11 ар Mi icpii.i на дополни тельных исследований служат обосно-
ванием рабочих Чертежей.
I ai.oiio нормальное развитие ппжеперпо-геологнческих иссле-
дивший при проек । пронации и строительстве сооружений, их
। ими И1.НИ1 и ,хо 1Я11сгпс1111ом освоении территорий. В отдельных
1Т\ч1ях i.iis.oi нормальная последовательность развития иссле-
ДпНппнП MTOKei II (Меня I ВСЯ
Инженерно 1СОЛО1 нческис условия И последо-
1111 II II.Ши II. их II ly nciiiiii. 11од инженерно-геологическими усло-
вна in и ppiiiopiin следует понимать всю совокупность природ-
1111 но..... условий, которые определяют планирование
Р । *Mt пн пня in них различных видов строительства, рациональ-
но! in ноль iint.iiiiie этих территорий, выбор районов и мест рас-
цо |о 11 пня различных сооружений, устойчивость и нормальную
их пл плуаi.iiuiio и условия производства строительных и гор-
них работ. I политические условия в данном случае называются
Innin in pno-i оологическими, потому что их изучают и оценивают
и пи iciupiioM .ц некте, а прогноз изменений геологических усло-
вий пи 1.П1ЛЯЮГ в связи со строительством сооружений и выпол-
нением инженерных работ.
1’.,1Ж11епп1нм элементом инженерно-геологических условий той
или иной территории являются горные породы, участвующие в ее
1еол<п и песком строении, предопределяющие характер рельефа,
ра шитпе геологических процессов, распространение подземных
17
.Штгрх.сото
вод н месторождений полезных ископаемых. В то же время гор-
ные породы служат естественным основанием для различных со-
оружений, средой для них и строительным материалом. Поэтому
при описании и оценке инженерно-геологических условий регио-
нов, областей, районов и участков необходимо в первую очередь
показать закономерности распространения на них горных пород,
обладающих различным составом, строением и физико-механи-
ческими свойствами. Описание и оценка различных генетических
Важнейшие элементы
инженерно - геологи ческах
условий
Инженерно - геологические исследования
рекогносцировочные предварительные
детальные
дополнительные
Рис. 1-1. Схема последовательности изучения важнейших элементов инженерно-геоло-
гических условий.
п петрографических типов горных пород в инженерно-геологи-
ческом плане приводятся в курсе «Инженерной петрологии» 1171.
Соответствующие сведения о горных породах приводятся также
в учебниках, строительных нормах и правилах и методических
указаниях [4, 11, 16, 29, 31].
При пнжсперпо-геологическнх исследованиях устанавливается
определенная последовательность в изучении природных эле-
ментов ппжсперпо-гсологичсских условий. Па рис. 1-1 показана
схема последовательности изучения важнейших элементов инже-
нерно-геологических условий на разных стадиях изысканий *.
На схеме ширина горизонтальной полосы указывает на сравни-
тельную роль получаемой информации в оценке инженерно-
геологических условий территорий и решении инженерных за-
дач на каждой сгадпн изысканий.
На стадиях рекогносцировочных и предварительных иссле-
дований первостепенную информацию об инженерно-геологи-
ческих условиях обычно получают при полевом изучении рельефа
местности, а также при изучении топографических, аэрофото-
* Идея построения графиков, подобных изображенным на рис. 1-1 и 1-3,
принадлежит Н. А. Зенкову.
18
( ьсмочных и других геоморфологических материалов. Часто от-
дельные формы рельефа и особенности рельефа местности в це-
лом позволяют судить о ее геологическом строении, о распростра-
нении геологических процессов и явлений, об их опасности для
существующих н проектируемых сооружений.
На начальных стадиях изысканий, когда решаются задачи,
связанные с составлением схемы использования территорий,
выбором места расположения строительной площадки, трассы
дороги, мостового перехода и других участков, рельеф и рас-
пространение геологических процессов, его формирующих, яв-
ляются ведущими мотивами, позволяющими решать инженер-
ные задачи. В курсе «Инженерной геодинамики» [18] уже было
показано, что условия строительства сооружений на террито-
риях распространения тех или иных геологических процессов
и явлении специфические, они регламентируются в каждом от-
дельном случае специальными строительными нормами и пра-
вилами 127, 28, 30, 321.
Из рис. 1-1 видно, что геологическое строение и гидрогеоло-
гия также являются важнейшими элементами ппженерно-геоло-
гнческнх условий и их изучение производят на всех стадиях
инженерных изысканий. Однако площадь, па которой выпол-
няются их исследования, и степень детальности изучения на каж-
дой стадии различны.
На начальных стадиях изысканий, на основании изучения
фондовых и литературных материалов и выполнения съемки
(мелко- или среднемасштабной) важно получить ясное представ-
ление о геологическом строении и структурах района в целом,
стратиграфическом и гидрогеологическом разрезе геологических
образований, его слагающих, чтобы обосновать схему комплекс-
ного использования территории и выбрать наиболее оптимальный
вариант размещения первоочередного объекта, а в дальнейшем
правильно интерпретировать материалы более детальных иссле-
дований, выполняемых на отдельных участках.
11а этих стадиях детально изучают геологическое строение и
гидрогеологические условия участка, площадки. В результате
этого изучения не должно остаться неясных вопросов о порядке
напластования горных пород, условиях их залегания, о глубине
залегания и мощности каждого слоя, горизонта или пачки, о па-
раметрах водоносных горизонтов, зон и комплексов (глубина
появления воды, установившийся уровень, напор, водопрони-
цаемость пород и др.). Такие данные получают в результате вы-
полнения крупномасштабной или детальной съемки, разведоч-
ных и опытных работ, стационарных наблюдений и др. О физико-
механических свойствах горных пород на начальных стадиях изы-
сканий судят по их петрографическим особенностям, тогда как
па последующих стадиях выполняют специальные лабораторные
и полевые исследования, в результате которых получают не только
обобщенные, но и расчетные показатели свойств горных пород.
19
Представления о распространении месторождений полезных
ископаемых, в том числе минеральных строительных материалов,
вначале получают по общегеологическим данным из литератур-
ных и фондовых источников, а затем, на стадиях предваритель-
ных и детальных исследований, для крупного строительства про-
изводят поиски н разведку месторождений строительных мате-
риалов, оценку их запасов, пригодности (качества), условий
вскрытия и разработки. Заметим, что если из основных элемен-
тов инженерно-геологических условий исключить хотя бы один,
то мы не сможем дать полной характеристики и оценки этих усло-
вий и правильно решить инженерные задачи.
Из этого правила может быть только одно исключение. При
инженерных изысканиях для массовых видов строительства в го-
родских или крупных промышленных районах поиски и разведку
месторождений строительных материалов обычно не производят,
строительство обеспечивается строительными материалами в цен-
трализованном порядке из существующих разведанных и разра-
батываемых месторождений.
При проектировании отдельных крупных сооружений (гидро-
узел, метрополитен, новая дорога и др.) обеспечение их необхо-
димыми минеральными строительными материалами — задача
первостепенная. Наличие в районе строительства тех или иных
минеральных строительных материалов часто определяет тип,
конструкцию сооружения, иногда возможность его расположе-
ния в данном месте, и всегда влияет на стоимость его строитель-
ства. Например, если на выбранном участке для строительства
плотины имеются необходимые для намыва или отсыпки горные
породы, ее будут возводить из этих строительных материалов,
в противном случае она должна быть бетонной.
При проектировании крупных сооружений нередко прихо-
дится изучать не только месторождения минеральных строи-
тельных материалов, но и инженерно-геологические условия ме-
сторождений других полезных ископаемых с целью оценки воз-
можного влияния проектируемого сооружения на условия их
разработки или, наоборот, оценки влияния горных выработок
на устойчивость проектируемых сооружений и окружающую
геологическую среду. Заметим, что специальное изучение инже-
нерно-геологических условий месторождений полезных ископае-
мых — рудных, угольных, горно-химического сырья и др. —те-
перь производят во всех случаях, когда проектируют для их
разработки такие сооружения, как шахты и карьеры.
Из сказанного следует, что инженерно-геологические иссле-
дования всегда являются комплексными в связи с необходимостью
изучения комплекса природных элементов. Уметь должным обра-
зом изучить каждый из элементов инженерно-геологических
условий на той или иной стадии инженерных изысканий — за-
дача каждого, кто их выполняет. Это показатель технической
правильности организации и качества выполнения инженерных
20
изысканий. При этом всегда полезно помнить указания
Ф. П. Саваренского: «... инженер-геолог, чуждающийся геологии,
ничего не стоит, никакой пользы от него быть не может».
Неоднородность и изменчивость инженерно-
геологических условий территорий. Инженерно-геологические усло-
вия территорий могут отличаться неоднородностью и изменчи-
востью. Поэтому рациональная система инженерных изыска-
ний должна как бы соответствовать природным условиям,
т. е. обеспечивать возможность выявления и изучения их неод-
нородности и изменчивости и позволять по признакам сходства и раз-
личия выделять отдельные однородные участки с определенным
рельефом, геологическими образованиями, процессами и явле-
ниями, оценивать условия строительства на них сооружений, рацио-
нально использовать геологическую среду и разрабатывать спо-
собы ее охраны. Только на основе рациональной системы изы-
сканий можно определять все то, что является главным, харак-
терным, типичным для той или иной территории или отдельных
ее частей и производить типизацию территорий (см. гл. II). Вы-
явление и оценку закономерностей распределения характера
и степени неоднородности и изменчивости инженерно-геологи-
ческих условий территорий надо считать ведущим мотивом си-
стемы инженерных изысканий на всех стадиях. Действительно,
если бы инженерно-геологические условия по площади и на глу-
бину не отличались неоднородностью и изменчивостью, было бы
достаточно просто выполнять инженерные изыскания и давать
геологическую оценку условий строительства сооружений. По-
лучив данные в некотором одном месте, их можно было бы рас-
пространять на значительные расстояния. Однако так поступать
в решительном большинстве случаев не представляется возможным.
Неоднородность и изменчивость инженерно-геологических
условий той или иной территории могут быть обусловлены неод-
нородностью и изменчивостью форм рельефа, геологического
строения, состава, состояния и свойств горных пород, распростра-
нения подземных вод и геологических процессов. Здесь важно
учитывать, что когда говорят о неоднородности, т. е. не об одном
роде каких-то объектов, процессов и явлений, то это понятие надо
связывать с наличием между ними границ явных, четких, посте-
пенных, расплывчатых или предполагаемых. В этом плане со-
вершенно правильная мысль была высказана Д. А. Родионо-
вым [25] о том, что однородное пространство является математи-
ческой моделью таких геологических объектов, в которых прове-
дение каких-либо границ не имеет смысла, так как разделение
этого объекта па более мелкие участки не приведет к различиям
в комплексе признаков.
В неоднородной среде при выделении разного рода объектов,
процессов и явлений необходимо учитывать их важнейшие осо-
бенности, существенно определяющие их индивидуальность и
оценку в инженерном аспекте. Например, в долине реки выде-
21
~twtrpx.com
ляютея элементы рельефа разного рода—водоразделы, склоны,
террасы и др.; в геологическом разрезе выделяются толщи, го-
ризонты, слои, зоны горных пород различного стратиграфиче-
ского, генетического и петрографического рода; в неоднородной
горной породе выделяются частицы разного размера и т. д.
Заметим, что неоднородность, предопределяющая проведение
границ, не всегда устанавливается сразу, а по мере накопления
необходимых фактов. Например, в долинах рек окончательная
стратификация террасе устанавливается после того, как изучено
их строение. Следовательно, первоначального их выделения по
морфологическим признакам недостаточно. Другой пример:
в толще лёссовых пород отдельные их зоны или горизонты могут
обладать существенно различной просадочностью. Поэтому,
выделив первоначально (па начальных стадиях изыскании) как
будто однородную толщу лёссовых пород, при последующем изу-
чении (при более детальных исследованиях) уточняют ее неод-
нородность и различают в ней зоны или горизонты по степени
просадочности, т. е. по признаку, очень важному для инженер-
ной оценки этих пород.
Неоднородность инженерно-геологических условий может
иметь закономерный и незакономерный или, точнее, условно
незакономерный характер проявления в пространстве и во вре-
мени. Например, водоразделы отделяются от склонов долин,
в основании которых, как правило, развиты речные террасы.
Такое пространственное расположение элементов рельефа раз-
ного рода закономерно п связано с геологической историей фор-
мирования долины.
На Русской равнине в направлении с севера на юг наблюдается
смена ледниковых (моренных) отложений водно-ледниковыми.
Такое пространственное расположение отложений разного рода
обусловливает разный характер геологического разреза в преде-
лах внутриледниковой (интергляциальной) и приледниковой
(перигляциальиой) областей, что вполне закономерно и связано
с их геологической историей. В геологическом разрезе осадочных-
толщ часто наблюдается смена обломочных пород глинистыми,
а последних карбонатными Такая пространственная (и соответ-
ственно временная) смен i горных пород закономерна и также свя-
зана с особенностями геологической истории, осадочного процесса.
Неоднородность в пространстве может иметь и незакономер-
ный характер проявления. Например, в ледниковых (моренных)
отложениях валуны н глыбы распространены обычно незаконо-
мерно. В осадочных [юродах нередко наблюдается большая слож-
ность геолог и чес ко i-о разреза, обусловленная частым и непра-
вильным (по простиранию н мощности) переслаиванием пород
различного петрографического состава, среди которых встре-
чаются породы неустойчивые и слабые.
Степень неоднородности инженерно-геологических условий
может быть различной: очень резкой, значительной, заметной и
22
уловимой только при использовании специальных методов иссле-
дований Эта последняя проявляется в непостоянстве, вариациях,
изменениях числовых значений показателей некоторых призна-
ков и свойств объектов, процессов и явлений в различных их
точках. Дпя такой степени неоднородности характерным
является отклонение отдельных показателей качеств, свойств,
признаков объекта в отдельных его точках от средних значений,
но не настолько значительное, чтобы было можно установить
его визуально. Поэтому такие объекты макроскопически выгля-
дят как бы однородными (квазиоднороднымн), и только при де-
тальном их изучении можно обнаружить изменения каких-то
Рис. 1-2. Диаграмма, кар: ьгерм-
зующая степень неоднородности
геологической среды е зависи-
мости от числа разделяющих ее
границ или общей их ирошжсп-
ности.
Степень неоднородности геоло-
гической среды: а — улавли-
ваемая специальными мето-
дами, b — заметная, с — зна-
чительная, d — очень резкая,
/ — /I — размеры территорий,
сопоставляемые с размерами
элементов геологической среды.
/ — 4—размер, объем отдельных
элементов геологической среды.
признаков и свойств от точки к точке. Следовательно, изменчи-
вость инженерно-геологических условий территорий, горных по-
род и других объектов есть вид их неоднородности, устанавливае-
мый при детальном изучении обычно специальными методами.
Надо отметить, что изменчивость различных геологических
объектов — элементов рельефа, горных пород, подземных вод,
геологических процессов н явлений — есть их природное свой-
ство. Например, поверхность какого-либо однородного склона,
его крутизна на разных участках по профилю всегда имеет
отклонения от среднего ее значения в связи с особенностями
развития процессов смыва и размыва. Состав, строение, состоя-
ние и свойства макроскопически однородных горных пород всегда
изменяются от точки к точке, а геологические процессы и явле-
ния — на тех или иных отрезках времени развития.
На рис. 1-2 * видно, что степень неоднородности до определен-
ного предела определяется числом границ (или общим их протя-
жением) па рассматриваемой площади среды. При этом чем больше
размер, объем среды, тем больше вероятность обнаружить ее
* При построении этого графика в какой-то мере применена диаграмма
структурной неоднородности Я. Б. Фридмана 133] и М. В. Раца [24].
23
'.WITpX.COTO
неоднородность, и наоборот, чем меньше размеры среды, тем
меньше эта вероятность. Здесь проявляется масштабный
эффект [17]. Когда размеры рассматриваемой территории, на-
пример строительной площадки, сопоставимы с размерами от-
дельных элементов неоднородной среды и эта площадка распола-
гается в пределах одного из этих элементов, она может считаться
однородной (рис. 1-2, al, а2 и др.; Ы, Ь2, ЬЗ). Когда степень
неоднородности среды достигает большего значения (рис. 1-2, d4),
отдельные составляющие ее элементы могут утрачивать свое
индивидуальное влияние и среда в целом становится однородной
или, точнее, квазиоднородпой.
Однако нельзя только так формально, т. е. в зависимости от
размеров, объема элементов среды, оценивать ее в инженерном
аспекте. Необходимо учитывать и качество отдельных элементов
среды (например, устойчивость, прочность, деформируемость,
водопроницаемость горных пород, ее слагающих), так как свой-
ства неоднородной среды в целом часто определяются отдель-
ными ее элементами. Так, например, при проектировании и стро-
ительстве гидроэлектростанции на р. Свирь на отложениях верх-
ней пестроцветной свиты верхнего девона Главного девонского
поля Русской платформы было установлено [15], что тонкие про-
слои мягких слабых глин определяют свойства всей толщи от-
ложений. Часто отдельная крупная трещина, тектоническое на-
рушение создают явную геологическую неоднородность.
Таким образом, неоднородность может проявляться различно
в зависимости от размеров, объема, расположения границ от-
дельных элементов в пределах геологической среды — геологи-
ческого пространства. Соответственно можно говорить об уров-
нях организации пространства или просто об уровнях неодно-
родности [5]. В основе выявления, характеристики и оценки
неоднородности геологических объектов, процессов и явлений
должны лежать геологические методы.
Однородность инженерно-геологических условий террито-
рий, например строительной площадки (рис. 1-3, а), опреде-
ляется в первую очередь однородностью рельефа, т. е. располо-
жением ее в пределах одной с|юрмы рельефа, и однородностью
геологического разреза в ее пределах, т. е. малым числом петро-
графических типов горных пород, ее слагающих, одинаковой
последовательностью их напластования, выдержанностью за-
легания горизонтов, слоев и зон по мощности и простиранию,
однородностью состава, строения, физического состояния, проч-
ности, деформируемости и водопроницаемости распространенных
здесь типов горных пород. Однородность инженерно-геологи-
ческих условий определяется также одинаковой глубиной зале-
гания уровня подземных вод и одинаковым их химическим со-
ставом в пределах всей изучаемой территории, одинаковой мощ-
ностью, водообильностыо и режимом водоносных комплексов,
горизонтов и зои. Естественно, что изучение однородности геоло-
24
гического строения и гидрогеологических условий проводится
до глубины зоны влияния сооружений, инженерных работ или
технологических процессов.
Любые отклонения от таких инженерно-геологических усло-
вий будут обусловливать их неоднородность в пределах изучае-
мой территории, и тем в большей степени, чем более существен-
Рис. 1-3. Геологические разрезы, характеризующие инженерно-гео-
логические условия территорий.
а — однородные; б — неоднородные. 1 — суглинки гумусирован-
ные и заторфованпые; 2 — суглинки; 3 — глины: 4 — суглинки
лёссовые; 5 — пески; 6 — галечники; 7 — уровень грунтовых вод;
8 — установившийся уровень напорных вод.
ними н резкими будут эти отклонения (рис. 1-3, б). Эта неодно-
родность может быть обусловлена, например, следующими обстоя-
тельствами: большими неровностями рельефа, сложностью гео-
логического разреза, проявляющейся в частом переслаивании
горных пород разного петрографического состава и физического
состояния, в изменении мощности горизонтов и слоев, их выкли-
нивании, в залегании горных пород в виде линз, залежей, непра-
25
.Штгрх.сото
вильных по форме и различных по мощности, в изменчивости
мощности четвертичных отложений; неровностями рельефа по-
верхности коренных пород; изменениями состава, физического
состояния, прочности и деформируемости горных пород но глу-
бине п по площади; неравномерной их трещиноватостью; появле-
нием крупных зияющих или заполненных слабым материалом
трещин, зон нарушений и дробления и т. д. Различная глубина
залегания подземных вод на разных участках строительной пло-
щадки и различия в других параметрах, как и проявление тех
или иных геологических процессов, также будут создавать неод-
нородность инженерно-геологических условий.
Чем больше неоднородность инженерно-геологических усло-
вий территории, тем более высокой должна быть степень деталь-
ности инженерных изысканий. Она должна безусловно обеспе-
чивать достоверность и надежность выявления и изучения всех
особенностей пнжснсрпо-геологпческих условий при проекти-
ровании, исключать необходимость в рассмотрении дополни-
тельных вариантов выбора, например, строительной площадки,
типа фундаментов и др. и гарантировать строительство от воз-
можных геологических неожиданностей, которые могли бы по-
влиять на изменение проекта сооружения, сроки и стоимость
строительства. Это одно из основных методологических положе-
ний системы инженерных изысканий, и потому на него обращается
особое внимание.
Из приведенного следует, что в основе установления и изуче-
ния неоднородности инженерно-геологических условий терри-
торий, тех или иных геологических объектов, процессов и явле-
ний действительно должны лежать геологические методы, так
как ее проявление связано с особенностями условий образова-
ния рельефа, горных пород п историей геологического развития
территорий. И действительно, например, морские отложения,
особенно более глубоководные, образуют обычно мощные толщи
однородных по составу пород, выдержанные по простиранию на
многие сотни, тысячи и даже десятки тысяч метров, тогда как
прпбрежпо-морские и лагунные отложения, хотя и образуют
также мощные толщи, но среди них пласты, залежи и линзы по-
род различного состава в большинстве случаев резко выклини-
ваются по простиранию. Для лагунных отложений характерен
сложный геологический разрез, обусловленный частым и непра-
вильным переслаиванием пород различного петрографического
состава, среди которых встречаются породы слабые или водо-
неусто н чп выс, растворимые.
Следовательно, при инженерных изысканиях на территориях,
сложенных морскими отложениями, будет проявляться большая
однородность геологических условий, чем на территориях, сло-
женных лагунными отложениями. Поэтому в первом случае
изыскания могут иметь меньшую детальность, например, разве-
дочные точки и линии (шаг разведки) можно располагать через
26
100—150 м и более, тогда как во втором для достоверною и до-
статочно полного изучения геологического строения их прихо-
дится располагать через 10—20—25 м.
Континентальные отложения по сравнению с морскими ха-
рактеризуются еще большей невыдержанностью распростране-
ния, форм залегания и изменчивой мощностью. Они залегают
в виде покровов, толщ, слоев, пластообразных залежей, линз
и других форм. Особенно большим непостоянством условий зале-
гания отличаются элювиальные, делювиальные, коллювиальные,
аллювиальные — пойменные, ледниковые, озерно-ледниковые и
болотные образования 1171. Мощность этих отложений обычно
составляет единицы или первые десятки метров, а по простира-
нию они прослеживаются на малые расстояния. Поэтому при
исследованиях участков, сложенных континентальными поро-
дами, детальность изысканий, густота (плотность) разведочной
сети должна быть значительной, шаг разведки должен состав-
лять первые десятки метров, а часто и меньше.
Mai магические глубинные и полуглубинные породы образуют
в большинстве случаев крупные п сравнительно крупные интру-
зивные тела — массивы, батолиты, лакколиты и др. При таких
размерах и формах залегания пород на них могут полностью
разместиться крупные сооружения. Излившиеся породы обра-
зуют покровы, потоки, купола, пластовые залежи, переслаиваю-
щиеся с осадочными и эффузивно-осадочными породами. Деталь-
ность изысканий — плотность разведки участков, сложенных
такими породами, должна быть значительно большей, чем уча-
стков, сложенных интрузивными породами.
Условия залегания метаморфических пород зависят в значи-
тельной степени от условий залегания исходных пород, из которых
они образовались. При региональном метаморфизме, захватываю-
щем значительные площади, образуются толщи большой мощ-
ности, на которых можно размещать крупные сооружения. При
локальном метаморфизме наблюдается быстрая смена различных
типов пород с разным физическим состоянием. В этих случаях
на больших площадях геологические условия могут быть неод-
нородными и сложными, что надо учитывать при определении
детальности изысканий, густоты (плотности) разведочной сети.
Особо следует обратить внимание на то, что большую неод-
нородность инженерно-геологических условий строительных пло-
щадок и участков, сложенных скальными и полускальпыми маг-
матическими, метаморфическими и сцементированными осадоч-
ными породами, создают структурно-тектонические образова-
ния. Крупные трещины, неравномерное распределение систем
и зон трещин, другие тектонические нарушения, жильные обра-
зования, ксенолиты и шлнровые выделения, сланцеватость и
другие особенности обусловливают неоднородность на расстоя-
ниях, измеряемых метрами и первыми десятками метров. По-
этому на таких участках необходима значительная детальность
27
.сото
изысканий (плотность разведки), здесь приходится проходить
разведочные выработки не только вертикальные, но и наклон-
ные, и горизонтальные.
Следовательно, критериями неоднородности инженерно-
геологических условий территорий являются в первую очередь:
1) многообразие форм рельефа; 2) сложность геологического
разреза, обусловленная распространением различных страти-
графических, генетических и петрографических типов пород,
формой и условиями их залегания, невыдержанностью мощности
и тектонической нарушенностью; 3) неоднородность физиче-
ского состояния горных пород; 4) неодинаковые распространен-
Рис. 1-4. Графики, отражающие закономер-
ности изменчивости состава и свойств гор-
ных пород (по Н. В. Коломенскому),
Изменчивость: / — скачкообразная неза-
кономерная; 2 — скачкообразная законо-
мерная, 3 *— функциональная.
ность и условия залегания подземных вод. Неоднородность мо-
жет быть усилена развитием геологических процессов и явлений
на рассматриваемой территории.
Для характеристики и оценки изменчивости инженерно-гео-
логических условий, связанной главным образом с изменчивостью
состава и свойств горных пород, следует выбирать и обосновывать
методику полевых работ и методы обработки получаемых результа-
тов. Исследованию изменчивости состава и свойств горных пород
посвящен ряд работ Г. К. Бондарика (1971, 1976 гг.), Л. В. Ива-
нова (1954 г.), И. Н. Ивановой (1973 г.), Е. Н. Коломенского
(1968 г.), Н. В. Коломенского (1968, 1969 гг.), Н. Н. Маслова
(1949 г.), В. П. Огоноченко (1968 г.), М. В. Раца (1968 г.). Много
внимания этой проблеме уделяют также специалисты в геолого-
разведочном деле, и в частности В. М. Крейтер (1940 г.),
Д. А. Зенков (1955 г.), Е. О. Погребицкий (1969, 1974 гг.) и др.
Теоретические обобщения по этой проблеме в инженерной геоло-
гии впервые сделали Н. В. Коломенский и Г. К. Бондарик.
Надо считать, что ими было положено начало научному обосно-
ванию методики инженерных изысканий.
Н. В. Коломенский и Г. К. Бондарик, изучая закономерности
изменения свойств различных генетических и петрографических
типов глинистых и песчаных пород из самых различных районов,
установили, что изменчивость их состава и свойств в конечном
итоге может быть сведена к одному из трех типов. На рис. 1-4
приведены графики Н. В. Коломенского, отражающие следую-
28
щие типы изменчивости: скачкообразная незакономерная (/),
скачкообразная закономерная (2) и функциональная (3).
Скачкообразная незакономерная изменчивость свойств гор-
ных пород (тип 1) характеризуется изменением их показателей
от точки к точке, причем среднее значение не имеет выраженной
тенденции к увеличению или уменьшению в каком-либо направ-
лении по площади их распространения. По Г. К. Бондарику,
такой характер изменения свойств отражает стационарный ре-
жим. Изменчивость типа 1 установлена для многих генетических
типов отложений. При таком характере изменчивости свойств
горных пород расположение, например, разведочных выработок
на строительной площадке, мест отбора проб горных пород для
испытаний не должно зависеть от координат пространства, а
при обработке получаемых данных вполне можно применять ме-
тоды математической статистики.
Скачкообразная закономерная изменчивость свойств пород
(тип 2) характеризует изменение их показателей от точки к точке,
причем среднее значение имеет тенденцию к увеличению или
уменьшению в каком-либо направлении (с глубиной или по про-
стиранию) на площади их распространения, т. е. зависит от коор-
динат пространства. Такой характер изменчивости установлен
для аллювиальных, делювиальных, флювиогляциальных и дру-
гих отложений при изучении значительных территорий, на боль-
ших расстояниях. На ограниченных участках такого характера
изменчивости не устанавливается. По Г. К. Бондарику, скачко-
образная закономерная изменчивость свойств пород отражает
нестационарный режим. При инженерных изысканиях строи-
тельных площадок, т. е. территорий, ограниченных по площади,
план разведки, опробования и обработки материалов должен
быть таким же, как и при изменчивости типа 1. При изысканиях
на больших площадях, при проектировании линейных сооруже-
ний большой протяженности и т. д. необходимо учитывать из-
менчивость состава и свойств пород типа 2.
Функциональная изменчивость характеризуется таким из-
менением свойств горных пород от точки к точке, при котором
среднее значение показателей располагается по кривой, т. е. за-
висит от координат пространства и подчиняется более сложному
закону. Такой характер изменчивости обнаружен у пород нару-
шенного сложения при воздействии на них искусственных фак-
торов, например искусственного увлажнения лёссовых пород,
пород в отвалах и насыпях.
Из сказанного следует, что изменчивость состава и свойств
горных пород является геологическим фактором, который влияет
на выбор методики инженерных изысканий, т. е. на выбор плана
расположения разведочных выработок, мест отбора проб пород,
методику статистической обработки и др. Важно знать измене-
ния свойств н состава горных пород как качественные, так и ко-
личественные. Они могут быть закономерными и незаксномер-
29
vvvw .Шжрх.сото
ними. В большинстве случаев это пространственные закономер-
ности, нс если они наблюдаются и по глубине толщ, слоев горных
пород, то они одновременно являются и временными.
Как пока ывает опыт изучения различных горных пород,
по-впднмому, правильнее различать характер изменчивости их
свойств по ее сложности, т. е. примерно так, как это реколепдовал
Е. О. Погребицкнй [21, 22 J при изучении месторождений твер-
дых полезных ископаемых:
1) простой — по закону прямой горизонтальной линии пли
вертикальном, если рассматриваются свойства по глубине; это
тип /, по Н. В. Коломенскому, или тип, имеющий стационарный
режим, по Г. К. Бопдарику;
Рис. 1-5. График изменения за-
пасов золота вкрест простира-
ния россыпи (по Н. И. Труш-
кову).
/—3 — кривые: / — по данным
исследований отдельных проб,
2 — после первого сглажива-
ния 3 — после второго сглажи-
вания
2) сложный — но закону прямой наклонной линии; это тип 2,
по II. В. Коломенскому, или тип, имеющий нестационарный
режим, по Г. К- Бопдарику; для этого характера изменчивости
устапавлпвчсгся определенный градиент изменчивости, позво-
ляющий прогнозировать свойства горных пород в той или иной
точке их распространения по направлению этого градиента;
3) очень или крайне сложный, который устанавливается в
виде более или менее определенной тенденции или, по Н. В. Ко-
ломенскому, функциональной зависимости; примером этого ха-
рактера изменчивости может служить рис. 1-5, на котором при-
веден график изменения запасов золота вкрест простирания рос-
сыпи (по II. II. Трушкову).
По фактическим данным исследований проб, распределение
золота изменяется крайне резко и как бы незакономерно. Однако
построение кривой регрессии путем сглаживания единичных
частных определений позволило выявить некоторую сложную
закономерность изменчивости распределения золота в зависи-
мости от изменения точек опробования вкрест простирания рос-
сыпи. Эта сложная кривая показывает тенденцию к увеличению
запасов золота в определенной части залежи. Горные породы мо-
гут иметь аналогичный характер изменчивости показателей влаж-
ности, плотности, пористости, прочности и др. Е. О. Погребиц-
кнй [21, 221 указывает, что такие скрытые тенденции в измене-
нии геологических признаков важны для решения различных
30
Ъу
практических задач и надо стремиться их вскрывать при выпол-
нении геологоразведочных работ.
Кроме характера изменчивости показателей свойств горных
пород важно оценивать и степень их изменчивости, т. е. степень
рассеяния (разброса) отдельных ^частных определений вели-
чины х около среднего значения X. Для этого обычно исполь-
зуют такие статистики, как дисперсия, среднее квадратическое
отклонение (стандарт) и коэффициент вариации. Эти простейшие
статистические характеристики, как и среднее значение, пока-
зывают распределение значений признаков объекта, являются
мерой степени изменчивости (разброса) отдельных частных зна-
чений около среднего значения геологически однородного объекта,
например горной породы в стратиграфическом, генетическом и
петрографическом отношениях.
В зависимости от условий и способа образования горных по-
род и последующих их изменений в земной коре степень изменчи-
вости их свойств может быть неодинаковой в горизонтальном
направлении и по глубине. Так, например, для некоторых гене-
тических типов отложений (ледниковых, аллювиальных, про-
лювиальных и др.) установлено, что по направлению сноса рых-
лого материала степень изменчивости их свойств одна, а вдоль
фронта сноса — другая, т. е. наблюдаются два главных направ-
ления степени изменчивости, анизотропия степени изменчивости
свойств горных пород. Такая же анизотропия нередко наблю-
дается при сопоставлении степени изменчивости свойств горных
пород в толще, слое, зоне по их простиранию и по глубине. Эта
закономерность впервые была отмечена Г. К. Бондариком [1, 21.
Для опенки анизотропии степени изменчивости свойств гор-
ных пород Г. К. Бондарик предложил специальный показатель —
модуль неоднородности:
G = I/M:Vn, или G = S2 3M : S«;
G — Vx : Ту, или G = S2X : Sy,
где и l'„ — коэффициент изменчивости свойств горной породы
по мощности и по простиранию слоя, зоны; S2, и S2 — дисперсия
изменчивости свойств горной породы по мощности и по простира-
нию слоя, зоны; Vx, V,„ SI, S% — те же показатели соответ-
ственно по направлениям х и у (главным направлениям).
Если модуль неоднородности равен единице или приближается
к ней, горные породы являются изотропными по степени измен-
чивости какого-либо свойства или совокупности свойств. Чем
больше этот модуль отличается от единицы, тем большей ани-
зотропией степени изменчивости свойств обладают горные по-
роды Естественно, что эти особенности свойств горных пород
необходимо учитывать при определении методики их изучения
и оценки. Так, например, густота разведочной сети, т. е. расстоя-
ния между разведочными выработками, интервалы отбора проб
31
.wirpx.com
горных пород для их лабораторного изучения должны опреде-
ляться в зависимости от степени изменчивости свойств горных
пород на исследуемом участке. Эти зависимости установлены
Г. К- Бондариком [1, 2] и имеют следующий вид:
I _ . 1 . . Ly
х~ VnG' U VnG'
где /Л., 1и — расстояния между разведочными выработками, уча-
стками испытания пород, интервалы отбора проб и т. д. по осям
х и у на исследуемом участке; п — оптимальное необходимое‘число
разведочных выработок, проб для надежного и достоверного
изучения инженерно-геологических условий рассматриваемого
участка, пород в слое, зоне и т. д.; G — модуль неоднородности
свойств горных пород; Lx и Ly — размеры исследуемого уча-
стка по осям х и у.
Выше уже было отмечено, чго выяснение и оценка закономер-
ности распределения степени неоднородности и изменчивости
инженерно-геологических условий, горных пород и других объек-
тов — ведущий мотив системы инженерных изысканий. И дейст-
вительно, при любой геологической, и в том числе инженерно-
геологической, съемке территорий первыми и главными задачами
являются выделение, прослеживание и оконтуривание площа-
дей распространения горных пород, разнородных в стратиграфи-
ческом, генетическом, петрографическом и инженерно-геологи-
ческом отношениях. При разведочных работах, как и при съем-
ках, первостепенными являются изучение и расчленение геологи-
ческого разреза на горизонты, слои, зоны горных пород разного
рода. При опытных работах изучают и оценивают свойства гор-
ных пород, водоносных горизонтов на разных участках. При ре-
жимных наблюдениях определяют масштаб явлений (колебания
уровней поверхностных и подземных вод, их напоры, произво-
дительность водоносных горизонтов, состав подземных вод,
интенсивность развития оползневых подвижек и других дефор-
маций горных пород) разного рода и их обусловленность во вре-
мени. Когда определены объекты, процессы и явления, важно
установить и оцепить, какова изменчивость признаков и свойств
каждого из них в пространстве и во времени.
Приведенные примеры подтверждают высказанное выше по-
ложение, что выявление и оценка закономерности распределения
характера и степени неоднородности и изменчивости инженерно-
геологических условий — это ведущий мотив производства инже-
нерных изысканий. Именно неоднородность и изменчивость
инженерно-геологических условий территорий определяют слож-
ность условий строительства па них сооружений, методику инже-
нерно-геологических исследований и т. д.
Категории сложности инженерно-геологиче-
ских условий. При определении программы, методики, системы
инженерно-геологических исследований (масштаба инженерно-
32
геологической съемки, плана разведочных работ и др.) очень
важно учитывать степень сложности инженерно-геологических
условий рассматриваемой территории. Обычно различают три
категории территорий: с простыми условиями, средней слож-
ности и весьма сложные [9, 23].
К первой категории относятся территории со спокойным рав-
нинным или слабовсхолмленным рельефом без сколько-нибудь
заметного расчленения эрозионными врезами, в геологическом
Строении которых принимает участие однообразный комплекс
осадочных, изверженных или метаморфических пород. Страти-
графический разрез простой. Взаимоотношения между отдель-
ными типами горных пород простые, и каждый из них хорошо
прослеживается по простиранию и мощности в пределах района.
Залегание горных пород горизонтальное или моноклинальное
пологое, тектонических нарушений не наблюдается. Плотность,
прочность и устойчивость горных пород каких-либо беспокойств
не вызывают, и не требуется особых приемов и методов их изу-
чения и оценки. Обводненность горных пород слабая, грунто-
вые воды залегают на сравнительно значительной глубине (бо-
лее 3—5 м), воды коренных пород безнапорные, водоносные го-
ризонты малой производительности. Геологические процессы
проявляются слабо, и их развитие не представляет угрозы нару-
шению устойчивости территорий, нет также угрозы их затопле-
ния и подтопления.
Следовательно, инженерно-геологические условия террито-
рий первой категории сложности не отличаются сколько-нибудь
заметной неоднородностью и изменчивостью на значительных
расстояниях и площадях. Они благоприятны для различных ви-
дов строительства и хозяйственного использования. Выполнение
инженерных изысканий на таких территориях не вызывает за-
труднений.
Ко второй категории относятся территории с более сложным
рельефом, с различными его формами разного происхождения.
Поверхности отдельных элементов рельефа имеют заметную кру-
тизну и расчлененность. В геологическом строении таких терри-
торий принимают участие различные осадочные, изверженные
или метаморфические породы, пли те и другие, но находящиеся
в простых соотношениях. Толщи пород, их слои и отдельные раз-
ности достаточно выдержанны по простиранию и мощности, их
залегание горизонтальное, наклонное моноклинальное, либо они
собраны в простые складки. Тектоника характеризуется разви-
тием преимущественно пликативных дислокаций. Плотность,
прочность и устойчивость различных типов и разностей горных
пород отличается известной неоднородностью, что требует боль-
шого внимания при их изучении и оценке. Гидрогеологические
условия по сравнению с территориями первой категории харак-
теризуются большой сложностью. Грунтовые воды залегают на
меньшей и местами даже на малой глубине (1—2 м). В разрезе
2 В. Д. Ломтадзе
33
WWvOWlrpx.com
коренных пород выделяется несколько водоносных горизонтов,
хотя водообнлыюсть их небольшая. Геологические процессы не
имеют широкого развития.
Территории второй категории сложности инженерно-геологи-
ческих условий в общем благоприятны для различных видов мас-
сового строительства, хотя в целом и отличаются заметной неод-
нородностью и изменчивостью на небольших расстояниях и пло-
щадях При их освоении может возникнуть необходимость в вы-
полнении работ по планировке, некоторому осушению, по преду-
преждению развития геологических процессов или локализации
их опасного воздействия. На таких территориях требуется вы-
полнять более детальные инженерно-геологические изыскания.
Территории третьей категории сложности инженерно-геологи-
ческих условий отличаются сравнительным разнообразием форм
рельефа различного происхождения. В целом рельеф неспокой-
ный, неровный, расчлененный или значительно неспокойный,
расчлененный. Отдельные элементы имеют большие уклоны по-
верхности. Геологическое строение территории сложное, ха-
рактеризуется разнообразным комплексом магматических, мета-
морфических и осадочных пород, имеющих сложные взаимоот-
ношения. В отдельных случаях породы сильно трещиноваты,
закарстованы, имеют рыхлое сложение, сильно водопроницаемы.
В геологическом разрезе встречаются породы слабые, малой проч-
ности. Тектоника сложная, пликативная и дизъюнктивная.
Часто наблюдаются значительная неоднородность и изменчивость
в геологическом строении вследствие невыдержанности распро-
странения толщ, комплексов и разностей пород по простиранию
и мощности, фациальных замещений, переходов, часто резких,
а также распространения разрывных нарушений, зон повышен-
ной трещиноватости и выветрелости пород. Обводненность по-
род значительная. Грунтовые воды залегают на малой или не-
большой глубине. В коренных породах выделяется несколько
водоносных горизонтов, зон или комплексов с напорными водами.
Широко развиты геологические процессы. В целом инженерно-
геологические условия таких территорий отличаются большой
неоднородностью. При выборе мест расположения строительных
площадок, трасс линейных сооружений или при хозяйственном
использовании территорий встречаются определенные трудности.
На таких территориях всегда возникает необходимость в выпол-
нении значительных работ по их подготовке — планировке, осуше-
нии и др. Инженерные изыскания на территориях третьей кате-
гории сложност и должны выполняться значительно более детальные.
Виды геологических работ на разных стадиях
инженерных изысканий. При изучении ипженерпо-геологическнх
условий территорий на каждой стадии изысканий и решении при
этом различных задач, связанных с проектированием сооруже-
ний и инженерных работ, применяют различные методы и виды
геологических работ в определенной последовательности. На
34
by ЗТето_еК
рис. 1-6 приведен перечень видов геологических работ, наибо-
лее часто применяемых в практике инженерно-геологических
исследований. На схеме ширина горизонтальной полосы харак-
теризует относительную роль данного вида геологических работ
на той или иной стадии изысканий. Из этой схемы видно, что ка-
меральные работы выполняются непрерывно начиная с подго-
товки к рекогносцировочным исследованиям, в период всех эта-
пов полевых исследований и по завершении каждого из них.
виды геологических работ Инженерно-геологические исследования
рекогносци - робочные предвари - тельные детальные дополни- тельные
Камеральные работы w/ш i22222222U •777777777.
Инженерно-геологическа я съемка Y///////////A r2zzzzz3
Разведочные работы 'ШУУ/Ул.
Полевые опытные работы УУ/У/ЛШ. Ш/у.
Режимные стационарные наблюдения vwww w/ш 'WWW,
Лабораторные работы Ш7А
Ч7/777У 777777777
Паспортизация сооружений vwwwy W/////S.
Научно-исследовательские работы УУУУУУУУУ W/УЛ
Экспертиза
Z ,,7ЛУЛ,/7 ’WWW >WWW •WWW,
Организация и ликвидация работ
wwww '/////////л -WWW. 'WWW,
Рис. 1-6. Схема применения различных видов геологических
работ на разных стадиях инженерных изысканий.
В состав этих работ входят изучение литературных, фондовых
материалов, в том числе и картографических, характеризующих
инженерно-геологические условия рассматриваемой террито-
рии, составление программ и проектов исследований на каждой
стадии, выполнение полевой обработки материалов, окончатель-
ная обработка материалов по завершении полевых исследова-
ний, составление отчетов, заключений, выдача исходных данных
для проектирования. К камеральным работам относится также со-
ставление описаний инженерно-геологических условий строитель-
ства сооружений, иногда выполняемых уже при их эксплуатации.
Из схемы (см. рис. 1-6) видно, что на начальных стадиях изы-
сканий основным видом геологических работ является инженерно-
геологическая съемка, которая сопровождается небольшим объе-
2’
35
.ШПфХ.СОТО
мом других видов геологических работ с целью более обоснован-
ного решения задач, связанных с составлением схемы комплекс-
ного использования территорий, выбора места расположения
первоочередных объектов и т. д.
На стадии детальных исследований, выполняемых для обосно-
вания технического проекта сооружений, основными видами гео-
логических работ являются разведочные и опытные работы и ста-
ционарные наблюдения, а также значительный объем лаборатор-
ных работ. На этой стадии должна завершаться детальная инже-
нерно-геологическая съемка, которая обычно сливается с разве-
дочными работами, так как для составления детальной карты
участка расположения сооружений полностью используются все
данные разведочных работ.
При выполнении инженерных изысканий для обоснования
проектов сооружений, особенно крупных или проектируемых
в сложных инженерно-геологических условиях, часто возникают
проблемы и вопросы, которые трудно решить в процессе прове-
дения обычных производственных изысканий. Для их решения
выполняют специальные научно-исследовательские тематические
работы, которые проводят одновременно с инженерными изыска-
ниями иногда несколько различных организаций. Материалы
и заключения таких тематических исследований дополняют ре-
зультаты инженерных изысканий и позволяют наиболее полно
обосновывать проект сооружения и строительство инженерно-
геологическими данными.
В перечне видов работ определенное место занимает паспорти-
зация сооружений, т. е. обследование в связи с их реконструк-
цией, расширением, надстройкой, восстановлением или в связи
с появлением и развитием деформаций или нарушением устой-
чивости. Во всех этих случаях возникает необходимость в обсле-
довании состояния сооружения — его фундаментов, глубины их
заложения, работы дренажей и др., а также инженерно-геологи-
ческих условий, в которых оно расположено, — состояния гор-
ных пород, гидрогеологических условий и т. д.
Очень важным видом работ является экспертиза инженерно-
геологических материалов, в задачи которой входит составление
заключений: по программам и проектам инженерно-геологиче-
ских исследований; по материалам и отчетам, представляемым
для обоснования проектов; по оценке инженерно-геологических
условий строительства; о причинах деформаций, аварий соору-
жений, о необходимых инженерных мероприятиях для обеспече-
ния устойчивости сооружений, безопасности ведения строитель-
ных и горных работ и др. Из этого перечня видно, что экспер-
тиза — это сложный и ответственный вид работ, требующий до-
статочной эрудиции и квалификации специалистов, которым она
поручается.
Обязательным на всех стадиях инженерных изысканий яв-
ляются работы по их организации и ликвидации.
36
Таким образом, инженерно-геологические исследования яв-
ляются всегда комплексными, при их выполнении изучают ком-
плекс природных геологических условий и применяют комплекс
разнообразных и сложных видов геологических работ. Эти ра-
боты и методика их выполнения обычно составляют определен-
ную систему инженерных изысканий. Рациональная система
таких изысканий должна обеспечивать полное решение задач
по изучению инженерно-геологических условий на каждой их
стадии при выполнении наименьшего объема работ в сжатые
сроки. Выбор рациональной системы инженерных изысканий
определяется в зависимости как от природных условий рассма-
триваемого района, строительной площадки, так и от типов,
размеров и особенностей проектируемых сооружений или инже-
нерных работ. Каждый вид геологических работ является по су-
ществу элементом системы инженерных изысканий.
Деление сооружений на классы. Изучение
инженерно-геологических условий территорий, строительных пло-
щадок и их оценка немыслимы без учета их назначения, т. е. зна-
ния, для какого вида строительства или инженерных работ они
выполняются. Каждое сооружение оказывает определенное воз-
действие на окружающую геологическую среду в зависимости
от величины и характера передаваемых нагрузок (большие или
малые, равномерные или неравномерные, статические или дина-
мические), степени нарушения напряженного состояния горных
пород, изменения их влажности, плотности и температурного
режима. В то же время каждое сооружение отличается опреде-
ленной ответственностью, капитальностью, жесткостью, чувстви-
тельностью к окружающей геологической среде. Все это пока-
зывает, что при изучении и оценке инженерно-геологических
условий надо учитывать специфические особенности проекти-
руемых сооружений. В соответствии с существующими нормами
все сооружения подразделяются на пять классов (табл. 1-1).
Для каждого из них установлен свой запас устойчивости, свой
относительный коэффициент допустимых напряжений на есте-
ственные основания, свои значения предельных деформаций
оснований и т. д.
Система инженерных изысканий. Современ-
ные инженерно-геологические исследования (инженерные изы-
скания) составляют определенную систему — порядок изуче-
ния инженерно-геологических условий территорий, рациональ-
ного использования геологической среды и ее охраны. Эта система
предполагает выполнение инженерных изысканий по плану,
в определенной последовательности в соответствии со стадиями
проектирования сооружений. На каждой стадии изысканий
должны решаться определенные геологические задачи, связан-
ные с изучением комплекса природных элементов, определяю-
щих инженерно-геологические условия значительных террито-
рий или строительной площадки. Для решения этих задач с необ-
37
(WVW .Шхтрх.сош
Таблица bl
ДЕЛЕНИЕ СООРУЖЕНИЙ НА КЛАССЫ
Классы соору- жен н й Характеристика сооружений Относите^ кный коэффициент допустимых напряженя н
Вне
классов
1
2
3
4
Монументальные сооружения исключительного
и исторического значения, а также рассчи-
танные на особую долговечность (свыше
100 лет), как, например, электростанции,
музеи, памятники и др.
Сооружения особо ответственные, отличающие-
ся большой капитальностью, например ги-
дротехнические, некоторые постоянные ис-
кусственные сооружения железнодорожного
и водного транспорта, здания центральных
государственных, научных и общественных
учреждений, основные коммунальные соору-
жения, некоторые железнодорожные пасса-
жирские здания в больших городах и узловых
пунктах, в исключительных случаях про-
мышленные сооружения, характеризуемые,
между прочим, признаками значительных,
предусматриваемых при их проектировании
сроков службы (60 лет и более)
Обычные капитальные сооружения в нормаль-
ном строительстве на транспорте, в комму-
нальном, фабрично-заводском, жилищном и
прочих хозяйствах, например пассажирские
здания первого и второго классов, элеваторы,
крупные больницы и учебные заведения, ук-
рупненное жилищное строител! ство и т. п.,
а также всякого рода сооружения, рассчитан-
ные при проектировании на срок службы
более 40 лет
облегченного тина, подлежащие
в массовом строительстве, на-
сооруження на транспорте, не
высшие классы, массовое нро-
жилвщное и прочес стронтель-
Сооружения
применению
пример все
вошедшие в
мы шлейное,
стео сооружений, рассчитанных при проек-
тировании на срок службы не более 40 лет
Сооружения временного характера, например
временные жилища, склады, временные соору-
жения на железнодорожном и водном транс-
порте и др., а также всякого рода сооруже-
ния, рассчитанные на срок службы не свыше
5 лет, а гражданские — не свыше 10 лет
Уста н авли вается
по особому согла-
сованию с выс-
шими органами
по регулирова-
нию строитель-
ства
0,80— 1,60
1,00
1,00—1,25
38
ходимой детальностью применяется определенный комплекс
геологических работ и соответствующих методов исследований.
Система инженерных изысканий должна при проектировании
обеспечивать выбор самых оптимальных, технически целесооб-
разных и экономически наиболее выгодных инженерных реше-
ний при планировании рационального использования террито-
рий, геологической среды, ее охраны, при выборе мест для рас-
положения сооружений, их конструировании, проектировании,
организации строительных и горных работ, расчетах устойчи-
вости и обеспечении нормальных условий эксплуатации соору-
жений. Система инженерных изысканий должна гарантировать
строительство от различных геологических неожиданностей, ко-
торые могут вызвать необходимость изменения проекта, сроков
строительства и стоимости сооружений.
Теоретической основой системы инженерных изысканий яв-
ляются учения: об истории геологического развития территорий;
о формирования свойств горных пород; о закономерностях
распространения подземных вод, их обильности и режиме;
о причинах, условиях и динамике развития геологических про-
цессов; о критериях, характеризующих закономерности распре-
деления неоднородности и изменчивости инженерно-геологиче-
ских условий территорий.
Для выполнения инженерных изысканий всегда требуются
затраты огромного целенаправленного человеческого труда и
использование разнообразной и достаточно сложной техники
(приборов, инструментов, установок, станков, машин и др.).
Теперь изыскания представляют собой определенный самостоя-
тельный вид производства.
Претворение в жизнь планов развития народного хозяйства
нашей страны, направленное на дальнейший подъем производи-
тельных сил, ее экономической и оборонной мощи, связано с даль-
нейшим, освоением недр Земли, с различными видами строитель-
ства и соответственно с развитием ииженерно-геолсгических
изысканий, инженерной! геологии и ее научных направлений.
Выполнение таких работ теперь в значительной степени обеспе-
чивается новой специализированной геологической службой страны.
В настоящее время в системе Госстроя СССР и союзных ре-
спублик создано около 30 территориальных трестов и институ-
тов инженерных изысканий, которые наряду с инженерно-геоло-
гическими организациями других министерств и министерствами
геологии СССР и РСФСР и управлениями геологии союзных
республик выполняют научно-исследовательские и производ-
ственные работы в области инженерной геологии. Создание новой
специализированной геологической службы страны является отличи-
тельной особенностью современного развития инженерной геологии.
Техника безопасности на инженерных изы-
сканиях. Инженерные изыскания выполняются с использованием
разнообразных транспортных средств (автомобилей, тракторов,
39
ЛМФГрХ.СОТО
буксиров, катеров и др.), буровых станков и агрегатов, крупно-
масштабных тяжелых приборов и установок, погрузочных и
подъемных устройств, гидравлических установок, создающих
большие давления, различных механизмов (домкратов, насосов,
тампонов, двигателей, моторов, передвижных электростанций,
лебедок и др.). При полевых опытных работах широко исполь-
зуется разнообразная контрольно-измерительная аппаратура,
электрический ток того или иного напряжения и силы, взрывча-
тые, воспламеняющиеся и ядерно-активные вещества и т. д.
Полевые работы приходится выполнять на суше, на акваториях,
со льда, производить опытные работы в скважинах, шурфах,
котлованах и подземных выработках.
Успешное выполнение всех изыскательских работ в значи-
тельной степени зависит от соблюдения правил техники безопас-
ности ведения работ. Поэтому согласно существующим норма-
тивным документам [26] к работе с различными агрегатами, стан-
ками, приборами, установками, механизмами и опасными для
жизни и здоровья человека веществами могут допускаться только
лица, прошедшие соответствующий инструктаж по технике без-
опасности и ознакомленные с руководствами и инструкциями
по эксплуатации оборудования и материалов. При этом руково-
дящему техническому персоналу необходимо хорошо знать
устройство и принципы действия установок, приборов, механиз-
мов.
Разведуемые и опытные участки, особенно в населенных пунк-
тах, должны иметь надежное ограждение, удобные подходы и
постоянное освещение в вечернее и ночное время. Категорически
запрещается пользоваться оборудованием, имеющим неисправ-
ности (испорченная резьба в соединениях, неисправные штуцеры,
надрывы у тросов, трещины и надрывы в шлангах высокого дав-
ления и т. д.). Особое внимание должно быть уделено контролю
за исправностью измерительных приборов, таких как манометры,
водомеры и др.
Если установка находится под нагрузкой, категорически за-
прещается находиться или спускаться в котлованы и шурфы,
в которых установлено оборудование, производить там его ре-
монт, монтаж, устранение неисправностей или замену каких-
либо частей установок и т. д.
Особое внимание необходимо уделять организации работ на
акваториях при использовании буксиров, понтонов и других
плавсредств, а также при выполнении работ в зимнее время со
льда.
Строгое выполнение всех правил по технике безопасности
на полевых работах следует считать законом. Персональная
ответственность за их выполнение лежит на руководителе работ.
40
ГЛАВА II
ОРГАНИЗАЦИЯ И МЕТОДИКА
ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКОЙ
СЪЕМКИ И СОСТАВЛЕНИЯ
ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИХ КАРТ
Общие положения. Инженерно-геологиче-
ская съемка является основным видом геологического изучения
территорий в инженерном аспекте на начальной стадии инженер-
ных изысканий (см. рис. 1-6). Это — комплексная геологическая
съемка. Основная ее задача состоит в изучении и изображении
на топографической основе инженерно-геологических условий
тех или иных территорий, т. е. геологических условий рацио-
нального использования территорий и их охраны, строительства
различных сооружений, производства строительных, горных и
других инженерных работ. Конечным итогом инженер но-геоло-
гической съемки является составление инженерно-геологической
карты, описания, характеристики и оценки инженерно-геологи-
ческих условий заснятой территории. Чем объективнее и точнее
будут изображаться на карте в процессе съемки инженерно-
геологические условия, тем большее практическое значение
будет иметь ее результат. Материалы съемки необходимы для
правильной постановки других видов геологических работ (раз-
ведочных, опытных, стационарных наблюдений и др.), позволяю-
щих с достаточной полнотой на той или иной стадии изысканий
осветить инженерно-геологические условия.
Инженерно-геологическая съемка должна охватывать весь
комплекс природных элементов, влияющих на инженерно-геоло-
гическую оценку территорий, планирование размещения раз-
личных видов строительства, выбор районов и мест расположения
сооружений, условия их возведения, устойчивость, производство
строительных и горных работ и эксплуатацию сооружений.
Все это предполагает, что инженерно-геологическая съемка
должна отличаться определенной направленностью в изучении
природных условий для каждого вида строительства. В процессе
съемки особенно важно выявлять, изучать и картировать те
элементы инженерно-геологических условий, которые в данной
конкретной обстановке представляются наиболее важными и
решающими в оценке условий строительства сооружений и вы-
полнения инженерных работ и поэтому подлежат глубокому и
всестороннему изучению с применением других видов геологи-
ческих работ — разведочных, опытных и др.
41
ww .tWirpx.eeTO
Инженерно-геологическая съемка есть вид дальнейшего гео-
логического изучения той или иной территории в инженерном
аспекте, так как до выполнения инженерных изысканий геологи-
ческое изучение этой территории с какой-то степенью детальности
уже производилось. В Советском Союзе теперь нет «белых пятен»,
т. е. территорий, которые никак не изучены в геологическом
отношении.
Роль инженерно-геологической съемки в об-
щем комплексе геологических работ, выполняемых при инженер-
ных изысканиях. Во многих случаях инженерно-геологическая
съемка является не только важнейшим, но и единственным ви-
дом геологических работ, позволяющим в сжатые сроки и при
небольших затратах средств получить представление об инже-
нерно-геологических условиях района, его тектоническом строе-
нии (структуре), стратиграфическом разрезе отложений, рас-
пространении подземных вод, условия их питания и разгрузки
и т. д. Только съемка позволяет дать описание и оценку больших
территорий, строения речных долин или их частей, геологиче-
ского строения по трассе туннеля, прорезающего горный массив
на значительной глубине, и т. д.
Многолетний опыт инженерных изысканий показывает, что
нельзя начинать разведочные работы без предварительного вы-
полнения инженерно-геологической съемки. В таких случаях
всегда возникали большие трудности в истолковании получаемых
геологических данных, а иногда по материалам разведки совер-
шенно неправильно характеризовались геологические условия
участков расположения проектируемых сооружений. Так, на-
пример, при вскрытии котлованов для сооружений Новосибирской
ГЭС был выявлен ряд ошибок, допущенных при инженерных изы-
сканиях потому, что в районе сложного геологического строения
не была выполнена доброкачественная и достаточно детальная
инженерно-геологическая съемка. Не изучив условия залегания
горных пород в районе, их тектонику и трещиноватость, строи-
тельную площадку разведали только вертикальными скважинами
малого диаметра и получили неверное представление о ее геологи-
ческом строении. Па геологических разрезах к проектному за-
данию залегание пород было показано горизонтальным, а на раз-
резах к техническому проекту — почти вертикальным.
При вскрытии котлована оказалось, что геологическое строе-
ние участка является значительно более сложным, чем это
представлялось (рис. П-1). Песчаники и сланцы, весьма разно-
образные по составу, структуре и текстуре, тонко и сложно пе-
реслаиваются между собой. Они подверглись воздействию тек-
тоники и метаморфизму. Все слои круто падают на северо-запад
(365°) под углом от 65 до 80°. Под зданием ГЭС весь котлован
в меридиональном направлении пересекается зоной катаклаза
шириной 65 м. Породы, слагающие эту зону, перемяты и раз-
дроблены, большие глыбы песчаника вдавлены в сланцы. Кроме
42
этой зоны катаклаза весь массив в основании станционного узла
в широтном направлении пересекается сбросо-сдвигом. Сдвину-
тые породы сильно катаклазированы, брекчированы и смяты.
Сбросо-сдвиг сопровождается многочисленными трещинами.
В одной из секций котлована был обнаружен сброс, амплитуда
которого составляла 14 м [41.
Таким образом, породы, слагающие основание Новосибир-
ской ГЭС, оказались сильно трещиноватыми, местами рассланцо-
ванными, претерпевшими на больших участках сильный катак-
лаз и милонитизацию. При выемке котлована на таких участках
Рис. 11-1. Геологический разрез на участке Новосибирской ГЭС.
I ~~ песчаники метаморфизованные; 2 — песчано-глинистые сланцы,
чередующиеся с глинистыми сланцами, песчаниками н алевролитами;
3 — алевролиты; 4 — сланцы углистые, углисто-глинистые; 5 — текто-
нические трещины шириной 20 — 25 см, заполненные глинистым мате-
риалом; 6 — зоны тектонических нарушений; 7 — милониты.
пришлось выполаживать огкосы и углублять котлован значи-
тельно ниже проектных отметок. Естественно, что все это вызвало
изменения в проекте, объемах строительных работ и сказалось
на стоимости сооружении. В общем невозможно переоценить зна-
чение инженерно-геологической съемки в комплексе геологических
работ при инженерных изысканиях. Материалы съемки всегда
позволяют наиболее рационально планировать выполнение дру-
гих видов геологических работ, их объемы и методику. Однако
роль съемки в различных конкретных случаях неодинакова и
изменяется в зависимости от: а) стадии исследований, б) изу-
ченности района, в) типа проектируемого сооружения и г) слож-
ности геологических условий.
Как уже было отмечено, на начальных стадиях изысканий
инженерно-геологическая съемка должна быть основным видом
геологических работ. На последующих стадиях площадь терри-
43
WVW.tV?irpX.COTO
торий, покрываемых съемкой, обычно уменьшается, а детальность
ее повышается. На начальном этапе детальных исследований
съемка, как правило, должна быть завершена. На этом этапе она
обычно сливается с разведочными работами, которые в этот мо-
мент являются основным видом работ. Такое изменение роли
съемки связано с тем, что без выполнения значительных объемов
разведочных работ нельзя составить детальные карты.
На оценку роли съемки в общем комплексе геологических
работ большое влияние оказывает степень геологической и инже-
нерно-геологической изученности района. Если район изучен
хорошо, выяснены основные черты его геологического строения,
гидрогеологических условий и др., то в ряде случаев отпадает
необходимость в выполнении съемочных работ. Если район изу-
чен слабо, съемка приобретает особенно большое значение, так
как в сокращенные сроки и при небольших затратах средств
позволяет выявить все элементы инженерно-геологических усло-
вий больших территорий и обратить внимание на те, которые
являются главными, ведущими и потому подлежат более деталь-
ному изучению. Это же имеет первостепенное значение при ре-
шении таких инженерных задач, как выбор места расположения
первоочередных объектов, оценка условий их строительства
и др.
Неодинакова роль съемки в комплексе геологических работ
для различных видов сооружений. Так, например, при изучении
геологического строения расположения гидроузла съемка имеет
большое значение, но для получения всех исходных геологи-
ческих данных для обоснования проекта сооружения ее недоста-
точно; необходимо выполнение многих других видов геологи-
ческих работ. При изучении же инженерно-геологических усло-
вий района водохранилища съемка часто является основным,
а иногда и единственным видом геологических работ, позволяю-
щим решать инженерные задачи. При изучении инженерно-
геологических условий трассы дороги съемка имеет неодинако-
вое значение для разных ее участков. На участках расположения
искусственных сооружений — мостовых переходов, туннелей,
станционных узлов и др. — съемка должна быть более детальной
и в значительно большом объеме дополняться другими видами
геологических работ, чем на других участках проектируемого
земляного полотна, особенно там, где устойчивость его не вызы-
вает сомнений.
Таким образом, на роль съемки в общем комплексе геологи-
ческих работ большое влияние оказывает тип проектируемых
сооружений и инженерных работ. Большое значение при этом
имеет и сложность инженерно-геологических условий. Чем выше
категория сложности геологических условий района, чем труднее
увязать данные отдельных наблюдений при изучении стратигра-
фического разреза, структуры района, условий возникновения и
развития геологических процессов и др., тем большее значение
41
имеет региональное изучение территории путем выполнения
инженерно-геологической съемки.
Масштабы инженерно-геологических съемок.
Геологической службой Советского Союза геологические съемки
в зависимости от масштаба подразделяются на мелкомасштабные
(1 : 500 000—1 : 1 000 000), среднемасштабные (1 : 100 000—
1 : 200 000), крупномасштабные (1 : 25 000—1 : 50 000) и деталь-
ные (1 : 10 000 и крупнее). Весь многолетний и плодотворный
опыт геологической службы нашей страны показывает, что и при
инженерно-геологических исследованиях целесообразно сохра-
нять такой же порядок, за одним исключением. В практике Со-
ветского Союза, как и других стран, мелкомасштабные инже-
нерно-геологические съемки почти никогда не производились,
так как в этом не было необходимости. Инженерно-геологические
карты мелкомасштабные (1 : 500 000—1 : 1 000 000) и обзорные
(1 : 1 500 000 и мельче) обычно составлялись камеральным пу-
тем в результате обобщения материалов более детальных иссле-
дований. В остальном подразделение инженерно-геологических
съемок по масштабу должно быть таким же, как и для других
геологических съемок, т. е. их целесообразно подразделять на
среднемасштабные, крупномасштабные и детальные. В соответ-
ствии с этим должна сохраняться и общепринятая номенклатура
инженерно-геологических карт (см. ниже).
Среднемасштабные съемки должны выполняться с целью изу-
чения общих инженерно-геологических условий больших и
сравнительно больших территорий и служить основой для их
районирования и составления схем комплексного освоения. По
материалам таких съемок определяют первоочередные районы,
в пределах которых следует развивать более детальные исследо-
вания для выбора строительных площадок, трасс дорог, створов
плотин и др. Среднемасштабная съемка должна служить осно-
вой и для решения задач по рациональному использованию и
охране геологической среды на больших и сравнительно боль-
ших площадях.
Крупномасштабные съемки производятся с целью более де-
тального изучения инженерно-геологических условий определен-
ных районов. Они позволяют решать задачи, связанные с выбо-
ром строительных площадок, створов плотин, участков мостовых
переходов, туннелей в данном первоочередном районе. Крупно-
масштабные съемки, как правило, производятся в районах, уже
покрытых ранее более мелкомасштабными исследованиями, и
поэтому всегда более целенаправленны, так как общие особен-
ности инженерно-геологических условий уже выяснены. Мате-
риалы крупномасштабных съемок обычно служат надежной осно-
вой при определении плана разведочных, опытных работ и стацио-
нарных наблюдений. Они позволяют определять состав, объем
и методику более детальных исследований.
45
.twirpx.cem
Детальные съемки выполняются с целью детального изучения
инженерно-геологических условий участка или площадки, вы-
бранных для застройки, участков шахтного или карьерного поля,
распространения карста, оползня, переработки берега или дру-
гих геологических процессов. Детальная съемка обязательно
сопровождается разведочными и другими работами и должна
давать полное и точное представление о геологическом строении
выбранного участка или площадки для застройки на глубину
возможного воздействия сооружений. Материалы детальных
съемок должны служить основой для решения вопросов, свя-
занных с компоновкой сооружений, планировкой и застройкой
городов, размещением защитных сооружений и др. (см. номен-
клатуру карт).
Итак, классификация инженерно-геологических съемок пред-
полагает плановое, последовательное, с постепенно возрастающей
детальностью изучение инженерно-геологических условий тер-
риторий, отвечающее стадиям инженерных изысканий и проек-
тирования сооружений и инженерных работ.
Следует заметить, что общепринятой номенклатуры инже-
нерно-геологических съемок у нас пока нет. Разные организации
высказывают свои рекомендации в этом плане, забывая о суще-
ствующих общепризнанных и принятых подразделениях геоло-
гических карт, а также о том, что тот или иной масштаб съемки
предполагает определенную степень детальности изучения инже-
нерно-геологических условий и применение определенных спо-
собов и методов такого изучения. Так, например, ВСЕГИНГЕО
Министерства геологии СССР инженерно-геологические съемки
подразделяет на мелкомасштабные — от 1 : 500 000 и мельче,
средпемасштабиые — от 1 : 200 000 до 1 : 25 000 и крупномас-
штабные — от 1:10 000 п более крупные [35], т. е. совсем не
так, как рекомендует Министерство геологии СССР для всех
геологических карт. Любопытно, что гидрогеологические
съемки ВСЕГИНГЕО подразделяет в соответствии с классифи-
кацией, принятой для геологических карт [221. В системе Гидро-
проекта Министерства энергетики и электрификации СССР ре-
комендуется мелкомасштабными называть съемки масштаба от
1 : 200 000 до 1 ; 50 000, средиемасшгабпыми — от 1 : 25 000 до
1 : 10 000 и крупномасштабными — от 1 : 5000 до 1 : 1000 15,
6, 7, 32 I.
В инструкции, составленной 1П1ИИС Госстроя СССР, к круп-
номасштабным относятся съемки масштаба 1 : 25 000 и крупнее,
причем не выделяются съемки остальные [30, 31 1. Постоянной
комиссией по геологии СЭВ ипжепсрио-геологические карты ре-
комендуется подразделять на обзорные масштаба 1 : 500 000 и
мельче, мелкомасштабные — 1 : 100 000 — 1 : 200 000, средне-
масштабные — 1 : 25 000—1 : 50 000 и крупномасштабные
1 : 10 000 и крупнее [9].
43
Из этих примеров видно, что действительно нет пока обще-
принятой классификации инженерно-геологических съемок.
Предложения различных организаций никак не обоснованы,
они противоречат общепринятой классификации геологических
съемок в системе геологической службы СССР. Нет никакой не-
обходимости отступать от этой общепринятой классификации
и для инженерно-геологических съемок. Многолетний опыт ра-
бот, выполненных в СССР и в странах социалистического содру-
жества, полностью в этом убеждает.
Выбор масштаба инженерно-геологической
съемки. На выбор масштаба инженерно-геологической съемки
влияют: степень геологической и инженерно-геологической изу-
ченности района и категория сложности его инженерно-геологи-
ческих условий, стадия инженерных изысканий и тип проекти-
руемых сооружений или инженерных работ, размер территории,
подлежащей исследованию, а также ее доступность и обнаженность.
Влияние степени геологической изученности территории на
выбор масштаба съемки значительных пояснений не требует.
Если район в геологическом (инженерно-геологическом) отноше-
нии изучен хорошо, то нет надобности производить его съемку
в масштабе, уже выполненном или более мелком. Следовательно,
если возникает практическая необходимость в дальнейшем изу-
чении территории, оно должно производиться в более крупном
масштабе.
Чем неоднороднее и сложнее инженерно-геологические усло-
вия, тем детальнее приходится исследовать территорию. Неодина-
ков масштаб съемки и на разных стадиях изысканий, и на разных
участках проектируемых сооружений. При обосновании схемы
комплексного использования реки или ее части выполняются
съемки более мелкого масштаба, а при обосновании техниче-
ского проекта — более крупного. Причем в последнем случае на
первом этапе изысканий для выбора створа гидроузла в рассма-
триваемом районе съемка производится более мелкого масштаба,
чем на втором этапе изысканий — на выбранном створе гидроузла.
На участках расположения ответственных сооружений, занимаю-
щих малые или сравнительно малые площади, съемки выполняются
в более крупном масштабе, нежели на участках менее ответствен-
ных сооружений, а также занимающих большие территории.
Выше уже обращалось внимание на то, что при обосновании
проекта планировки и детальной планировки городов производят
дщальные съемки (1 : 10 000), а пригородных зон — крупномас-
штабные (1 ; 25 000 — 1 : 50 000). Причем съемка масштаба 1 :
: 25 000 в пригородной зоне выполняется при сложных инженерно-
геологических условиях.
Детальность инженерно-геологической съемки каждого масш-
таба определяется представительностью фактического материала,
который получают при ее выполнении, т. е. числом наблюдений за
каждым элементом, характеризующим инженерно-геологические
47
.tWirpX.COTO
условия территории, детальностью их описания и точностью изо-
бражения на карте. Формальным критерием для этого служит
среднее число точек наблюдений, которое приходится на 1 см^
карты, независимо от ее масштаба. Для того чтобы обеспечить не-
обходимую детальность наблюдений за распространением и изме-
нением горных пород по площади, покрываемой съемкой, она со-
провождается геофизическими работами, бурением скважин и
проходкой неглубоких горных выработок (закопушки, расчистки,
канавы, шурфы). Полученные таким образом искусственные обна-
жения входят в общее число точек наблюдений. Необходимость
в искусственных обнажениях диктуется также тем, что при ин-
женерных изысканиях, и в том числе при съемке, характеристика
и оценка горных пород обязательно должны производиться в усло-
виях их естественного залегания, сложения, влажности и обвод-
ненности в приповерхностных горизонтах (оценивается по глуби-
не залегания уровня грунтовых вод).
Простейшим практическим приемом, позволяющим в процессе
производства инженерно-геологической съемки контролировать
соответствие числа наблюдений масштабу съемки, является распо-
ложение точек наблюдений вдоль каждого маршрута. Они в сред-
нем должны располагаться на карте в 0,5—1 см одна от другой,
независимо от масштаба карты. При съемке масштаба 1 : 200 000
точки наблюдений на местности располагаются в среднем через
каждые 1—2 км, соответственно при съемках масштабов 1 : 100 000,
1 : 50 000, 1 : 25 000 и 1 : 10 000 через каждые 0,5—1 км, 250—
500 м, 125—250 м и 50—100 м.
Детальность съемки определяется также следующими обстоя-
тельствами. На картах любого масштаба те или иные элементы
инженерно-геологических условий могут изображаться в мас-
штабе, если они имеют ширину не менее 1 мм; при меньшей ши-
рине они не будут читаться. Так, например, при съемке в масштабе
1 : 200 000 на карте могут изображаться толщи горных пород
мощностью не менее 200 м или оконтуриваться какие-либо эле-
менты, ширина которых на местности не менее 200 м. При съем-
ках масштабов 1 : 100 000, 1 : 50 000, 1 : 25 000, 1 : 10 000,
1 : 5000 и 1 : 2000 на картах можно изображать толщи, слои, пачки
и зоны горных пород, имеющие мощности соответственно не ме-
нее 100, 50, 25, 10, 5 и 2 м. Толщи, слои, пачки и зоны меньшей мощ-
ности можно показывать на карте, но не в масштабе. Мелкие эле-
менты (оползневые участки, карстовые и просадочные воронки
и др.), расположенные поблизости друг от друга, на средне- и
крупномасштабных картах изображаются в обобщенном виде:
одним контуром или определенным условным обозначением выде-
ляется поле их распространения.
Следовательно, чем детальнее съемка, тем детальнее должен
быть расчленен геологический разрез, детальнее расчленены, вы-
делены и прослежены различные элементы инженерно-геологиче-
ских условий. Соответственно на карте должно быть проведено
48
больше различных границ, контактов и т. д. Так как на картах
мелкого масштаба многое невозможно изобразить в масштабе,
шире используются различные условные обозначения, тогда как
на картах более крупного масштаба многое изображается и окон-
туривается в масштабе. Точно так же изменяется и точность изо-
бражения наблюдаемых элементов. В первом случае они наносятся
на карту глазомерно, полуинструментально, а при детальных съем-
ках только инструментально.
Из сказанного следует, что выбор масштаба инженерно-геоло-
гической съемки должен обосновываться исходя из перечисленных
выше критериев.
Организация инженерно - геологической
съемки. Как было отмечено выше, инженерно-геологическая
съемка всегда является комплексным исследованием, включаю-
щим изучение, оценку и изображение на карте комплекса элемен-
тов, характеризующих инженерно-геологические условия терри-
торий. Такая комплексность обязательно предполагает изучение
горных пород в условиях их естественного залегания, сложения,
влажности, изучение подземных вод, геологических процессов и
явлений до глубин возможного воздействия сооружений, горных
или других инженерных работ.
Выполнение этих задач требует применения различных методов
исследований — видов геологических работ и соответственно опре-
деленной организации инженерно-геологической съемки. Основа
этой организации — плановое рациональное сочетание видов и
методов работ, выполняемых в подготовительный и полевой пери-
оды, обеспечивающих региональное (площадное) изучение и изо-
бражение на карте инженерно-геологических условий со степенью
детальности и точности, отвечающей масштабу съемки.
Основными этапами организации съемки являются подготови-
тельный, полевой и камеральный. Главные задачи первого этапа:
а) изучение фондовых и литературных материалов, их обобщение,
определение методики полевых исследований и порядка сочетания
различных видов геологических работ; б) составление програм-
мы — проекта и календарного графика полевых работ; в) подбор
топографических, аэрофотосъемочных и геофизических материа-
лов; г) укомплектование партии, отрядов кадрами, оборудованием
и снаряжением. Все виды работ на каждом из перечисленных эта-
пов достаточно детально описаны в соответствующих инструкциях
и руководствах [8, 15—24, 26, 27], поэтому, не повторяя этих
описаний, остановимся только на некоторых, наиболее важных
положениях.
В Советском Союзе в подавляющем большинстве случаев рай-
оны, в пределах которых намечаются инженерные изыскания,
включающие и инженерпо-геологическую съемку, в общегеологн-
ческом отношении уже изучены с той или иной степенью деталь-
ности. Поэтому при подготовке к таким исследованиям исключи-
тельно большое значение имеет изучение фондовых материалов,
49
.сото
литературных и картографических, касающихся элементов, ха-
рактеризующих инженерно-геологические условия. В результате
такого изучения необходимо получить представление об инженер-
но-геологических условиях района в целом и отдельных его ча-
стей, выявить главные, определяющие их особенности и дать пред-
варительную оценку условий строительства. Изучать необходимо
ие только материалы, касающиеся природных условий, но и опыта
строительства и эксплуатации сооружений. При этом необходимо
выявить весь фактический материал, который можно будет ис-
пользовать при дальнейших, более детальных исследованиях.
Поэтому изучение литературных и фондовых материалов полезно
сопровождать составлением очерка по истории изучения района,
карт, схем и разрезов, если таковые отсутствуют.
В подготовительный период большое внимание должно быть
уделено подготовке топографических карт. Для полевых съемоч-
ных работ, для изображения инженерно-геологических условий и
составления соответствующих карт топографическая основа долж-
на иметь масштаб более крупный, чем масштаб съемки. Наконец,
совершенно особое внимание должно быть уделено выявлению
имеющихся аэрофотосъемочных и фототеодолитных материалов
и предварительному их дешифрированию. Для дешифрирования
обычно используют плановые и перспективные фотоснимки в виде
отдельных кадров, непрерывных полос и фотосхем, смонтирован-
ных из комплекта кадров. Дешифрирование аэрофото- и фототео-
долитных снимков является очень эффективным методом изучения
и предварительной оценки как инженерно-геологических условий
местности в целом, так и отдельных ее элементов — рельефа, гео-
логического строения, тектонических разрывов, распространения
подземных вод, геологических процессов и явлений и др Описа-
ние основных прямых и косвенных признаков, используемых для
дешифрирования отдельных элементов природных условий, при-
водится в специальной литературе [1, 2, 28, 37 |. Эту работу долж-
ны выполнять соответствующие специалисты. Поэтому при орга-
низации региональных инженерно-геологических исследований
необходимо уделять должное внимание укомплектованию экспе-
диции, партии или отряда соответствующими кадрами.
Важнейшим условием правильной организации полевого этапа
инженерно-геологической съемки является Эффективное сочета-
ние собственно процесса съемки с сопровождающими ее другими
видами геологических работ — аэрофотосъемочпыми, геофизиче-
скими, буровыми и горными, обеспечивающими необходимую де-
тальность и достоверность исследований. Для этого полевые ра-
боты должны начинаться с рекогносцировки района, иногда со-
провождающейся аэровизуальным осмотром, в результате кото-
рой уточняются план и методика полевых работ.
При рекогносцировке района знакомятся с особенностями
рельефа, осматривают опорные геологические разрезы (уста-
новленные предыдущими исследователями), по которым получают
50
представление о горных породах, слагающих район, осматривают
также другие важнейшие элементы, характеризующие инженер-
но-геологические условия (например оползневые участки, распро-
странение карстовых, просадочных, мерзлотных и других явле-
ний), определяющие главные особенности района. При определе-
нии плана рекогносцировки руководствуются данными, получен-
ными при изучении литературных, фондовых геологических и
картографических материалов и предварительного дешифриро-
вания аэрофотоснимков.
Выполнив рекогносцировку и уточнив план полевых работ,
приступают к систематическому, т. е. площадному, по определен-
ным маршрутам (от точки к точке наблюдений), инженерно-ге-
ологическому изучению района. Основой такого изучения явля-
ются методы; пересечений по простиранию и вкрест простирания
элементов инженерно-геологических условий (главным образом
при среднемасштабной съемке), их прослеживания и оконтури-
вания (главным образом при крупномасштабной и детальной
съемках). Для выделения наиболее важных элементов, влияющих
на оценку инженерно-геологических условий территории, метод
прослеживания на отдельных участках может применяться и при
среднемасштабной съемке. Изображение и привязка всех точек
наблюдений производятся на топографических картах и аэрофото-
снимках глазомерно и полуинструментально при средне- и крупно-
масштабных съемках и только инструментально при детальных.
При крупномасштабных съемках часть наиболее важных опор-
ных точек рекомендуется привязывать также инструментально.
Положение точек наблюдений должно устанавливаться с точностью
до 100 м при съемке масштаба 1 : 200 000 и соответственно до 50,
25 и 12,5 м — при съемках масштабов 1 : 100 000, 1 : 50 000 и
1 ; 25 000. При детальных съемках точность положения точек
определяется точностью топо-геодезических работ.
План производства съемки, т. е. план размещения маршрутов,
которыми покрывается территория, определяется особенностями
рельефа местности, расположением форм рельефа первого, второго
в последующих порядков, обнаженностью горных пород, геоло-
гическим строением, распространением подземных вод и их про-
явлениями, распространением геологических явлений и слож-
ностью инженерно-геологических условий отдельных ее частей.
При среднемасштабной съемке важно также учитывать возможное
расположение первоочередного района хозяйственного освоения
территории, при крупномасштабной съемке — возможное распо-
ложение конкурирующих участков, строительных площадок,
а при детальной — план компоновки сооружений на выбранном
участке или площадке.
При определении направления маршрутов руководствуются
топографической картой, аэрофотоснимками и результатами их
дешифрирования, данными рекогносцировки и интерпретации
геофизических материалов. Эти же данные служат для составления
51
плана геофизических работ, размещения буровых скважин, рас-
чисток, канав, шурфов и других горных выработок, сопровождаю-
щих съемку. Учет всех этих данных позволяет наиболее рацио-
нально определять направление маршрутов и наиболее точно ста-
вить перед каждым из них задачи.
При средне- и крупномасштабных съемках маршруты должны
располагаться более или менее равномерно на исследуемой терри-
тории, но могут на отдельных более сложных участках сгущаться,
на других более простых располагаться реже. Следовательно,
план их расположения ни в коем случае не может определяться
формальными признаками. Каждый маршрут должен решать опре-
деленные задачи, а все они в целом позволяют изучить, оценить
и изобразить на карте инженерно-геологические условия терри-
тории.
При детальных съемках маршруты, как показывает опыт, це-
лесообразно располагать по профилям — по более или менее пра-
вильной геометрической сетке, равномерно покрывающей участок
или строительную площадку. При этих съемках, выполняемых
обычно на ограниченных по площади участках, естественных обна-
жений либо недостаточно, либо они вообще отсутствуют. Поэтому
приходится выполнять сравнительно большой объем горно-бу-
ровых работ и съемка сливается с разведочными работами. Эффек-
тивность результатов детальных съемок и определяется таким рас-
положением маршрутов.
При правильной организации инженерно-геологической съем-
ки ее постоянно должны опережать площадные (региональные)
геофизические работы. Они обычно ставятся с целью получения
предварительной информации (в целом по всей площади, покрыва-
емой съемкой, или по отдельным «ключевым» ее участкам) о рас-
пространении и мощности четвертичных отложений, особенностях
их разреза, о рельефе поверхности коренных пород, особенностях
их разреза и распространения отдельных комплексов и типов
горных пород, о распространении зон повышенной трещиноватости
и тектонических разрывных нарушениях, о глубине залегания и
распространении подземных вод, многолетней мерзлоты и других
данных, характеризующих ппжеперно-геологические условия.
В процессе собственно инженерно-геологической съемки все эти
данные проверяются и уточняются путем интерпретации, устано-
вления геологической природы геофизических аномалий. Для этого
используются и данные бурения, расчисток, шурфов и других
горных выработок, которые сопровождают съемку.
Выше уже отмечалось, что картировочные горно-буровые ра-
боты всегда сопровождают инженерно-геологическую съемку с
целью более достоверного и точного изучения инженерно-геологи-
ческих условий территории. Именно такие работы позволяют уточ-
нять геологический разрез, условия залегания горных пород, их
обводненность и физическое состояние (влажность, плотность,
консистенцию, выветрелость и др.) и условия развития геологи-
Б2
ческих процессов и явлений. Горные выработки и буровые
скважины, пройденные ранее и проходимые при производстве
инженерно-геологической съемки, показываются на картах и
аэрофотоснимках с точностью, соответствующей масштабу
съемки.
Таким образом, после соответствующей подготовки к полевым
работам, предварительного дешифрирования аэрофотосъемочного
материала и рекогносцировки уточняют план опережающих реги-
ональных геофизических работ. На этой основе развертывают ин-
женерно-геологическую съемку, которая сопровождается горно-
буровыми работами в ограниченных объемах. Рациональное
сочетание различных методов и видов геологических работ поз-
воляет придавать инженерно-геологической съемке определенную
направленность в изучении природных условий, выявлять, изу-
чать и картировать все то, что является наиболее важным и ре-
шающим для оценки территории в инженерном аспекте.
Опыт работы ВСЕГИНГЕО показывает, что при среднемас-
штабной и отчасти крупномасштабной съемках весьма эффектив-
ным является метод «ключевых участков» [2]. Основу этого ме-
тода составляют наблюдения, показывающие, что общие регио-
нальные черты инженерно-геологических условий сохраняются на
значительных площадях. Поэтому представления об этих условиях
можно получить путем постановки исследований не на всей их
площади, а на нескольких небольших, но типичных «ключевых»
участках. Обобщая материалы по таким участкам, можно оцени-
вать инженерно-геологические условия значительных площадей
и тем самым ускорять региональное изучение территорий.
Содержание инженерно - геологической
съемки. Съемка состоит в выделении, изучении и прослеживании
в поле всех элементов, характеризующих инженерно-геологиче-
ские условия района, и изображении их на карте. Важнейшим эле-
ментом инженерно-геологических условий являются горные по-
роды, участвующие в геологическом строении района, предопре-
деляющие рельеф местности, развитие геологических процессов,
распространение подземных вод и месторождений полезных иско-
паемых. В то же время горные породы служат естественным осно-
ванием для различных сооружений, средой для них или строи-
тельным материалом. Поэтому при инженерно-геологической съем-
ке в первую очередь необходимо выявлять и отражать на картах
закономерности размещения в земной коре горных пород, обла-
дающих различными свойствами. В этом состоит исходное теоре-
тическое положение, основной вопрос методики инженерпо-гео-
логической съемки и составления соответствующих карт.
Районы инженерно-геологических съемок могут иметь различ-
ное геологическое строение, и поэтому методика их выполнения
и организация, так же как и оценка территории в инженерном
аспекте, в каждом из них будут различаться. Различия в геоло-
гическом строении районов проявляются в первую очередь в раз-
63
wvw.tv^irpx.cem
личном сочетании комплексов горных пород, слагающих геологи-
ческий разрез.
В Советском Союзе при региональных геологических исследо-
ваниях в геологическом разрезе принято выделять комплексы 1.231:
а) четвертичных отложений;
б) покровный — недислоцироваиные или слабо дислоцирован-
ные осадочные и вулканогенные породы и прорывающие их магма-
тические тела — это породы чехла древних и молодых платформ,
обнажающиеся на поверхности или покрытые четвертичными
отложениями;
в) складчатый — дислоцированные осадочные, вулканогенные
и метаморфические породы и прорывающие их магматические по-
роды — это породы складчатого фундамента платфюрм, обнажаю-
щиеся на поверхности или покрытые различными сочетаниями
пород четвертичного и покровного комплексов.
В геологическом разрезе того или иного района до глубины
возможного воздействия сооружений или инженерных работ мо-
гут выделяться тот или иной комплекс горных пород или опреде-
ленные их сочетания. В соответствии с этим районы подразде-
ляют [23, 24 1 на одно-, двух- и трехъярусные (табл. 11-1). Так,
Таблица 11-1
КЛАССИФИКАЦИЯ РАЙОНОВ ПО СТРОЕНИЮ ГЕОЛОГИЧЕСКОГО РАЗРЕЗА,
ПРИНЯТАЯ В СОВЕТСКОМ СОЮЗЕ ПРИ РЕГИОНАЛЬНЫХ
ГЕОЛОГИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЯХ [20, 211
Ком плексы горных пород Районы
Одноярусные Двухъярусные Трехъ- ярусные
Тип 1 Tint II Inn III Ош IV Тип V Тип VI Тип VII
Четвер гичиый + — + + —. +
1 [окровный — + -— + — + +
Складчатый — — + — + + +
Примечание. Знак плюс — присутствие, знак минус — отсутствие комплекса
в пределах 1лубины изучения района.
например, в пределах Русской плат(|юрмы можно выделять рай-
оны: приповерхностного залегания кристаллических пород до-
кембрия— типы 1 или Ill (Балтийский щит и др.); неглубокого
залегания песчано-глинистых и карбонатных пород палеозоя —
типы 1 или IV (южный склон Балтийского щита, Ордовикское плато,
1 лавное девонское поле и др.); распространения ледниковых и вод-
но-ледниковых отложений Северо-Запада—тип I и др.
Как показывает практика региональных инженерно-геологи-
ческих исследований, при проектировании и строительстве жи-
лищного, гражданских в промышленных сооружений, различных
видов линейных и мелиоративных, аэродромов и многих других
видов строительства наиболее часто приходится выполнять работы
54
Б районах, принадлежащих к типам I, IV и V. При проектирова-
нии гидроузлов, туннелей и других подземных сооружений, до-
рог в горных районах, мостовых переходов, шахт и карьеров для
разработки месторождений полезных ископаемых чаще прихо-.
дится выполнять работы в районах приповерхностного залегания
коренных пород, т. е. типов II, III, IV и др.
При изучении и картировании распространения горных пород
в процессе инженерно-геологической съемки возникает вопрос,
какой классификацией их при этом следует пользоваться? В боль-
шинстве существующих руководств и инструкций по инженерно-
геологической съемке 15, 6, 7, 9, 30, 31, 32] рекомендуется выде-
лять и изображать на картах распространение геолого-генетиче-
ских комплексов горных пород и сопровождать такие карты та-
блицами показателей их физико-механических свойств. Однако при
таком содержании инженерно-геологической съемки получается,
что на инженерно-геологических картах рекомендуется показы-
вать главным образом то, что обычно изображают на геологиче-
ских картах, и инженерно-геологическая съемка при этом не ста-
новится видом исследований, дающим новую самостоятельную
информацию. Получается, что инженерно-геологическая съемка
дублирует в значительной части геологическую.
Следует оговориться, что при инженерно-геологических съем-
ках можно составлять различные карты, которые могут иметь
различное содержание, и это не должно вызывать возражений.
Съемка — это научное исследование, и она должна иметь творче-
ский характер. Однако в данном случае рассматривается вопрос
о содержании инженерно-геологической съемки и соответственно
об основном ее результате — о составлении основной инженерно-
геологической карты. Такая карта должна составляться всегда
и везде одинаково, в ее основе должен лежать единый принцип,
подобно тому как всегда одинаково составляется основная гео-
логическая карта.
Следовательно, составление любых инженерно-геологических
карт при выполнении съемки вполне допустимо, но при условии,
что в первую очередь составляется основная инженерно-геологи-
ческая карта. На этом вопросе мы остановимся ниже несколько
подробнее, здесь же отметим, что при инженерно-геологической
съемке необходимо руководствоваться инженерно-геологической
классификацией горных пород и отображать на карте распростра-
нение групп горных пород, выделяемых по этой классификации.
В этом случае инженерно-геологическая съемка будет давать но-
вую, свою, самостоятельную информацию и действительно отра-
жать факт дальнейшего геологического изучения территорий в ин-
женерном аспекте.
В курсе «Инженерной петрологии» [11] уже было отмечено,
что из всех известных общих инженерно-геологических класси-
фикаций горных пород наиболее правильной является классифи-
кация Ф. П. Саваренского.
55
vw-w .twirpx.coTO
В соответствии с этой классификацией участки распростране-
ния твердых, скальных горных пород наиболее благоприятны для
строительства любых сооружений без существенных ограничений
и часто без применения сложных мероприятий для обеспечения
их устойчивости. Такая их оценка сохраняется для любых райо-
нов — сейсмических, распространения многолетней мерзлоты и др.
Относительно твердые полускальные породы отличаются от
скальных меньшей прочностью и устойчивостью, большей дефор-
мируемостью и значительной или высокой водопроницаемостью.
Они часто значительно трещиноваты или кавернозны, хотя и имеют
высокую прочность в образце. Участки их распространения в боль-
шинстве случаев благоприятны для строительства различных, и
в том числе ответственных сооружений, но нередко с соблюдением
определенных ограничений, с применением сложных инженерных
мероприятии для обеспечения устойчивости сооружений и нормаль-
ных условий их эксплуатации.
Мы уже обращали внимание [11 ] иа то, что термины «скальные»
и «полускальные породы» — производственные, они условно, в
сжатой форме выражают строительные свойства пород и пред-
полагают определенные условия строительства на них сооруже-
ний. Рыхлые несвязные и мягкие связные породы по сравнению
со скальными и полускальнымн характеризуются значительно
меньшей прочностью и устойчивостью и большой деформируемо-
стью. Некоторые из них сильно водопроницаемы. Эти группы по-
род отличаются большой неоднородностью в изменчивостью физи-
ческого состояния н свойств. Условия строительства сооружений
иа участках, сложенных такими породами, часто сопряжены с боль-
шими ограничениями. 11ородыособого состава, состояния и свойств,
как правило, слабые в строительном отношении. При выборе мест
расположения сооружений по возможности стараются избегать
участков, сложенных такими породами.
Подробная характеристика и оценка каждой из перечисленных
групп горных пород приведена в курсе «Инженерной петрологии»
[111, а методы их лабораторного изучения в соответствующем
руководстве [101.
В зависимости от масштаба инженерно-геологической съемки
детальность изучения п подразделений пород каждой группы долж-
ны быть различными. Об этом сказано ниже, при рассмотрении
вопроса о методике составления инженерно-геологической карты.
При инженерно-геологической съемке можно также руковод-
ствоваться подразделениями горных пород, рекомендуемыми в
«Строительных нормах и правилах» (СНиП II—15—74). Однако
в этом документе номенклатура горных пород дана без учета их
важнейших геологических особенностей, в грубообобщенном виде,
с существенными ошибками.
Таким образом, в процессе производства инженерно-геологи-
ческой съемки при изучении, оценке и изображении горных по-
род на картах необходимо руководствоваться инженерно-геоло-
56
гической классификацией горных пород. Она вполне позволяет
учитывать как общие, так и местные геологические условия.
Оценка инженерно-геологических условий территорий не-
мыслима без учета обводненности картируемых групп и типов гор-
ных пород и связанных с ними геологических процессов и явле-
ний, распространения месторождений полезных ископаемых, осо-
бенно строительных материалов. Поэтому наблюдениям и изобра-
жению на картах всех этих элементов инженерно-геологических
условий необходимо уделять большое внимание.
Заметим, что при изучении обводненности картируемых гор-
ных пород и оценке ее влияния на устойчивость территорий и
проектируемых сооружений необходимо обращать внимание на
распространение типов подземных вод, глубину их залегания,
гидравлические особенности водоносных горизонтов, их произво-
дительность и химический состав воды. Важно выяснять по пря-
мым и косвенным признакам особенности их режима и давать прог-
ноз изменениям обводненности горных пород при освоении тер-
ритории. В тех случаях, когда подземные воды будут являться
ведущим, решающим фактором при оценке инженерно-геологиче-
ских условий территории, желательно одновременно с ипженерно-
геологической картой, на которой показывается обводненность
горных пород, составлять гидрогеологическую карту, на которой
изображать распространение и условия залегания типов подзем-
ных вод. Методика составления таких карт подробно изложена
в соответствующих руководствах [221.
При изучении распространения геологических процессов и
явлений важно устанавливать причины и условия их возникнове-
ния и развития, масштаб и степень их угрозы для окружающей
природы, территорий, жизни и деятельности людей. Важно обра-
щать внимание на активность, динамику и механизм их развития
и изучать уже применяемые или возможные методы защиты тер-
риторий, сооружений, жизни и деятельности людей от их опасного
воздействия. Описание всех этих вопросов, а также методов оценки
и прогноза геологических процессов и явлений приведено в курсе
«Инженерной геодинамики» [12].
Как отмечалось выше, при инженерно-геологической съемке
особое внимание необходимо уделять изучению и описанию инже-
нерно геологических условий месторождений полезных ископае-
мых. Здесь главное внимание должно быть обращено на оценку
н прогноз: 1) влияния проектируемых сооружений или хозяйствен-
ного освоения территорий на условия вскрытия и разработку
месторождений и 2) влияния горных работ при разработке место-
рождений на изменение инженерно-геологических условий окру-
жающих территорий, на вопросы защиты, охраны окружающей
среды от их вредного влияния. При изучении месторождений стро-
ительных материалов важно выяснять их распространение, усло-
вия залегания, возможные запасы, качество, условия вскрытия
и разработки.
67
WWW.twirpx.com
Как уже нами подчеркивалось, при изучении, описании и
оценке инженерно-геологических условий территорий необхо-
димо обращать внимание не только на весь комплекс природных
условий, но также и на опыт строительства сооружений в рассма-
триваемых геологических условиях, рационального использова-
ния территорий, методы их охраны и охраны окружающей геоло-
гической среды.
Таково основное содержание инженерно-геологической съемки.
Геологические наблюдения при производстве съемки за всеми
элементами, характеризующими инженерно-геологические усло-
вия территорий, необходимо производить непрерывно от точки
к точке наблюдения. Непосредственно в поле (в маршруте)следует
показывать на карте фактического материала расположение всех
точек наблюдений, границ, контуров, горизонтов и выделяемых
элементов. Таким образом, инженерно-геологическая карта, как
основной результат съемки, составляется непрерывно в процессе
выполнения маршрутов.
Основными точками наблюдений при инженерно-геологической
съемке являются: 1) характерные особенности рельефа; 2) есте-
ственные обнажения; 3) искусственные обнажения, полученные
при бурении скважин, проходке горных выработок, вскрытые в от-
косах выемок, полувыемок, уступах и бортах карьеров, котло-
ванов п др.; 4) пункты геофизических наблюдений и измерений;
5) источники, т. е. выходы подземных вод на поверхность; 6) ко-
лодцы, скважины, водозаборы и другие сооружения, вскрывшие
подземные воды; 7) пункты, участки проявления различных гео-
логических процессов — подмыва, размыва, оползней, карстовых
форм, просадочных, мерзлотных и др.; 8) отдельные сооружения
или их комплексы, построенные в определенных геологических
условиях и позволяющие давать оценку свойств горных пород и
инженерно-геологических условий в целом; 9) месторождения по-
лезных ископаемых, и в том числе минеральных строительных ма-
териалов.
Способ привязки всех точек наблюдений указан выше. Состав
наблюдений па каждой из них и методика документации обще-
известны и подробно изложены в соответствующих общегеологн-
ческпх руководствах 18, 15—24, 26, 271. Здесь же отметим, что
точность изображения необходимых данных па картах опреде-
ляется ет.элыюстью съемки. Различные границы, контакты, кон-
туры считаются установленными, если они наблюдаются непосред-
ственно в естественных или искусственных обнажениях или в дру-
гих точках наблюдений, или если они находятся между двумя точ-
ками наблюдений, удаленными одна от другой не более чем на
200 м при съемке масштаба 1 . 200 000 и соответственно на 100,
50 и 25 м при съемках масштабов 1 : 100 000, 1 : 50 000 и 1 : 25 000.
При этом достоверность положения границ, контактов, контуров
может считаться достаточной, если они прослежены по простира-
нию. При детальных съемках изображение всех деталей и при-
58
вязка точек наблюдений производятся с точностью топо-геодези-
ческих работ.
При инженерно-геологической съемке обязательным является
составление геологических разрезов по линиям, ориентированным
вкрест простирания склонов, террас, геологических границ, водо-
носных горизонтов и т. д. Такие разрезы составляются глазо-
мерно, полуинструментально или инструментально в зависимости
от масштаба съемки. Они позволяют более обоснованно увязы-
вать данные наблюдений в пространстве, по площади в части про-
слеживания террас и других элементов рельефа, маркирующих
или других важных горизонтов горных пород, водоносных гори-
зонтов и других деталей инженерно-геологических условий.
Съемка, как правило, сопровождается отбором образцов и проб
горных пород и воды для соответствующих лабораторных исследо-
ваний петрографических особенностей и физико-механических
свойств горных пород, химического состава подземных вод и др.
Пробы должны отбираться более или менее равномерно по пло-
щади, покрываемой съемкой, и давать возможность характери-
зовать и предварительно оценивать все типы и разности горных
пород, водоносных горизонтов и качество месторождений строи-
тельных материалов.
Таким образом, предварительные представления об инженерно-
геологических условиях территории, подлежащей съемке, сло-
жившиеся в результате изучения литературных и фондовых мате-
риалов, предварительного дешифрирования аэрофотоснимков и
интерпретации геофизических данных, проверяются в процессе
съемки, уточняются или изменяются и обосновываются фактиче-
скими данными наблюдений. Все эти данные обобщаются в виде
описания инженерно-геологических условий заснятой территории
в целом и отдельных ее частей. Это обобщение должно содержать
оценку условий строительства сооружений и рационального ис-
пользования территории и прогноз возможных их изменений под
влиянием природных и искусственных причин. Оно должно со-
держать заключение о необходимых мероприятиях по охране при-
роды, окружающей геологической среды, жизни и деятельности
людей, а также соображения о составе и методах дальнейших,
более детальных исследований в перспективных районах или на
строительной площадке.
Современное состояние вопроса о методике
составления инженерно-геологических карт. Методике составления
инженерно-геологических карт посвящены сотни работ, опубли-
кованных в виде статей, докладов, методических руководств, ин-
струкций и указаний. Большая же часть их входит в состав раз-
личных отчетов о проведенных исследованиях и хранится в фон-
дах различных организаций. В последние годы вопрос о составле-
нии инженерно-геологических карт обсуждался на нескольких
совещаниях. Например, в 1962 г. проблеме инженерно-геологиче-
ского районирования и картирования было посвящено специаль-
59
.сото
ное совещание в Москве, в 1963 г. эти вопросы рассматривались
на всесоюзном совещании по гидрогеологии и инженерной геоло-
гии в Ереване, в 1966 и 1967 гг. они частично рассматривались на
межведомственных совещаниях во ВСЕГЕИ в связи с подготовкой
к составлению и изданию Государственной геологической карты
СССР масштаба 1 : 1 000 000 новой серии. Инженерно-геологи-
ческому картированию и районированию было посвящено в 1968 г.
четвертое региональное совещание по инженерной геологии в Ле-
нинграде. Наконец, эти вопросы рассматривались в 1968 г. на
межведомственном совещании по инженерной геологии в Москве
и в 1974 г. на симпозиуме, посвященном специально этому во-
просу, также в Москве. Вопросы методики инженерно-геологиче-
ского картирования и составления инженерно-геологических карт
для различных видов строительства и пути их унификации не-
сколько раз рассматривались в постоянной комиссии СЭВ.
Из этого краткого перечня следует, что методике составления
инженерно-геологических карт уделяется много внимания, так
как основным методом инженерно-геологического изучения терри-
тории СССР должно быть составление соответствующих карт.
Однако необходимость в этом многими руководящими ведомствами,
организациями и отдельными специалистами еще не вполне осоз-
нана, Работы, выполняемые в этом плане различными террито-
риальными организациями и институтами, методически и органи-
зационно пе объединены. В настоящее время недостаточно полно
определены номенклатура карт и их назначение, нет общеприня-
тых и достаточно обоснованных принципов составления основных
карт, стандартных условных обозначений, нечетко сформули-
рованы задачи инженерно-геологического районирования, нет еди-
ных инструкций и методических указаний по составлению и
оформлению различных типов инженерно-геологических карт,
проведению инженерно-геологических съемок, не решены многие
другие вопросы. Такое положение становится нетерпимым, поэ-
тому нами на это уже обращалось внимание [13], так же как и на
необходимость решения следующих неотложных задач: 1) уста-
новление номенклатуры карт и определение их назначения; 2) оп-
ределение принципов п методики составления нпженерно-геоло-
гических карт, и в первую очередь основной обязательной го-
сударственной карты; 3) определение принципов и задач инженерно-
геологического районирования; 4) стандартизация условных обоз-
начений; 5) координация всех работ но инженерно-геологиче-
скому картированию в Советском Союзе.
Анализ многих имеющихся материалов показывает, что мне-
ния решительного большинства специалистов в Советском Союзе
более или менее согласуются по следующим основным положениям.
1. Основной задачей инженерно-геологического картирования
является объективное изображение на топографической основе
инженерно-геологических условий тех или иных территорий, т. е.
геологических условий строительства различных сооружений,
60
производства горных работ на месторождениях полезных ископа-
емых и других видов хозяйственного использования территорий.
Чем объективнее и точнее будут изображаться на карте инженерно-
геологические условия, тем большее практическое значение она
будет иметь.
2. В основу составления инженерно-геологических карт дол-
жен быть положен единый научный принцип, согласно которому
инженерно-геологические условия всегда и обязательно должны
изображаться одинаково, независимо от сложности условий и вида
строительства, но с разной степенью детальности, зависящей от
масштаба карты. Такая карта может называться общей, основной
или лучше просто инженерно-геологической картой той или иной
территории, подобно тому, как существуют карты геологические,
гидрогеологические, геоморфологические и др.
3. Кроме основной инженерно-геологической карты можно,
а в некоторых случаях даже необходимо составлять также карты
специальные для изображения геологических условий примени-
тельно к тому или иному виду строительства и хозяйственного
использования территорий или в связи с особыми геологическими
условиями, распространением тех или иных геологических про-
цессов и явлений. Специальными, например, могут быть структур-
но-тектоническая карта туннельного участка или карта по трассе
метрополитена, карта среза на той или иной отметке строительной
площадки крупного гидроузла или завода, шахтного или карьер-
ного поля, карта оползневого района или отдельного участка
оползня, распространения многолетней мерзлоты или карта сей-
смического районирования и др.
Нам представляется, что специальные карты могут составляться
и как иллюстрация крупных теоретических обобщении. Например,
для наглядной иллюстрации формирования свойств горных пород
и закономерностей изменения их в пространстве можно составлять
мелкомасштабные карты распространения различных формаций
горных пород. Наконец, специальными в большинстве случаев
являются карты инженерно-геологического районирования.
4. Унифицированными должны быть не только номенклатура
карт по масштабам, принципам составления и назначению, но
также условные обозначения и оформление.
Характеризуя современное состояние вопроса о методике со-
ставления инженерно-геологических карт, нельзя не отметить, что,
несмотря на то, что по ряду положений мнения более или менее
согласуются, основные коренные вопросы, касающиеся принципов
и способов изображения на карте инженерно-геологических усло-
вий, остаются нерешенными.
Выше уже было отмечено, что важнейшим элементом инженер-
но-геологических условий являются горные породы. Поэтому ин-
женерно-геологическая карта должна в первую очередь отображать
закономерности размещения в земной коре горных пород, обладаю-
щих различными свойствами. В этом состоит первое и главное тео-
61
WWW.tWtrpX.COI»
ретическое положение — коренной вопрос методики составления
инженерно-геологических карт.
В настоящее время наметились два направления, по-разному
определяющие принцип и способ составления инженерно-геологи-
ческих карт. Согласно первому, в основе инженерно-геологической
характеристики территорий должен лежать формационный прин-
цип, т. е. выделение формаций и геолого-генетических комплексов
горных пород. Согласно второму направлению, в основу инже-
нерно-геологической характеристики и оценки картируемой тер-
ритории кладется принцип собственно инженерно-геологический,
т. е. выделение групп и подгрупп горных пород, существенно
различающихся по своим свойствам. Естественно, что изображение
инженерно-геологических условий получается различным.
Карты, в основе которых лежит формационный принцип, мень-
ше отвечают своему назначению. Основные возражения против
формационного принципа составления инженерно-геологических
карт заключаются в следующем.
1 . При формационном принципе на картах выделяют и пока-
зывают формации пород «коренной основы» и генетические типы
«поверхностных отложений». Так как формации и генетические
типы на карте являются первой и главной информацией, их пока-
зывают цветом. Как следует из специальных методических указа-
ний 114], в каждой формации в подформации выделяют сходные
по фациальным условиям типы сочетаний горных пород, имеющих
определенный возраст и петрографический состав, т. е. геолого-
генетические комплексы. Наряду с комплексами при значитель-
ных мощностях могут также выделяться геолого-генетические
разности, представленные только одним видом пород (например,
пески или глины).Для формации поверхностных отложений ком-
плексы и разности горных пород выделяются применительно к об-
щепринятым генетическим типам (моренный, флювиогляциальный
и др ). Геолого-генетические комплексы, разности и типы горных
пород на картах показывают оттенками основного цвета формации
или штриховкой.
Следовательно, иа инженерно-геологических картах предла-
гается выделять и показывать в первую очередь те данные, которые
показывают и на других геологических Kapiax. Действительно,
формационный состав геологических образований, слагающих
структурные этажи, показывают на геологических и тектониче-
ских картах, а генетические типы четвертичных отложений разного
возраста — на картах четвертичных отложений. Если эту же глав-
ную информацию показывать и иа инженерно-геологических кар-
тах, они не будут самостоятельными и оригинальными, дающими
новую информацию, а будут дублировать геологические карты.
2 Формации и геолого-генетические комплексы отложений
обычно состоят из горных пород различного петрографического
состава При формационном принципе составления инженерно-
геологических карт получается, что породы разного состава и
62
свойств показываются одним цветом. Естественно, что это не со-
здает должной наглядности в изображении инженерно-геологиче-
ских условий картируемой территории и даже дезориентирует чи-
тателя в этом вопросе.
3. В настоящее время в литературе приводится описание не-
скольких сотен формаций, в названиях которых отражаются раз-
личные их качества. Например, Д. Л. Кириков и В. В. Русс [25 J
указывают, что в названиях «терригенная», «вулканогенная» от-
ражен генезис; в названиях «карбонатная», «туффито-диатомито-
вая» — вещественный состав; «паралическая», «лимническая» —
географическая обстановка; «флиш» и «моласса» — собственно
формационные названия; «аспидная», «зеленокаменная» — мета-
морфизм; «красноцветная», «пестроцветная» — цвет отложений
и т. д. Имеют место такие названия, как «угленосная», «эвапо-
ритовая», «континентальная», «ледниковая», «послепозднелед-
никовая», «межгорных котловин», «горных плато и склонов»,
«мелкссопочника» и т. д. Весь этот перечень указывает на большую
сложность систематизации формаций и на то, что их выделение
действительно основано на учете различных их качеств. Поэтому
естественно, что так как формационный анализ не является пред-
метом исследований инженерной геологии и никто из специалистов
этой области знаний изучением формаций не занимался, нельзя
рекомендовать и настаивать на применении формационного прин-
ципа при составлении инженерно-геологических карт.
4. Формации можно выделять на картах, охватывающих круп-
ные регионы, т. е. на картах обзорных и мелкомасштабных. Фор-
мации связаны с крупными тектоническими структурами земной
коры, они являются самыми крупными подразделениями осадочной
оболочки. На территориях, ограниченных по площади, картиро-
вать формации не представляется возможным. Следовательно,
для карт среднемасштабных, крупномасштабных и детальных
этот принцип приобретает только символическое значение. На
таких каргах рекомендуют показывать геолого-генетические ком-
плексы и группы горных пород по инженерно-геологической клас-
сификации. В этом случае фактически получается отход от форма-
ционного принципа и способ изображения инженерно-геологиче-
ских условий на карте приближается к собственно инженерно-
геологическому.
5. Составление инженерно-геологических карт съемочных мас-
штабов должно осуществляться в процессе выполнения соответ-
ствующей съемки. Но в поле обычно наблюдают и картируют рас-
пространение горных пород, являющихся какой-то частью форма-
ции, а не формацией. Формация обычно имеет большой физический
сбъем и большую внутреннюю петрографическую неоднородность.
Принадлежность горных пород к той или иной формации опреде-
ляют на основании соответствующих обобщений. Следовательно,
<|ормационный принцип предполагает составление карт только
камеральным путем.
63
www.twirpx.cei»
Один из основоположников учения о формациях — Н. С. Шат-
ский [1965 г.] — указывал, что выделение осадочных формаций
как естественных комплексов горных пород, отдельные части ко-
торых парагенетически связаны друг с другом, должно проверяться
путем поисков аналогичных формаций в других местах земного
шара, в других геологических разрезах, в других по возрасту от-
ложениях. Повторяемость этих парагенезов в разных местах и
в разные эпохи развития земной коры является надежным приз-
наком правильности выделения данных естественных ассоциаций.
Из этих методических указаний следует, что выделение формаций
должно производиться только на основе обобщений накопленных
знаний, как и проверка правильности их выделения.
6. При оценке принципа составления карт важно учитывать,
что дает каждый из них для характеристики инженерно-геологи-
ческих условий картируемой территории. Как указывают М. В. Чу-
ринов, В. П. Лазарева и И. М. Цыпина [14], выделив формацию,
мы получаем возможность дать прогноз ее основных инженерно-
геологических особенностей: наиболее вероятных сочетаний слага-
ющих ее комплексов горных пород, их инженерно-геологических
свойств, а также характера приуроченных к ним подземных вод
и современных геологических процессов. Например, в пределах
соленосной формации будут развиты водонестойкие отложения,
поэтому здесь можно встретить соляной карст, минерализованные
подземные воды с сульфатной и хлоридной агрессивностью по
отношению к бетонам, провальные явления и др. Такое же значе-
ние учению о геологических формациях для инженерно-геологи-
ческого картирования придают и другие сторонники формацион-
ного принципа.
Из сказанного следует, что авторы формационного принципа
не учитывают современного состояния геологической изученности
нашей страны и отдельных ее районов. Они не учитывают, что реги-
ональное инженерно-геологическое изучение есть дальнейшее гео-
логическое изучение в определенном аспекте. И действительно,
для всей территории Советского Союза и отдельных ее районов
уже имеются геологические карты коренных пород и четвертичных
отложений, карты геоморфологические, палеогеографические, тек-
тонические, гидрогеологические и др.
В настоящее время унифицированы стратиграфические схемы
почти для всех систем и отделов различных районов, имеются об-
ширные литологические материалы, многочисленные данные опор-
ного бурения п т. д. Приступая к инженерно-геологическому изу-
чению тех пли иных районов и составлению карт, необходимо учи-
тывать уже существующую и во многих случаях исчерпывающую
геологическую основу. Поэтому обо всех тех явлениях, о которых
говорят сторонники формационного принципа, можно получить
сведения из имеющихся геологических материалов, и если воз-
никает необходимость что-то прогнозировать, то это следует
делать именно по этим материалам. Кроме того, инженерно-гео-
64
логическая карта должна служить не только для прогноза вероят-
ных сочетаний горных пород в формации, как утверждают сторон-
ники этого принципа, но содержать возможно полную инженер-
но-геологическую характеристику и оценку картируемой терри-
тории.
Если же говорить о значении учения о формациях для инженер-
ной геологии, то, как нам представляется, оно должно служить
главным образом основой для разработки теории формирования
свойств горных пород, природы этих свойств. Именно в этом огром-
ная заслуга И. В. Попова, который предложил использовать уче-
ние о формациях в инженерной геологии.
7. Необходимо также учитывать, что о сущности формации как
некоторой геологической категории и ее значении для научного
анализа геологического строения существуют различные мнения.
Если сравнить, например, концепцию Н. С. Шатского [1965 г.]
с концепцией Н. М. Страхова [1960 г.], то можно увидеть, что они
серьезно отличаются одна от другой. Возникает вопрос, какой
концепции придерживаться при составлении инженерно-геологи-
ческих карт?
8. Формации, имея большой физический объем и большую пе-
трографическую неоднородность, позволяют судить об этапах раз-
вития главным образом крупных тектонических структур и о зна-
чительных этапах эволюции климата и других геологических со-
бытий. Но внешний облик горных пород, их физическое состояние,
свойства, водоносность связаны также и с современными геологи-
ческими процессами. Поэтому при изображении на карте форма-
ций или геолого-генетических комплексов в качестве первой и
основной информации инженерно-геологическая характеристика
и оценка территорий оказываются обычно недостаточно раскры-
тыми.
9. При характеристике и оценке фжзико-механичсских свойств
горных пород в настоящее время широко применяют вероятностно-
статистический метод, анализ пространственного изменения их
свойств (тренд-анализ) и др. При применении этих современных
методов надо строго соблюдать правило геологической однород-
ности пород в стратиграфическом, генетическом и петрографиче-
ском отношениях [11]. Следовательно, применение этих методов
возможно только для характеристики и оценки определенных
типов, разностей горных пород или их зон, но никак не формаций.
Таковы наиболее важные возражения против применения
формационного принципа для составления основной, унифициро-
ванной инженерно-геологической карты. Такие карты можно
составлять только как специальные, подобно тому, как кроме ос-
новной геологической карты составляют другие специальные
карты.
На Всесоюзном совещании (Ленинград, 1968 г.), посвященном
изучению геологических формаций, отмечалось, что, несмотря на
выдающееся значение работ, посвященных учению о формациях,
3 В. Д. Лоытадзе 65
.Шхтрх.сото
заложивших основы формационного анализа, многие проблемы
все еще остаются нерешенными. До сих пор остается дискуссион-
ным содержание понятий, связываемых с термином «геологиче-
ская формация» (ассоциация пород, аффилиация, геогенерация,
парагенерация, над-, под-, субформация и др.), принципы и методы
выделения конкретных формационных подразделений, система-
тика и классификация формаций. Все еще продолжает оставаться
спорным вопрос о месте и роли формационного анализа в комплексе
геологических исследований. Весьма дискуссионной представля-
ется проблема соотношений парагенетического и генетического
направлений формационного анализа.
28 мая — 2 июня 1968 г. в Москве состоялось VIII Всесоюзное
литологическое совещание, в решении которого указано, что,
несмотря на обилие работ, посвященных формациям, единого
учения о формациях в настоящее время не существует. Имеется
несколько самостоятельных направлений, объединенных по суще-
ству лишь общим, хотя и по-разному понимаемым термином «фор-
мация». Первой задачей в изучении формаций является их типи-
зация. Она не может быть решена без детального монографического
описания их конкретных представителей.
Необходимо, чтобы специалисты разных направлений дали
монографическое описание конкретных выделяемых ими форма-
ций со сравнительным анализом сходных образований. Желательно,
чтобы исследования проводились на нескольких единых объектах.
Это позволит оценить научную и практическую значимость тех
или иных представлений о формациях.
Из сказанного представляется вполне очевидным, что за основу
составления основных инженерно-геологических карт не может
быть принят формационный принцип. Тем не менее надо отметить,
что большая группа специалистов настойчиво развивает идею
о применении именно формационного принципа при составлении
инженерно-геологических карт. Настаивая, но никак не убеждая
и не выдвигая никаких возражений против перечисленных выше
аргументов относительно неприемлемости формационного прин-
ципа для составления основной инженерно-геологической карты,
почти административным путем обязывают им пользоваться. Это
объясняется тем, что большинство специалистов этого направле-
ния занимаются главным образом обобщением материалов и со-
ставлением обзорных и мелкомасштабных карт (масштаба 1: 500 000
и мельче) камеральным путем.
Для основных инженерно-геологических карт разных масшта-
бов целесообразно применять принцип собственно инженерно-
геологический. При его применении учитывается, что инженерно-
геологическое изучение территории нашей страны есть по суще-
ству дальнейшее геологическое ее изучение в определенном ас-
пекте, так как общее изучение уже выполнено с той или иной сте-
пенью детальности. Поэтому инженерно-геологическая карта долж-
на отвечать следующим главным условиям.
66
1. Давать свою самостоятельную информацию, наглядно вы-
ступающую при ее чтении, и прямой, определенный ответ на во-
просы, касающиеся оценки инженерно-геологических условий
изучаемой территории со степенью детальности, отвечающей мас-
штабу карты.
2. Не дублировать геологические, геоморфологические, гидро-
геологические и другие карты, а некоторые данные, отображенные
на этих картах, использовать для инженерно-геологических целей.
3. Не основываться на спорных и неопределенных научных
категориях.
4. Развивать те положения в методике составления инженерно-
геологических карт, которые основываются на данных инженерно-
геологического изучения горных пород, рельефа, подземных вод,
геологических процессов и явлений и других природных элемен-
тов и позволяют при планировании освоения территорий и проек-
тировании сооружений и инженерных работ находить оптималь-
ные решения рационального использования геологической среды
и ее охраны.
О номенклатуре инженерно-геологических
карт. Как уже отмечалось, в Советском Союзе геологические,
гидрогеологические и другие съемки подразделяются на мелко-
масштабные, среднемасштабные, крупномасштабные и детальные.
В соответствии с этим геологические и другие карты в зависимо-
сти от масштаба подразделяются на обзорные (1 : 1 500 000 и
мельче); мелкомасштабные (1 : 500 000 — 1 000 000); средне-
масштабные (1 : 100 000 — 1 ; 200 000); крупномасштабные
(1 : 25 000 — 1 : 50 000) и детальные (1 : 10 000 и крупнее). Нет
никаких оснований делать какие-либо исключения и отступле-
ния от установленного порядка и для инженерно-геологических
карт при определении их номенклатуры. Их также целесообразно
подразделять на обзорные, мелкомасштабные, среднемасштаб-
ные, крупномасштабные и детальные. Опыт решения разнообраз-
ных задач, связанных с изучением и оценкой инженерно-геологи-
ческих условий территорий, полностью это подтверждает.
Обзорные карты должны давать общее представление об инже-
нерно-геологических условиях крупных геологических, геогра-
фических или административных регионов — краев, областей,
республик или всей территории СССР — и содержать сведения об
основных закономерностях их формирования и изменения. Соста-
вление таких карт необходимо для теоретических обобщений на-
копленных материалов и для правильной ориентации дальнейших
более детальных исследований. Эти карты могут служить иллю-
страцией для монографий и очерков по инженерной геологии от-
дельных регионов СССР, а также учебным пособием для студентов.
Мелкомасштабные карты должны наиболее полно отображать
инженерно-геологические условия той или иной территории и со-
держать достаточно данных для решения практических задач,
связанных с планированием размещения различных видов строи-
3* 67
тельства и хозяйственного использования территорий, а также для
постановки более детальных инженерно-геологических исследова-
ний. На этих картах необходимо подчеркивать те особенности
инженерно-геологических условий территории, которые предста-
вляются наиболее важными и решающими в региональной сцепке
условий строительства и выборе состава, объема и методики даль-
нейших исследований. Такие карты могут служить официальным
справочным документом по инженерной геологии СССР и геологи-
ческой основой для следующих целей.
1. Планирования размещения различных видов строительства
и другого хозяйственного использования территорий.
2. Составления проектных предположений и технико-эконо-
мических обоснований (ТЭО), когда это возможно без более де-
тальных инженерно-геологических материалов.
3. Установления границ применения норм, технических усло-
вий и других нормативных материалов на проектирование соору-
жений и производство изысканий.
4. Постановки более детальных инженерно-геологических ис-
следований для обоснования проектов всевозможных сооружений,
инженерных работ по улучшению территорий и горных работ для
разработки месторождений полезных ископаемых.
5. Предварительного общего регионального инженерно-гео-
логического изучения территории СССР в целом и отдельных рес-
публик, краев, областей или других крупных территорий.
Мелкомасштабные карты составляются по листам разграфки,
принятой в Советском Союзе.
Среднемасштабпые карты должны давать наиболее полные и
достаточно точные данные об инженерно-геологических условиях
территорий, показывать принципиальные отличия отдельных райо-
нов картируемой территории, распространение опасных геологи-
ческих процессов и явлений, как существующих, так и возможных
в связи с освоением территории, распространение оползневых
процессов и т. д. Такие карты необходимы на начальных стадиях
проектирования различных видов строительства и хозяйственного
использования территорий, так как могут ориентировать геоло-
гов и проектировщиков в отношен ин выбора первоочередных рай-
онов, в которых следует ставить более детальную инженерно-гео-
логическую съемку, вести поиски строительных площадок, трасс
дорог, створов плотин, выявлять участки, где необходимы разведоч-
ные работы для обоснования проекта защитных мероприятий и
т. д. Одновременно эти карты могут быть использованы для опре-
деления ущерба, причиняемого народному хозяйству намечае-
мым строительством или освоением территории.
Среднемасштабные карты составляются по отдельным листам
принятой в Советском Союзе разграфки одновременно с соста-
влением государственных геологических и гидрогеологических
карт по плану регионального комплексного изучения (съемки)
территории. Их можно составлять также для отдельных террито-
68
рий, представляющих промышленный интерес; речных долин
или отдельных их участков; районов развития горной промышлен-
ности и других районов.
Крупномасштабные карты полно и точно отображают инже-
нерно-геологические условия определенных районов, в пределах
которых намечаются один или несколько различных видов строи-
тельства или хозяйственное освоение территории. Эти карты со-
ставляют с такой степенью детальности, которая позволяет ре-
шать практические задачи выбора мест расположения строитель-
ных площадок, створов плотин, мостовых переходов, туннелей
в данном первоочередном районе. Они могут также служить осно-
вой для планирования пригородной зоны крупных и больших
городов, для постановки предварительной разведки, стационар-
ных наблюдений, для определения состава, объема и методики
дальнейших более детальных исследований.
Крупномасштабные карты, как правило, составляют по райо-
нам, покрытым ранее более мелкомасштабными исследованиями,
в результате которых изучены общие инженерно-геологические
условия. Поэтому крупномасштабные карты всегда являются бо-
лее целенаправленными. Их содержание зависит от особенностей
инженерно-геологических условий, объектов намечаемого строи-
тельства и их народнохозяйственного значения. Такие карты со-
ставляют по отдельным планшетам или их частям, охватывающим
тот или иной район.
Детальные карты (масштабов 1 : 10 000, 1 : 5000, 1 : 2000,
1 : 1000 и 1 : 500) должны содержать детальные сведения об ин-
женерно-геологических условиях участка или площадки, выбран-
ных для застройки, участка шахтного или карьерного поля, рас-
пространения карста, оползня, участка переработки берега или
других геологических процессов. Такие карты служат основой для
решения практических вопросов, связанных с компоновкой соору-
жений на строительной площадке, детальной планировкой и со-
ставлением проектов застройки городов и поселков, размещением
защитных мероприятий и инженерных сооружений и др. По ним
представляется возможным давать оценку инженерно-геологиче-
ских условий строительной площадки в целом и участков отдель-
ных проектируемых сооружений, а также определять план раз-
ведки, опытных работ и организацию стационарных наблюдений.
Детальные карты должны удовлетворять требованиям проек-
тирования конкретного вида строительства и использования тер-
ритории. Выбор масштаба детальных карт зависит от проектируе-
мого и строящегося объекта, размеров занимаемой им площади,
сложности геологического строения и др. Эти карты составляются
главным образом на основе материалов разведки и других видов
детальных исследований и наблюдений. Обычно в зависимости от
геологической и производственной необходимости детальные карты
составляются в процессе предварительной разведки или одновре-
менно с детальной разведкой. Они могут начинаться при предвари-
69
.tWirpx.cei»
тельной разведке и заканчиваться в процессе детальных разведоч-
ных работ, либо в процессе строительства сооружений, отработки
месторождения полезного ископаемого и т. д.
Методика составления инженерно-геологиче-
ских карт. Инженерно-геологические обзорные и мелкомасштаб-
ные карты обычно составляются камеральным путем в порядке
обобщения имеющихся материалов, иногда сопровождаемого не-
большим объемом рекогносцировочных исследований. Карты сред-
немасштабные, крупномасштабные и детальные должны соста-
вляться только в процессе выполнения полевых работ — инже-
нерно-геологической съемки. Только это может гарантировать их
достоверность и надежность.
Независимо от того, каким путем (камеральным или в процессе
производства съемки) составляется основная инженерно-геологи-
ческая карта, как нам представляется, в ее основе должен лежать
единый принцип. Как было показано, в качестве такой основы наи-
более целесообразно использовать принцип собственно инженерно-
геологический. Идея использования этого принципа принадлежит
Ф. П. Саваренскому, а разработан он в значительной степени был
нами [3, 131. В соответствии с этим в качестве основных средств
передачи информации об инженерно-геологических условиях на
карте предлагается использовать цвет, штриховку, общепринятые
индексы п другие условные обозначения.
1. Цветом рекомендуется показывать площади распростране-
ния групп и подгрупп горных пород по инженерно-геологической
классификации пли в отдельных случаях их сочетания: а) породы
твердые скальные красным цветом; б) породы относительно твер-
дые полускальпые — синим; в) породы рыхлые несвязные — жел-
тым; г) породы мягкие связные — коричневым; д) породы особого
состава, состояния и свойств — серым. При обозначении более
дробных подразделений в связи е повышением детальности иссле-
дований в пределах каждой группы применяются оттенки выше-
перечисленных цветов.
Таким образом, на карте главная информация о закономерно-
стях размещения горных пород, обладающих различными свой-
ствами, выступает в самой выразительной форме. В этом случае
представляется возможным прочитать па карте и оценку условий
строительства сооружений на топ или иной площади и условий
производства инженерных работ.
2. Штриховкой рекомендуется показывать распространение
петрографических типов горных пород в пределах каждой из вы-
деленных групп. Этим самым информация о горных породах гео-
логической среды расширяется и приобретает определенную мате-
риальную конкретность. На карте можно прочитать, например,
что участок распространения скальных пород сложен слаботре-
щиноватыми и выветрелыми гранитами, отличающимися опреде-
ленной совокупностью свойств (плотность, водопроницаемость,
прочность, деформируемость, устойчивость). Или, например, уча-
70
сток распространения рыхлых несвязных пород сложен средиезер-
нистыми песками определенной плотности сложения.
Площади распространения групп горных пород (или их соче-
таний в отдельных случаях), а в их пределах площади распростра-
нения петрографических типов горных пород оконтуриваются чер-
ными линиями. При этом во всех случаях рекомендуется Показы-
вать горные породы непосредственно выходящие на поверхность
или залегающие под почвой. Породы второго или третьего слоя,
существенно отличающиеся петрографическими особенностями или
относящиеся к другой группе, показывают в колонке, около ко-
торой указывают мощность первого картируемого слоя в данном
характерном месте, а также мощность и возраст подстилающих
его пород.
3. Общепринятыми индексами показывают генезис и возраст
горных пород. Такая дополнительная информация о горных по-
родах определяет их геологическую принадлежность и положение
в геологическом разрезе. Она в какой-то мере объясняет и причину
особенностей состава, состояния и принадлежность горных пород
к той или иной группе по инженерно-геологической классификации.
4. Условным знаком обозначается водоносность картируемой
группы пли типа горных пород. Выше уже обращалось внимание
на то, что оценка свойств горных пород, условий развития геоло-
гических процессов и строительства сооружений немыслима без
характеристики влажности, водоносности горных пород. Услов-
ными знаками на характерных (типичных) участках показывают
глубину залегания подземных вод от поверхности земли, их на-
порность, водообильность горных пород и агрессивность вод.
5. Условными масштабными и внемасштабными знаками чер-
ного цвета показывают распространение геологических процессов
и явлений, имеющих инженерно-геологическое значение. На кар-
тах обзорных, мелкомасштабных и среднемасштабпых геологиче-
ские процессы и явления изображают впемасштабными знаками.
Если они распространены близко друг от друга, их показывают
в обобщенном виде, оконтуривая поле распространения. На кар-
тах крупномасштабных и детальных крупные участки распростра-
нения геологических явлений (оползни, провалы, воронки и
др.) изображают в масштабе, наносят на карту инструментально
с точностью топо-геодезических работ. Мелкие участки, располо-
женные близко друг от друга, изображают в виде поля их распро-
странения, а удаленные друг от друга — внемасштабным знаком.
6. Прочие данные — границы между группами и типами гор-
ных пород, линии тектонических разломов и нарушений, границы
распространения многолетней мерзлоты, сейсмической зональности
и другие границы обозначают также определенными условными
знаками.
Такова предлагаемая методика составления основной и инже-
нерно-геологической карты. Все перечисленные элементы всегда
1! обязательно должны изображаться на картах одинаково, неза-
71
WW .tvvirpx.coro
висимо от сложности условий и вида строительства, но с разной
степенью детальности, зависящей от масштаба карты. Так как
на карте выделяются площади по степени сходства и различия
инженерно-геологических условий, то другого специального рай-
онирования можно не производить. Оно является естественным
следствием принятого принципа инженерно-геологического кар-
тирования.
Задачи инженерно-геологического райониро-
вания. Как было отмечено выше, основной задачей инженерно-
геологического картирования является объективное изображение
на карте инженерно-геологических условий тех или иных терри-
торий. Каждая инженерно-геологическая карта, как и карты гео-
логические, гидрогеологические, геоморфологические и др., по
существу всегда является картой районирования, так как на ней
выделяются территории, однородные в инженерно-геологическом
отношении, что позволяет по совокупности природных факторов
оценивать инженерно-геологические условия строительства на
них сооружений различного типа или другого хозяйственного
использования. Если кроме такого районирования возникает необ-
ходимость в дополнительном районировании, как вполне осознан-
ная актуальная потребность, оно всегда будет иметь более узкий
прикладной специализированный характер.
Следовательно, нет необходимости в общем инженерно-геоло-
гическом районировании территорий, так как такое районирование
отображено па инженерно-геологической карте. Инженерно-гео-
логическое районирование всегда должно быть специальным, на-
правленным па решение определенного круга вопросов, возника-
ющих при проектировании тех или иных видов строительства или
другого хозяйственного использования территорий. Его можно
также производить с целью отображения особых природных усло-
вий и их оценки.
В основе инженерно-геологического районирования, т. е. раз-
деления территории на части по степени сходства и различия ин-
женерно-геологических условий, должны лежать определенные
признаки п критерии. Так, например, при планировании городов
и других населенных пунктов, т. с. при массовом жилищном и
промышленном строительстве, производят районирование терри-
тории по степени ее пригодности для такого вида строительства
(пригодные, ограниченно пригодные, непригодные). Для обоснова-
ния схемы комплексного использования реки или части ее произ-
водят районирование речной долины по степени возможности ис-
пользования отдельных районов для размещения гидроузлов и во-
дохранилищ. При проектировании дороги производят разделение
трассы дороги на участки, отличающиеся сложностью геологиче-
ских условий строительства и обеспечения устойчивости земляного
полотна. При хозяйственном использовании территорий (мелио-
рации, ирригации и др.) их можно подразделять на районы в зави-
симости от сложности осуществления проектируемых мероприятий.
72
Инженерно-геологическое районирование можно производить
также на месторождениях полезных ископаемых в зависимости от
условий и способа их вскрытия и отработки. Наконец, инженерно-
геологическое районирование территорий можно осуществлять
в зависимости от особенностей природных условий; например, в за-
висимости от степени просадочности лёссовых пород; характера,
условий залегания, температурного режима многолетней мерзлоты;
степени сейсмической активности; степени закарстованности и т. д.
Таким образом, инженерно-геологические карты и карты ин-
женерно-геологического районирования — не одно и то же. Рай-
онирование всегда является дополнением к инженерно-геологи-
ческим картам и имеет свое определенное содержание. Оно про-
изводится для того, чтобы подчеркнуть какие-то особые условия,
которые необходимо учитывать при проектировании и строитель-
стве конкретных сооружений, или важнейшие особенности при-
родных условий. Такое инженерно-геологическое районирование
можно осуществлять на основной инженерно-геологической карте
или на самостоятельной карте инженерно-геологического райо-
нирования.
Типизация территорий по инженерно-геоло-
гическим условиям. При выполнении региональных инженерно-
геологических исследований всегда необходимо стремиться к кон-
кретности при характеристике как территорий в целом, так и от-
дельных их частей. Этому обычно способствует их типизация, т. е.
выявление главного, существенного, обобщающего оценку их
инженерно-геологических условий. Для одних из них таким глав-
ным отличием могут служить особенности геологического строе-
ния, для других — распространение слабых горных пород, для
третьих — неглубокое залегание подземных вод, для четвертых
типичным является то, что они затапливаются при разливах реки
или в их пределах распространены другие геологические явления.
Таким образом, каждая рассматриваемая территория или ее
часть характеризуются определенными качествами, типичными
особенностями инженерно-геологических условий, которые можно
отобразить на геологической колонке, разрезе, схеме и т. д. Та-
кая типизация особенно полезна, когда на территории, строитель-
ной площадке или по трассе какого-то линейного сооружения вы-
деляется несколько или много групп участков одинаковых или
сходных по тем или иным главным, существенным признакам.
Для каждой такой группы участков можно составлять одну типич-
ную геологическую колонку, один геологический разрез, одну
схему, которые в совокупности будут отображать общие существен-
ные их черты. В общем если аналогичных по инженерно-геологиче-
ским условиям участков несколько или много, то построенные геоло-
гические колонка, разрез или схема будут являться для них типо-
выми. В этом случае можно говорить о типизации районов или
участков по инженерно-геологическим условиям. Это дает возмож-
ность унифицировать методику инженерных изысканий на типо-
73
.cow
вых участках, методику оценки и прогноза их инженерно-геологи-
ческих условий, шире применять методы аналогий, лучше решать
задачи рационального использования территорий и их охраны.
Кроме того, типизация территорий позволяет применять определен-
ные комплексы защитных инженерных мероприятий при развитии
разнообразных геологических процессов и явлений.
В результате региональных исследований или исследований
какой-то строительной площадки возможно конкретнее выражать
оценку инженерно-геологических условий, производить некоторую
генерализацию — обобщение, схематизацию этих условий, чтобы
показать все наиболее главное и существенное. Такое целесообраз-
ное обобщение для больших или значительных территорий и их
частей представляет собой типизацию, а для строительной пло-
щадки или ее частей — построение расчетной схемы.
Заметим, что понятие «типизация» не следует смешивать с по-
нятием «классификация» Как показано выше, типизация — это
выделение участков или групп участков по признакам, присущим
каждому из них. Классификация — это разделение территорий
(или явлений) на участки или группы участков, взаимосвязан-
ные классы в зависимости от их общих признаков, причем каждый
класс в классифицируемой системе занимает определенное место;
например, при районировании территорий по степени закарсто-
ванности, сейсмичности и другим признакам.
ГЛАВА III
РАЗВЕДОЧНЫЕ РАБОТЫ
ПРИ инженерно-геологических
ИССЛЕДОВАНИЯХ
Задачи разведочных работ. Как уже отмеча-
лось (см. гл. II), при инженерно-геологической съемке инженерно-
геологические условия территорий в значительной степени изу-
чаются путем непосредственных наблюдений за природными эле-
ментами, которые проявляются в рельефе, в естественных обнаже-
ниях горных пород или в существующих откосах котлованов,
выемок, полувыемок и др. Однако часто таких наблюдений бывает
недостаточно для достоверного и надежного суждения об инже-
нерно-геологических условиях изучаемой территории. Те или
иные природные элементы, характеризующие их, часто в рельефе
не проявляются, обнажений горных пород бывает мало, распре-
деление их по площади неравномерное или они вообще отсутствуют,
как и достаточные данные о распространении подземных вод.
Поэтому наблюдения, сделанные в отдельных точках, не могут быть
экстраполированы по площади территории и тем более на глубину.
Кроме того, наблюдения, выполненные в поверхностных обнаже-
ниях, не дают полного представления о составе, состоянии и свой-
ствах горных пород при естественной их плотности, влажности,
водоносности и водообильности.
Геологическое строение того пли иного участка в целом, как
и состав и свойства горных пород, его слагающих, часто отлича-
ются большой пространственной неоднородностью и изменчиво-
стью, что также затрудняет интерполяцию и экстраполяцию
данных наблюдений, выполненных в отдельных точках, на зна-
чительные расстояния по площади и на глубину. Все перечислен-
ное обусловливает необходимость выполнять разведочные работы.
Они являются важнейшим элементом в системе инженерных изы-
сканий.
Разведочными работами называется комплекс видов геологи-
ческих работ, выполняемых с помощью определенных техниче-
ских средств (геофизических, бурения скважин, проходки горных
выработок) для изучения инженерно-геологических условий того
или иного участка до необходимой глубины. Разведочные работы
позволяют с той или иной степенью детальности в любой необхо-
димой точке площадки устанавливать геологический разрез,
состав горных пород, их строение, физическое состояние и обвод-
75
.шчгрх.сото
ценность; выделять детали геологического строения, например
распространение отдельных типов, разностей и горизонтов горных
пород; прослеживать контакты, поверхности слоистости, скольже-
ния, зоны тектонических нарушений, повышенной трещиноватости,
выветрелости, закарстованности и др.; устанавливать глубину
залегания и рельеф поверхности коренных пород, водоносных го-
ризонтов, комплексов и зон, границы распространения мерзлых
пород и т. д.
Разведочные работы, как правило, сопровождаются специаль-
ными наблюдениями, отбором образцов и проб горных пород, а бу-
ровые скважины и горные выработки, кроме того, могут быть ис-
пользованы для выполнения опытных работ и режимных наблюде-
ний. Так как разведочные работы выполняются на определенной
площади, геологическое строение которой изучается до необходи-
мой глубины, они позволяют выявлять закономерности изменения
геологического строения, свойств горных пород, распространения
геологических процессов и явлений, обводненности горных по-
род и др. Детальность изучения всех этих вопросов зависит от
детальности разведочных работ, т. е. состава применяемых тех-
нических средств, объема и плана расположения разведочных
работ.
Таким образом, разведочные работы дают возможность решать
как общегеологические задачи, связанные с изучением геологиче-
ского строения территорий, закономерностей его пространствен-
ного изменения, геологической истории формирования, развития
геологических процессов и явлений и др., так и специальные за-
дачи, возникающие в связи с изучением деталей геологического
строения территорий, которые необходимо знать при оценке их
инженерно-геологических условий, устойчивости сооружений, ус-
ловий производства строительных и горных работ, развития гео-
логических процессов и явлений и др.
Методы разведки. Основными техническими
средствами, с помощью которых производится разведка, являются
геофизическая аппаратура, буровое и горно-проходческое обору-
дование и станки. В соответствии с этим выделяются геофизиче-
ские методы разведки п методы разведки путем бурения скважин
и проходки горных выработок.
Обычно все методы разведки применяют в комплексе, хотя и
в неодинаковых масштабах на разных стадиях инженерных изы-
сканий. На начальных стадиях целесообразно и необходимо от-
давать предпочтение геофизическим методам разведки, исполь-
зующим наиболее транспортабельную аппаратуру, позволяющим
охватывать разведкой значительные площади при сравнительно
небольших затратах времени и средств, и потому, наиболее эко-
номичным. На последующих стадиях, при детальных и дополни-
тельных исследованиях, когда результаты изучения геологиче-
ского строения должны быть возможно более точными, необхо-
димо применять разведочное бурение и горные работы.
76
В практике инженерных изысканий бурение скважин и про-
ходка шурфов, шахт, штолен и других горных выработок явля-
ются традиционными и надежными методами разведки. Однако
в настоящее время недопустимо недооценивать значение геофизи-
ческих методов разведки. Это самые прогрессивные и перспектив-
ные методы, позволяющие уже теперь решать многие задачи с де-
тальностью, достаточной для практических целей, особенно на
начальных стадиях инженерных изысканий. Теперь нельзя счи-
тать организацию инженерных изысканий отвечающей современ-
ному уровню развития инженерной геологии, современному уровню
развития науки и техники, если не в полной мере используются
геофизические методы разведки.
Роль разведочных работ в общем комплексе
геологических работ, выполняемых при инженерных изысканиях.
Разведочные работы выполняются на всех стадиях инженерных
изысканий (см. рис. 1-2), однако па стадии детальных исследований
при обосновании технических проектов сооружений или других
инженерных работ они являются основными в изучении инженерно-
геологических условий. На стадии рекогносцировочных и пред-
варительных исследований разведочные работы выполняют вна-
чале с целью изучения общих, региональных геологических усло-
вий территорий при инженерно-геологической съемке, т. е. с целью
уточнения геологического разреза, изучения распространения
четвертичных отложений, корреляции и параллелизацпи отложе-
ний по площади, водоносных горизонтов и комплексов и общей
структуры района. Впоследствии разведочные работы выполняют
для более надежного обоснования выбора первоочередного района
расположения тех или иных сооружений, причем, как уже было
отмечено, на этих начальных этапах наиболее широко должны
использоваться геофизические методы разведки. Бурение сква-
жин и проходку горных выработок производят главным образом
для получения опорных геологических разрезов, для корреляции
и параллелизацип отложений, а также с целью правильной интер-
претации измерений физических параметров, выполняемых с по-
мощью геофизических методов разведки, и проверки правильности
геологических построений. Горно-буровые работы в этот период
небходимы также для проверки геофизических аномалий, отбора
образцов и проб горных пород для соответствующих их исследова-
ний и выполнения некоторого объема опытных работ.
На стадии детальных исследований основной объем разведоч-
ных работ составляют бурение скважин и горные работы. На
этой стадии изучение инженерно-геологических условий, как
правило, должно быть доведено до такой степени детальности, точ-
ности и достоверности, при которой: а) при проектировании не
возникало бы необходимости рассматривать дополнительные ва-
рианты компоновки сооружений, глубины их врезки, оценки
устойчивости, организации производства строительных работ и
т. д. из-за неопределенности геологической характеристики и
77
WW .tv? irpx.cero
оценки территории; б) строительство гарантировалось бы от вся-
ких геологических неожиданностей, осложняющих производство
строительных работ, вызывающих изменения проектных реше-
ний, стоимости сооружений и сроков их возведения. Такие
задачи можно решать только более надежными методами развед-
ки — бурением скважин, проходкой горных выработок, выпол-
нением опытных и других необходимых работ. Объем этих работ,
план расположения разведочных выработок и методика их про-
ведения должны быть такими, чтобы получить наиболее полное
представление о природной неоднородности и изменчивости геоло-
гических условий.
Эти требования могут выполняться, если соблюдается нормаль-
ная последовательность инженерных изысканий, когда разведке
предшествует региональное площадное изучение инженерно гео-
логических (и в том числе структурно-тектонических) условий,
когда разведочные работы непрерывно (ежесменно, ежедневно)
сопровождаются построением геологических разрезов, карт, ана-
лизом материалов, т. е. полевой камеральной обработкой. Только
на основе такого анализа можно определять назначение каждой
скважины, каждой горной выработки и прогнозировать, на какой
глубине и в какой последовательности будут вскрыты те или иные
геологические образования.
Все перечисленное показывает, что роль разведки в общем ком-
плексе геологических работ, выполняемых при изысканиях для
строительства, трудно переоценить. Заметим, что отдавая пред-
почтение горно-буровым работам на стадии детальных исследова-
ний, в комплексе с ними необходимо применять и геофизические
методы разведки, и другие виды работ, в частности для изучения
геологического разреза и свойств горных пород по разведочным
выработкам (каротаж), степени их разрушенности (кавернометрия),
сопротивления горных пород резанию (искнметрия), подземных
вод и растворов (резистивиметрия), определения наклона сква-
жин (инклинометрия) и др.
Горно-буровые работы нередко выполняют в значительных объе-
мах и иа стадии дополнительных исследований, при обосновании
рабочих чертежей, с целью уточнения различных инженерно-ге-
ологических данных, необходимых для решения конкретных прак-
тических задач строительства. Эти разведочные работы должны
давать соответствующие материалы для окончательной характе-
ристики и оценки инженерно-геологических условий исследуемого
участка.
План разведочных работ. План разведочных
работ — это расположение разведочных выработок, разведочных
линий, точек и профилей геофизических наблюдений на разведуе-
мой территории. Элементами этого плана являются: 1) простран-
ственное расположение разведочных выработок, точек и профилей
наблюдений и 2) расстояния между ними, т. е. густота разведоч-
ной сети. Рациональный план разведочных работ должен обеспе-
78
чпвать решение поставленных задач при выполнении наименьшего
объема работ с наименьшими затратами. При составлении плана
разведочных работ необходимо учитывать как геологические усло-
вия, так и вид предполагаемого строительства, а на соответствую-
щей стадии изысканий—расположение сооружений и степень их
ответственности.
Выше уже отмечалось, что объем разведочных работ, план
расположения выработок и методика их проведения должны быть
такими, чтобы они в наибольшей степени соответствовали природ-
ной неоднородности и степени изменчивости геологических усло-
вий. Это значит, что система изысканий должна быть рациональной,
позволять полнее учитывать и выявлять все особенности геологи-
ческих условий, представляющие интерес в инженерном аспекте.
Таково первое и основное теоретическое положение, которым сле-
дует руководствоваться определяя план разведочных работ. И дей-
ствительно, например, на начальных стадиях изысканий (рекогно-
сцировочных и частично предварительных) основным элементом,
выступающим при изучении инженерно-геологических условий,
является рельеф. Изучая рельеф путем непосредственных наблю-
дений, важно выяснять геологическое строение каждого элемента
и формы рельефа. Это дает возможность представить историю
геологического развития и формирования рельефа изучаемой тер-
ритории и, следовательно, оценить особенности ее инженернэ-
геологических условий.
Таким образом, на начальных стадиях изысканий одним из
условий, определяющих план разведочных работ, является рельеф
(геоморфологические особенности) территории. С помощью гео-
физических наблюдений в отдельных пунктах по профилям, ориен-
тированным вкрест простирания форм рельефа, с помощью отдель-
ных опорных разведочных выработок изучают геологическое стро-
ение основных элементов и форм рельефа. В данном случае неод-
нородность рельефа местности определяет объем разведочных,
преимущественно геофизических работ.
Впоследствии, при предварительных и частично детальных
исследованиях, когда уже выявлены особенности геологического
строения — структура района, распространение четвертичных
отложений, подземных вод, геологических процессов и явлений,
различия инженерно-геологических условий отдельных участков,
план разведочных работ определяется именно этими элементами
геологических условий. Степень неоднородности геологических
условий становится ведущей при определении объема разведочных
работ. В данном случае большое значение имеет категория слож-
ности инженерно-геологических условий отдельных участков (см.
выше). При увеличении сложности условий и, следовательно,
геологической неоднородности главным методом их изучения явля-
ются горно-буровые работы, разведочная сеть сгущается. На
участках с простыми условиями задачи легко решаются геофизи-
79
ww .twirpx.coro
ческими методами при небольшом объеме опорных (контрольных)
буровых скважин и горных выработок.
На стадии детальных исследований, когда они ведутся па кон-
кретной ограниченной площади (строительная площадка, ополз-
невый цирк, место разрушения и переработки берега и др.), на-
ряду с неоднородностью и изменчивостью геологических условий
в целом в полной мере подлежат учету неоднородность и измен-
чивость состава, физического состояния и свойств отдельных раз-
ностей, слоев, зон и пачек горных пород на рассматриваемой пло-
щади и по глубине. На этой стадии, когда окончательно опреде-
ляют и оценивают условия строительства, производят выбор есте-
ственного основания сооружений, определяют глубину их врезки,
устойчивость, устанавливают обобщенные и расчетные показатели
свойств горных пород, план разведочных работ основывается в зна-
чительной степени на учете именно этих факторов. При этом на-
ряду с пространственной геологической неоднородностью и измен-
чивостью необходимо учитывать расположение сооружений и сте-
пень их ответственности. Объем разведочных работ в данном слу-
чае определяется на основании учета совместного влияния как ге-
ологических факторов, так и расположения сооружений, их раз-
меров, типов и степени ответственности. Естественно, что в соответ-
ствии с решаемыми задачами разведочные работы осуществляются
главным образом с помощью бурения скважин и проходки горных
выработок, сопровождаются отбором образцов и проб горных по-
род, а также опытными работами и режимными наблюдениями.
Из сказанного следует, что первое основное положение, опре-
деляющее план разведочных работ, состоит в учете неоднородности
и изменчивости геологических условий, и его необходимо со-
блюдать па всех стадиях инженерных изысканий. Независимо от
стадии изысканий! территорию изучают и расчленяют на однород-
ные части, изучают организацию структуры геологического про-
странства. Каждая часть неоднородной среды должна получить
характеристику и оценку, и в том числе закономерностей измен-
чивости. Ниже, в соответствующих главах, будет уделено внима-
ние определению плана разведочных работ при изысканиях для
конкретных видов строительства (гл. VII, VIII, IX и др.).
Достоверность и детальность изучения инженерно-геологиче-
ских условий зависят также от пространственного расположения
разведочных выработок (формы разведочной сети) и расстояний
между ними, т. е. густоты разведочной сети. Как показывает мно-
голетний опыт инженерных изысканий, разведочные выработки,
как и точки и профили геофизических наблюдений, наиболее целе-
сообразно располагать по разведочным линиям. При изысканиях
для линейных сооружений разведочные линии ориентируют по
трассам этих сооружений, которые через определенные расстоя-
ния пересекают разведочными поперечниками. При площадной
разведке территорий расстояния между разведочными линиями
и выработками по каждой из них могут быть одинаковыми или
80
разными в зависимости от неоднородности инженерно-геологиче-
ских условий, степени изменчивости свойств горных пород и их
анизотропии (см. гл. I), например 200 X 200 м, 100 X 100, 50 X
X 50 или 200 X 100, 100 X 40 м и др. В соответствии с этим форма
разведочной сети на разведуемой площади может быть квадратной,
прямоугольной или ромбической.
Такой принцип размещения разведочных выработок, точек и
профилей геофизических наблюдений позволяет выявлять геоло-
гические условия по определенным направлениям, отдельным пло-
щадям, производить построение геологических разрезов, разно-
образных карт, блок-диаграмм, аксонометрических проекций,
оконтуривать распространение тех пли иных горных пород, зон
и поверхностей ослабления, устанавливать глубину и форму их
залегания, мощность, глубину залегания подземных вод, мерзлых
пород и т. д. В общем такой план разведочной сети обычно наи-
более рационален. Если рельеф местности спокойный, горизон-
тальный или пологонаклонный, ориентировка разведочных ли-
ний может быть любой, обычно параллельной границам строитель-
ной площадки, контурам сооружений и т. д. Если элементы рельефа
имеют значительные уклоны, а горные породы, тектонические на-
рушения, зоны дробления имеют значительное или крутое паде-
ние, разведочные линии целесообразно ориентировать вкрест их
простирания, а буровые скважины проходить не только вертикаль-
ные, но и наклонные. При таком расположении разведочных линий
строение (структура) участка выявляется полнее.
Особенно важно учитывать, что если поверхности и зоны осла-
бления ориентированы в направлениях, неблагоприятных отно-
сительно действующих сил, разведка и изучение инженерно-гео-
логических условий должны выполняться по этим характерным
направлениям и сечениям. Это позволит определить дирекционные
характеристики свойств горных пород, их неоднородность и ани-
зотропию 1111 и оцепить возможные деформации, нарушения устой-
чивости горных пород, притоки или утечки воды и т. д. Есте-
ственно, что на участках, аномальных по условиям залегания по-
род, степени их трещиноватости, тектонической нарушенности,
с зонами и поверхностями ослабления и т. д., расположение раз-
ведочных линий может изменяться, а часто возникает необходи-
мость и в проведении отдельных разведочных выработок или их
групп вне разведочных линий.
Необходимо отметить, что план расположения разведочных
выработок, особенно на стадии детальных исследований, когда
определена компоновка сооружений, должен корректироваться
в соответствии с расположением сооружений, их габаритами и
степенью ответственности. План разведочных работ должен слу-
жить основой для изучения и отображения на картах и геологиче-
ских разрезах инженерно-геологических условий строительной
площадки в целом или каждого пятна застройки. Геологические
разрезы составляют по различным направлениям: вдоль контуров
81
.Шгфх.сото
сооружений, по оси каждого блока, по осям капитальных раздель-
ных несущих стен и др. Некоторые из них могут служить расчет-
ной схемой при различных расчетах, а большинство — геологи-
ческой основой, на которой показывают врезки сооружений, глу-
бину их заложения и т. д.
Следовательно, материалы разведки при инженерных изыска-
ниях — это ответственные документы, служащие для обоснования
проектов любых сооружений и инженерных работ. Достоверность
и точность этих документов зависят от плана расположения раз-
ведочных выработок и допустимых масштабов интерполяции и
экстраполяции разведочных данных.
Густота разведочной сети. Достоверность
и точность изучения инженерно-геологических условий при разве-
дочных работах достигается также установлением оптимальных
расстояний между разведочными линиями и разведочными вы-
работками по ним, т. е. густотой разведочной сети. Последняя
определяет плотность разведки, т. е. число выработок на единицу
площади строительной площадки или участка. Естественно, что
достоверность и точность данных зависят не только от числа раз-
ведочных выработок, но и от их вида. Буровые скважины дают не-
сравненно более надежные данные, чем геофизические наблюдения
и измерения, но в то же время они менее эффективны в указан-
ном смысле, чем горные выработки.
Следовательно, рассматривая вопрос о плотности (густоте)
разведки при инженерных изысканиях-, следует учитывать и те
технические средства, с помощью которых она будет произво-
диться. Это весьма важный вопрос системы инженерных изыска-
ний. Надо признать, что разработан он пока недостаточно. В су-
ществующих инструкциях, методических руководствах, указа-
ниях и других материалах обычно даются рекомендации, которые
базируются главным образом на опыте инженерных изысканий.
Так как этот опыт пока в научном отношении обобщен недостаточ-
но, густота (плотность) разведочной сети определяется в большин-
стве случаев волевым способом. Вот почему научная разработка
этих методических вопросов является одной из важнейших и не-
отложных задач инженерной геологии.
При определении детальности разведки следует учитывать в пер-
вую очередь следующие обстоятельства: 1) неоднородность и из-
менчивость инженерно-геологических условий по площади; 2) раз-
меры сооружений в плане, их класс и степень ответственности;
3) существующий опыт инженерных изысканий для обоснования
проектов различных сооружений; 4) необходимость достоверного
и точного изучения инженерно-геологических условий.
Рассмотрим подробнее эти обстоятельства, влияющие на де-
тальность разведки. Неоднородность и изменчивость инженерно»
геологических условий, как было отмечено выше, могут быть обу«
словлены неоднородностью и изменчивостью форм рельефа мест*
ности, геологического строения, состава, состояния и свойств гор*
82
ных пород, распространения подземных вод и развития геологи-
ческих процессов. Рациональный план разведки должен быть на-
правлен на изучение всех этих особенностей неоднородности н
изменчивости, представляющих интерес для оценки условий стро-
ительства, со степенью детальности, необходимой для каждой ста-
дии изысканий.
На начальных стадиях изысканий важно выявить расположе-
ние п геологическое строение основных крупных форм рельефа
(водоразделов, склонов, террас и др.), чтобы дать общую харак-
теристику и сравнительную оценку инженерно-геологических
условий отдельных частей рассматриваемой территории. В этом
случае число таких форм рельефа на изучаемой площади опреде-
ляет минимально необходимое число разведочных выработок
или точек геофизических наблюдений и измерений. Соответствен-
но и расстояния между разведочными точками определяются раз-
мерами форм рельефа, их протяженностью по простиранию или
падению. Естественно, что плотность разведочной сети при этом
получается небольшой, но вполне достаточной для получения
общих представлений об инженерно-геологических условиях тер-
ритории. При этом каждая разведочная точка рассматривается
как опорная. На этих стадиях изысканий наряду с элементами
рельефа первого порядка при определении плотности разведки
первостепенное значение могут иметь и структурно-тектоничес-
кие особенности территории. Необходимость изучения геологиче-
ского разреза в пределах каждого элемента структуры (которые
часто проявляются в рельефе), распространения тектонических
нарушений, зон дробления, повышенной трещиноватости также
определяет минимальное число разведочных выработок, т. е.
плотность разведки.
При детальных исследованиях, которые обычно производятся
на ограниченной площади (строительной площадке или участке),
неоднородность и изменчивость рельефа определяются элементами
рельефа более мелкими, второго порядка (понижения, западины,
воронки, уступы и др.). При изучении инженерно-геологических
условий площадки или участка должны быть выяснены причины
и условия образования таких форм рельефа (эрозионные, проса-
дочные, карстово-провальные, тектонические и др.). Для этого
используют некоторое число дополнительных разведочных точек,
Таким образом, при определении плана расположения разве-
дочных точек и густоты разведки на начальных стадиях изыска-
ний одним из ведущих мотивов является неоднородность рельефа,
тогда как на стадии детальных изысканий она становится допол-
нительным фактором в сочетании с другими. В этот период глав-
ным является неоднородность геологического строения и гидро-
геологических условий в пределах строительной площадки пли
участка, а также изменчивость состава, физического состояния и
физико-механических свойств слагающих их горных пород (см.
гл. I).
83
.Шттрх.сото
Разведка должна быть не формальным актом выполнения пла-
нового объема работ, а целесообразным, целенаправленным иссле-
дованием, детальность которого повышается последовательно от
более редкой разведочной сети к более плотной, до надежного и
однозначного решения задач, связанных с проектированием и
строительством определенных сооружений. Контролем и средст-
вом, позволяющим так решать задачи, является непрерывный
анализ получаемых материалов (в том числе и тех, которые полу-
чены при выполнении других видов геологических работ — съе-
мочных, геофизических и др.), построение геологических разрезов,
планов, карт и других материалов ежедневно, ежесменно в про-
цессе всей разведки. Такая организация исследований позволяет
управлять процессом разведки, предвидеть, в какой точке и на
какой глубине должны быть вскрыты те или иные породы, контак-
ты, зоны и поверхности ослабления нт. д., и надежно решать по-
ставленные задачи.
Определяя таким образом методологию разведочных работ при
детальных исследованиях инженерно-геологических условий стро-
ительной площадки или участка, можно подумать, что вопрос о
густоте (плотности) разведочных точек ставится не конкретно. Дей-
ствительно, какой должна быть плотность разведки при деталь-
ных исследованиях для обоснования проектов сооружений? Ответ
на этот вопрос вполне определенный и единственный. Она должна
быть такой, чтобы однозначно. решать вопросы инженерно-гео-
логической характеристики и оценки условий строительства тех
или иных сооружений. Тогда возникает вопрос, как же плани-
ровать, проектировать плотность разведки и в целом объем работ?
Чтобы ответить на этот вопрос, необходимо вновь обратиться
к особенностям неоднородности и изменчивости геологических
условий, а также учесть размеры проектируемых сооружений, их
класс и ответственность.
В гл. I уже обращалось внимание на то, в чем проявляются
неоднородность и однородность геологических условий, а также
на то, что выявлять их надо геологическими методами. Например,
если строительная площадка сложена морскими отложениями, то
расстояния между разведочными точками и разведочными линиями
(шаг разведки) могут составлять 100—150 м и более, а если лагун-
ными, то для достоверного изучения ее геологического строения
их приходится располагать через 10—25 м. На участках, сложен-
ных континентальными отложениями, детальность разведки (плот-
ность разведочной сети) должна быть также значительной, не-
редко расстояния между разведочными точками и линиями со-
ставляют первые десятки, а иногда и единицы метров. На участ-
ках, сложенных излившимися породами, образующими покровы,
потоки и другие формы залегания, детальность разведки должна
быть значительно большей, чем на участках, сложенных интру-
зивными породами.
84
Неоднородность инженерно-геологических условий участков,
сложенных скальными и полускальными магматическими, мета-
морфическими и осадочными породами, определяется главным
образом их структурно-тектоническими и структурно-петрогра-
фическими особенностями — распространением зон тектониче-
ских нарушений, трещин и систем трещин, сланцеватости, слоис-
тости и других поверхностей и зон ослабления. Поэтому на таких
участках детальность разведки повышается, расстояния между
разведочными выработками сокращаются до 10—30 м и даже боль-
ше, приходится проводить разведочные выработки не только вер-
тикальные, но и наклонные, и горизонтальные.
Рис. II1-1. Простейшая схема расположения разведочных
точек, определяющая план и густоту разведки участка*
1—9 разведочные точки; 1—1 — V—-V — линии геологи*
ческих разрезов.
Из приведенного видно, как конкретизируется вопрос о плот-
ности разведки даже тогда, когда мы исходим только из общегео-
логических данных. Дальнейшая его конкретизация определяется
следующими соображениями. При детальных изысканиях, которые
производятся для обоснования технического проекта определен-
ных сооружений или инженерных работ, получаемые геологи-
ческие материалы служат не только иллюстрацией, характеристи-
кой и доказательством для заключения о геологических условиях
строительства и устойчивости сооружений, но и основой для проек-
тирования. На этих материалах, и в первую очередь на геологи-
ческих разрезах, показывают размещение и врезки сооружений и
отдельных их конструктивных элементов. Поэтому геологические
разрезы необходимо составлять не по произвольным направле-
ниям, а определенным образом ориентированным в зависимости
от конструктивных особенностей и конфигурации сооружений.
Так как наименьшее поперечное сечение почти любых сооруже-
ний измеряется первыми и реже многими десятками метров, то и
наибольшие расстояния между выработками по таким разведоч-
ным линиям не должны превышать эти расстояния. В противном
85
.twirpx.com
случае экстраполяция и интерполяция данных могут повлиять
на достоверность и надежность данных, показываемых на геоло-
гических разрезах, планах и картах. Наименьшие расстояния
между разведочными точками по этим сечениям (сечения в) опре-
деляются необходимостью расположения промежуточных разве-
дочных точек в зависимости от неоднородности и изменчивости
геологических условий и конструктивных особенностей сооруже-
ний (рис. Ш-1). Число поперечных сечений (разведочных линий)
по длинной стороне сооружения (сечения а) зависит в какой-то
степени от его длины. При таком плане расположения разведочных
точек обеспечивается необходимая равномерная плотность раз-
ведки участка. Ниже, при описании методики инженерных изы-
сканий для различных видов строительства, на этих вопросах
мы остановимся конкретнее, здесь же отметим, что густота (плот-
ность) разведочных точек всегда должна быть соответствующим
образом обоснованной.
Глубина разведки. Глубина, на которую
должны изучаться инженерно-геологические условия территории,
строительной площадки или участка определяется: 1) геологи-
ческим строением, структурно-тектоническими особенностями
их, глубиной залегания, распространением, условиями пита-
ния и разгрузки подземных вод; 2) глубиной врезки в толщу
горных пород проектируемых сооружений и их расположением;
3) глубиной распространения зоны влияния сооружений, инже-
нерных работ и технологических процессов; 4) глубиной распро-
странения тех или иных явлений, связанных с развитием геологи-
ческих процессов.
На начальных стадиях инженерных изысканий, когда главной
задачей является региональное изучение инженерно-геологичес-
ких условий территорий, их районирование и типизация, выбор
первоочередного района для освоения и соответственно более де-
тальных исследований, глубина разведки полностью определяются
этой стадией изысканий, т. е. необходимостью изучения стратиг-
рафии и глубины залегания коренных пород, их структурно-тек-
тонических особенностей, распространения и мощности четвер-
тичных отложений, распространения подземных вод и геологи-
ческих процессов и т. д. На этой стадии точки и профили геофи-
зических наблюдений и измерений, отдельные опорные буровые
скважины и горные выработки должны дать сведения о геологи-
ческом строении изучаемой территории до глубины десятков и
иногда (ври подземном, гидротехническом строительстве и др.)
до первых сотен метров.
На предварительных и детальных стадиях изысканий, когда
устанавливаются места расположения сооружений, их тип, глуби-
на врезки, устойчивость, условия производства строительных и
горных работ, глубина разведки определяется глубиной врезки
в толщу горных пород проектируемых сооружений (туннеля,
шахты, подземного хранилища, выемки, карьера и др.) или глуби-
86
ной распространения зоны влияния сооружений, производства
инженерных работ и технологических процессов. Последняя
зависит от: а) глубины распространения дополнительных сжимаю-
щих напряжений от сооружений; б) глубины и площади распро-
странения зоны разгрузки и разуплотнения горных пород на уча-
стках эрозионных врезов, котлованных и горных работ; в) глубины
и расстояний, до которых наблюдаются изменение и нарушение
природного режима подземных вод (скорости и направления дви-
жения, расходов, гидростатического и гидродинамического дав-
ления, минерализации и химического состава, подтопление тер-
ритории и т. д.); г) глубины и расстояний, до которых наблюдается
распространение значительных, т. е. имеющих практическое зна-
чение, обратимых и необратимых деформаций горных пород при
сотрясениях, вызываемых эксплуатацией сооружений, взрывными
работами и др. Глубина разведки определяется также глубиной
распространения тех пли иных явлений, связанных с развитием
геологических процессов (карст, оползневые, просадочные, мер-
злотные и др.), а также явлений, связанных с подработкой тер-
риторий, осушением, водопонижением и др.
Заметим, что решение различных практических и научных за-
дач не всегда зависит от глубины разведки. Очень часто сложные
и ответственные задачи, связанные, например, с изучением гео-
логических процессов и явлений, решаются с помощью бурения
мелких скважин и проходки неглубоких шурфов.
Мера точности и достоверности разведки^
Точность и достоверность разведки определяются точностью уста-
новления геологического разреза по простиранию и на глубину,
например, на строительной площадке и достоверностью изучения
петрографических особенностей, физического состояния и свойств
горных пород.
Точность геологического разреза характеризуется его пол-
нотой, т. е. выделением всех слоев, прослойков, зон выветрива-
ния, повышенной трещиноватости или отдельных крупных тре-
щин, мерзлых пород, горизонтов подземных вод независимо от
их мощности и выдержанности по простиранию, и точностью фик-
сации положения геологических границ, т. е. положения кровли,
подошвы, распространения по простиранию слоев, линз, залежей,
зон.
Для оценки точности установления геологического разреза
рекомендуется [22] пользоваться количественными характери-
стиками: средней арифметической погрешностью определения по-
ложения геологических границ, средним квадратическим откло-
нением этой ошибки, показателем неполноты установления гео-
логического разреза и средней мощности пропущенных прослой-
ков и зон.
Средняя арифметическая ошибка определения положения
геологических границ составляет значение, на которое их поло-
жение установлено не точно по сравнению с истинным. Эта ошибка
87
?.tv?BpKcc>w
определяется по общеизвестной в математической статистике фор-
муле
п
У
Д^. _ А*! ~!~ Ал'2 Ч~ • • • Ч~ &ХП 1
п п ’
где A%j, Дл2, •••, Дх„— разница в отдельных точках между
установленным положением геологической границы и истинным,
т. е. установленным, например, по буровой скважине, статическим
зондированием, геофизическими методами и др. и по шурфу или есте-
п
ственному обнажению; У Д%( — сумма ошибок от первой до п-й
1
точки; п — число отдельных измерений — число точек (объем
выборки).
Средняя арифметическая ошибка показывает, что установлен-
ное положение геологической границы в среднем отличается от
истинного на значение меньшее, чем Дх. Средняя ошибка имеет ту
же размерность, что и среднее арифметическое значение измеряе-
мого параметра. Она позволяет судить о точности установленного
среднего положения геологической границы. Средняя ошибка
может быть выражена в процентах от среднего арифметического
значения показателя, т. е. характеризоваться не только абсолют-
ным, но и относительным значением. Вычисляется она по формуле
д7ОП1 = 4У.1оо.
х
Это значение называется показателем точности установления поло-
жения геологической границы. Чем оно меньше, тем точнее уста-
новлено положение геологической границы.
Среднеквадратическое отклонение среднего арифметического
значения s является мерой разброса отдельных измерений гео-
логических границ в разных точках и показывает, как велик этот
разброс около среднего их положения. Эта характеристика вычи-
сляется по формуле
В этой формуле выражение (х, — х)2 показывает, что при под-
счете все разности считаются положительными и абсолютные
значения получаемых величин суммируются без учета их действи-
тельного знака. Чем меньше значение s, тем точнее установлено
положение геологических границ.
При решении инженерно-геологических задач на стадии пред-
варительных исследований точность установления геологических
88
границ при разведке, по-видимому, допустима ±20—40 см, а при
детальной ±5—20 см. Это значит, что надо правильно выбирать
виды и способы разведки и предъявлять определенные требования
к ее выполнению.
Полнота геологического разреза характеризуется вскрытием
всех слоев, прослоев, зон и других его элементов. Число пропу-
щенных слоев, прослоев, крупных трещин и других элементов
характеризует неполноту разведанности геологического разреза.
Чем меньше показатель неполноты геологического разреза, тем
больше слоев, прослоев, линз и других элементов пропущено при
разведке. Этот показатель определяется по формуле
Д, — Пб)бн
н ^действ
где А’„ — показатель неполноты геологического разреза, установ-
ленного разведкой; поби— число слоев, прослоев, обнаруженных
разведкой; «действ — действительное общее число слоев, прослоев
и других элементов в геологическом разрезе, установленное по
контрольным горным выработкам, строительным котлованам или
другими достоверными способами.
Среднюю мощность пропущенных слоев при разведке рекомен-
дуется [22] определять по формуле
S#nPi
77 1
где /7лр z — мощность пропущенных слоев от первого до п-го;
ппр — число пропущенных слоев при разведке.
Мерой достоверности разведки является полнота изучения пет-
рографических особенностей горных пород, слагающих строитель-
ную площадку, их физического состояния и свойств. Достовер-
ность характеристики и оценки всех этих признаков и качеств
горных пород зависит от применяемого способа разведки, полноты
вскрываемого геологического разреза, степени сохранности есте-
ственного состава, сложения и влажности горных пород, его сла-
гающих, и принятого порядка документации. Кроме того, досто-
верность и надежность разведки определяются возможностью
отбора достаточного или необходимого числа проб горных пород
для соответствующих исследований и испытаний, а также возмож-
ностью выполнения непосредственных испытаний горных пород и
водоносных горизонтов (пенетрация, зондирование, наливы воды,
откачки и др.) в процессе производства разведки. Наконец, досто-
верность и надежность разведки гарантируются только при усло-
вии, если она непрерывно сопровождается полевой камеральной
обработкой получаемых материалов, их анализом, построением
геологических разрезов, карт, схем, блок-диаграмм, аксономет-
рических проекций и других чертежей, убеждающих в однознач-
ном решении задач.
89
'.WirpX.COTO
Достоверность и надежность характеристики и оценки свойств
горных пород достигаются только тогда, когда при заданной ве-
роятности (принимаемой обычно равной 0,90; 0,95) истинное
значение показателя того или иного свойства пород находится
в границах доверительных или гарантированных пределов, т. е.
х — е < х + е, где е — точность определения генерального сред-
него х показателя рассматриваемого свойства горных пород.
Природа свойств горных пород, показатели, их характеризую-
щие, методы их оценок и исследований рассмотрены в курсе
«Инженерной петрологии» [И, 12).
Применение геофизических методов разведки.
Геофизической разведкой называется один из видов геологических
работ, выполняемых с помощью геофизических приборов для изу-
чения геологических условий территорий, некоторых геологи-
ческих процессов и явлений и свойств горных пород. В практике
инженерных изысканий геофизические методы получают все
большее в большее применение, так как позволяют решать сле-
дующие задачи.
1. Выявлять структурно-тектонические особенности района
или участка, разделять их на части в зависимости от расположе-
ния тех или иных геологических структур, крупных тектоничес-
ких нарушений и т. д.
2. Изучать геологический разрез, выделять в нем комплексы
пород четвертичных, покровных и складчатого фундамента; вы-
делять и прослеживать распространение однородных толщ и раз-
ностей горных пород по простиранию и мощности.
3. Изучать распространение четвертичных отложений и рельеф
поверхности коренных пород, глубоких врезов (размывов и пере-
углублений).
4. Выделять и изучать распространение зон выветривания и
разрушения горных пород.
5. Выявлять и прослеживать распространение зон повышен-
ной трещиноватости, тектонических нарушений и дроблений,
крутопадающих образований различного петрографического со-
става.
6. Выявлять глубину залегания и распространения водопро-
ницаемых и водоупорных горных пород.
7. Исследовать глубину и условия залегания подземных вод,
направление и скорость их движения и устанавливать области
питания и разгрузки.
8. Изучать глубину залегания, мощность, распространение
многолетней мерзлоты и ее строение (наличие таликов).
9. Изучать глубину залегания и распространение участков
закарстованных горных пород, выявлять карстовые полости и
примерный состав их заполнителя.
10. Устанавливать расположение заброшенных подземных гор-
ных выработок, катакомб, остатков пли частей сооружений.
90
11. Выявлять мощность и распространение оползневых накоп-
лений, искусственно отсыпанных пород и отвалов.
12. Производить поиски и предварительную разведку неко-
торых видов минеральных строительных материалов.
13. Исследовать влажность, плотность, деформационные свой-
ства (динамический модуль общей деформации) и сейсмическую
жесткость горных пород.
14. Исследовать напряженное состояние горных пород.
Из этого перечня видно, какой широкий круг общих и специ-
альных задач позволяют решать геофизические методы разведки.
Все они, как известно, основаны на изучении физических полей
Земли, т. е. областей пространства геологической среды, каждая
точка которого характеризуется теми или иными физическими
свойствами горных пород. Поэтому изучение распределения фи-
зических полей сопровождается изучением в их пределах соответ-
ствующих свойств горных пород.
Геофизические методы разведки позволяют успешно решать
задачи только тогда, когда наблюдается определенная неодно-
родность геологической среды, т. е. в тех случаях, когда в ее пре-
делах горные породы существенно различаются по физическому
состоянию (влажности, разрушенности, трещиноватости, закар-
стованности и др.) и свойствам (удельному электрическому со-
противлению, плотности, скорости распространения упругих ко-
лебаний, магнитной восприимчивости и др.).
При инженерных изысканиях необходимым условием примене-
ния геофизических методов разведки являются достаточно боль-
шие размеры геологических объектов (толщи и слои горных пород,
участки территорий и др.) и неглубокое их залегание от поверх-
ности земли. Важным фактором для успешного их применения
являются также низкий уровень электрических и механических
помех на застроенных территориях, благоприятные условия для
создания надежных заземлений при применении электроразведки
и четких возбуждений упругих колебаний при применении микро-
сейсморазведки.
В практике инженерных изысканий теперь применяют многие
геофизические методы—электрические, сейсмические, гравиме-
трические, магнитометрические и ядерные, но наиболее широкое
применение пока получили методы электрические (электрораз-
ведка), сейсмические (сейсморазведка) и ядерные. Подробное
описание геофизических методов разведки и применяемых при
этом технических средств (аппаратура, приборы и оборудование)
приводится в специальных руководствах и учебных курсах, к ко-
торым мы и отсылаем читателя [1, 14, 18, 23, 26, 27, 28, 321, здесь
же сделаем только краткие замечания относительно их примене-
ния при инженерных изысканиях.
Из электроразведочных методов в практике инженерных изы-
сканий наиболее часто применяют методы, основанные на различ-
ной способности горных пород проводить постоянный электри-
91
WWW .tWlTpX.COTO
ческий ток: вертикальное электрическое зондирование (ВЭЗ),
электрическое профилирование (ЭП) и изучение горных пород
в буровых скважинах методом сопротивлений — электрический
каротаж (ЭК). В отдельных случаях применяют метод кругового
вертикального электрического зондирования (КВЭЗ) и метод
заряженного тела (ЗТ). Параметрами, определяющими распро-
странение постоянного электрического тока в горных породах,
являются их удельное электрическое сопротивление р (однород-
ные породы) и кажущееся удельное электрическое сопротивле-
ние рк (неоднородные и анизотропные породы).
Факторами, определяющими удельное электрическое сопро-
тивление горных пород, являются: 1) принадлежность их к опре-
деленным генетическим и петрографическим группам; 2) структура
и текстура; 3) пористость, выветрелость, трещиноватость, кавер-
нозность; 4) влажность и водоносность; 5) минерализация насыща-
ющих их вод и 6) температура. Из всех этих факторов наибольшее
влияние на электрическое сопротивление горных пород в условиях
их естественного залегания оказывают удельное сопротивление
насыщающей их воды, ее количество, минерализация и темпера-
тура. При инженерных изысканиях электро разведочные методы
имеют самое широкое применение. Примерный перечень задач, ко-
торые можно решать этими методами, приведен в табл. II1-1.
Основой сейсморазведочных методов является скорость распро-
странения упругих волн, возбуждаемых в горных породах взры-
вами, ударами или вибрационными установками. Поэтому основ-
ным параметром свойств горных пород, определяющим при-
менение сейсморазведки, является их способность распространять
с определенной скоростью упругие волны: продольные vP, попе-
речные и поверхностные од.
В зависимости от используемых диапазонов частот упругих
волн различают методы: сейсмические (< 200—300 гц), акусти-
ческие (от 200—300 до 10 000—20 000 гц) и ультразвуковые
(>10 000—20 000 гц). При региональных исследованиях, связан-
ных с изучением глубинных геологических структур, применяют
обычно методы низкой частоты (<15—20 гц), при изучении струк-
тур, расположенных на меньшей глубине (первые сотни метров), —
средней частоты (<50—60 гц) и при изучении приповерхностных
частей геологического разреза на глубинах от единиц метров до
50—100 м (сейсморазведка малых глубин) — мпкросейсмические
методы высокой частоты (<200—300 гц) и акустические. При
выполнении детальных исследований в горных выработках и сква-
жинах применяют ультразвуковые методы, которые также яв-
ляются основными при изучении упругих свойств скальных и
полускальных горных пород в лабораторных условиях.
В зависимости от решаемых задач сейсмические исследования
производят: 1) по отдельным протяженным профилям; 2) по сети
профилей (площадные исследования); 3) по коротким профилям;
4) в горных выработках по профилям, проложенным по их по-
92
Т а б л и ц а Ш-1
ПРИМЕРНЫЙ ПЕРЕЧЕНЬ ЗАДАЧ, РЕШАЕМЫХ МЕТОДАМИ
ЭЛЕКТРОРАЗВЕДКИ
Задачи Методы
вэз ап эк к вэз зт
Расчленение геологического разреза Определение: + — —
распространения четвертичных отло- жений + + + — —
глубины залегания и рельефа поверх- ности коренных пород Установление: + + + — —
мощности зоны выветривания и зон по- вышенной трещиноватости, тектони- ческих нарушений, крутопадающих образований различного петрогра- + +
фического состава + + + + —
глубины и условий залегания подзем- ных вод + + —
распространения водопроницаемых и водоупорных горных пород + + — — —
глубины залегания, мощности и рас- пространения многолетней мерзлоты и ее строения + + + + —
глубины залегания и распространения закарстованных пород + + + + —
мощности и распространения оползне- вых накоплений + + — + —
направления и скорости движения подземных вод — — — ’— +
Сценка коррозионной активности горных пород + +
дошве или стенкам; 5) просвечиванием, т. е. изучают скорости
распространения упругих волн через определенный объем горных
пород, расположенный между горными выработками или буро-
выми скважинами; 6) путем изучения горных пород в скважинах
(каротаж сейсмический и ультразвуковой).
В полевой сейсморазведке главными являются методы отра-
женных волн (МОВ), преломленных волн (МПВ) и корреляцион-
ный метод преломленных волн (КМПВ). Последний при инженер-
ных изысканиях имеет самое широкое применение.
Сейсморазведка применяется главным образом для решения
двух групп задач: для изучения геологического строения террито-
рий и для изучения физического состояния и физико-механических
свойств горных пород [14, 26, 28]. При изучении геологического
строения территорий обычно представляется возможным: 1) опре-
делять глубину залегания коренных пород; 2) выявлять распро-
странение характерных геологических структур; 3) расчленять
93
www twirpx.cei»
геологический разрез коренных пород и прослеживать отдельные
толщи по площади; 4) выявлять тектонические нарушения, зоны
повышенной трещиноватости и ослабления в горных породах;
5) выделять и прослеживать зоны выветривания горных пород.
При изучении физического состояния и свойств горных пород
определяют: 1) плотность горных пород и ее изменение на глубину
и по профилю, их неоднородность и анизотропность; 2) динамичес-
кие характеристики упругих свойств горных пород (динамиче-
ский модуль упругости и модуль общей деформации); 3) сейсми-
ческую жесткость горных пород — волновые сопротивления и
4) напряженное состояние горных пород в условиях естествен-
ного залегания.
Ядерпые методы разведки подразделяются [14, 18, 23] на две
группы: 1) методы, основанные па изучении естественной радио-
активности горных пород, подземных и поверхностных вод и воз-
духа, и 2) методы, в которых используются явления, возникаю-
щие в результате искусственного облучения горных пород ней-
тронами (элементарные частицы ядра, не имеющие электрического
заряда), или гамма-излучением.
Естественная радиоактивность горных пород обусловлена на-
личием в составе их породообразующих минералов примесей,
включений и других минеральных и органических образований
радиоактивных элементов — урана, тория, продуктов их распада,
а также калия в др. Спонтанный распад ядер таких элементов со-
провождается излучением особого рода частиц, образующих альфа
(а)-, бета (0)- и гамма (у)-пзлучеппе. Гамма-частицы по сравнению
с другими обладают большей проникающей способностью, поэтому
именно гамма-излучение чаще используется при решении гео-
логических задач ядерными методами. Различные горные породы
обладают различной радиоактивностью и соответственно гамма-
излучением, что дает возможность при изучении геологического
разреза и прослеживании его по простиранию разделять горные
породы на толщи, слои, зоны и разности (рис. Ш-2). Интенсив-
ность гамма-излучения 1У измеряется в гаммах. Одна гамма равна
мощности дозы облучения в 1 мкр/ч (рентген — доза гамма-излуче-
ния, при котором 1 см3 вещества поглощает 100 эрг энергии).
Сущность методов, основанных па искусственном облучении
горных пород нейтронами или гамма-излучением, состоит в сле-
дующем [1, 14, 18, 23, 27, 28]. При облучении горных пород
радиоактивным источником (сплавы: полоний-бериллий, радий—
бериллий и др.) нейтроны с высокими скоростями и энергией
(так называемые быстрые нейтроны) при столкновении с ядрами
тяжелых элементов рассеиваются, при столкновении с ядрами лег-
ких элементов (например, водорода) движение их замедляется,
а энергия понижается. После ряда столкновений энергия быстрых
нейтронов понижается и они превращаются в тепловые нейтроны,
которые захватываются ядрами элементов. Это явление сопровож-
дается ьторпчным гамма-излучением. По количеству обнаружен-
84
них тепловых нейтронов 1пп и интенсивности вторичного гамма-
излучения 1пу судят о наличии элементов, обладающих способ-
ностью замедлять движение нейтронов. Так как замедлять дви-
жение нейтронов способен водород воды влажной горной по-
Рис. III-2. Диаграмма радиоактивного каротажа (по В. И. Фер-
роне кому).
1 — глины; 2 — пески; 3 — суглинки.
роды, установлено, что число «медленных» нейтронов пропор-
ционально содержанию в породе воды. На этом и основано
определение влажности горных пород нейтрон-нейтронным мето-
дом (рис. II1-3, а). Существует также связь между интенсив-
ностью вторичного гамма-излучения и объемом воды, содержащей
Рис. II1-3. Графики зависимости ядерных явлений от свойств горных пород
(по В. И. Ферронскому).
а — между регистрируемым излучением тепловых нейтронов, рассеивав*
мым породой, и ее влажностью; б — между регистрируемым гамма-излу*
чением, рассеиваемым породой, и ее плотностью; в — между регистрируе-
мым гамма-излучением, поглощаемым породой, и ее плотностью.
подавляющее количество водорода в горных породах. При полном
водонасыщеиии горных пород эта зависимость позволяет опреде-
лять их пористость. Она лежит в основе нейтронного метода.
При облучении горных пород гамма-излучением на его пути
располагают экран и прямое воздействие гамма-излучения сво-
дят до минимума. Возникает, таким образом, рассеянное гамма-
95
.ШгГрХ.СОРЭ
излучение. Интенсивность рассеянного, т. е. прошедшего через
горные породы, гамма-излучения тем меньше, чем больше их
плотность. Эту зависимость и используют для определения плот-
ности горных пород. Этот метод в отличие от гамма-метода назы-
вают гамма-гамма-методом или плотностным (рис. Ш-З, б). Гор-
ные породы могут не только рассеивать — пропускать гамма-
излучение, но и поглощать его. Чем больше плотность горных
пород, тем больше они поглощают гамма-излучения. На этом
основано определение плотности горных пород методом погло-
щения гамма-излучения (рис. Ш-З, в), представляющего собой
вторую разновидность гамма-гамма метода.
Такова сущность основных ядерных методов, применяемых
в настоящее время при инженерных изысканиях. Их общая ха-
рактеристика приведена в табл. Ш-2. Основные преимущества
Таблица Ш-2
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ЯДЕРНЫХ МЕТОДОВ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПРИМЕНЯЕМЫХ ПРИ ИНЖЕНЕРНЫХ ИЗЫСКАНИЯХ (ПО А. А. ОГИЛЬВИ И ДР.)
Название метода Сущность метода Назначение
Г амма-метод Измерение интенсивности гам- ма-нзлучепия Изучение и корреляция геологического разреза
Нейтронный ме- тод Измерение интенсивности вто- ричного гамма-излучения, вызва! I п ого воздсистви см иен тронов па горные породы Изучение геологического разреза и определение влажности и пористо- сти горных пород
Нейтроп-исмтрон- ный метод Измерение интенсивности из- лучения тепловых нейтро- нов, прошедших через гор- ные породы Изучение геологического разреза и определение влажности горных по- род
Гамма-гамма ме- тод Изучение интенсивности рас- сеянного гамма-излучения, прошедшего через горные породы Оп ределени е плоти ости горных пород
Гамма-гамма ме- тод Измерения интенсивности гам- ма-гамма-излучения, погло- щенного горными породами Определение плотности горных пород
этих методов состоят в том, что они позволяют исследовать гор-
ные породы и определять их влажность и плотность в условиях
естественного залегания, без отбора проб, и не только в отдель-
ных точках толщи или слоя, но и непрерывно по всему геологи-
ческому разрезу. Это дает возможность выявлять неоднород-
ность и изменчивость свойств горных пород как на глубину, так
и по простиранию, и по площади. Наконец, ядерные методы ши-
роко используют в комплексе с другими геологическими методами,
что позволяет устанавливать корреляционные связи между плот-
ностью и влажностью горных пород и их деформационными, проч-
ностными и другими свойствами.
96
Рис. П1-4. Общий вид нейтронного измерителя влажности
(НИВ-2).
Рис.' 111-5. Общий вид глубинного гамма-плотномера
(ГГП-2).
4 в. д. Ломтадзе
97
wvw.twirpx.cem
В зависимости от решаемых задач измерения интенсивности
тех или иных излучений при ядерных исследованиях производят
специальными приборами и установками на поверхности земли,
в естественных обнажениях горных пород, в стенках горных вы-
работок путем погружения в горные породы специальных зондов
или в буровых скважинах методом каротажа, т. е. непрерывным
погружением измерительного зонда в скважину. Отечественная
и зарубежная промышленность в настоящее время выпускает
разнообразные приборы и установки для радиометрических (ядер-
Рис. II1-6. Схема работы нейтронного
измерителя влажности и глубинного
гамма-плотномера.
/ — регистрирующая аппаратура; 2 —
кабель, передающий информацию; 3 —
обсадная труба; 4 — зонд прибора
с источником ионизирующего излуче-
ния; 5 — экран; 6 — источник излу-
чения.
Рис. II1-7. Схема определения плотно-
сти горных пород методом поглощения
гамма-излучения приборами типа «вил-
ки» (а) и «щупа» (б).
1 — источник излучения; 2 — распро-
странение излучения; 3 — приемное
устройство.
ных) исследований. Описание таких технических средств приво-
дится в специальной литературе [1, 14, 18, 23, 27, 28]. Здесь
только назовем некоторые приборы и установки, получившие до-
статочно широкое применение в практике инженерных изысканий.
На рис. Ш-4 показаны фотографии нейтронного измерителя
влажности (НИВ-2), а на рис. Ш-5 — глубинного гамма-плот-
номера (ГГП-2), выпускаемых промышленностью СССР. Схема
работы этих приборов приведена на рис. Ш-6. На рис. Ш-7
показана схема определения плотности горных пород методом
поглощения гамма-излучения, а на рис. Ш-8 — применяемые
схемы определения плотности горных пород по методу рассеянного
гамма-излучения.
На рис. Ш-9 приведена принципиальная схема работы пене-
трационно-каротажной станции [1,27]. Эта станция обеспечивает
исследование свойств горных пород путем одновременного изме-
рения их плотности и прочности по сопротивлениям, оказываемым
погружению зонда, а также плотности и влажности горных пород
ядерными методами. Как видно на рис. Ш-9, измерительный зонд,
содержащий источник излучения, навинчивают на колонну штанг.
98
С помощью гидравлического устройства зонд погружают в толщу
пород, а усилие, затрачиваемое на это погружение (зондирование),
регистрируют. В процессе погружения зонда интенсивность излу-
чения нейтронов и гамма-частиц регистрируется и по кабелю
передается на пульт наземной регистрирующей аппаратуры, ко-
торая записывает поступающую информацию в виде непрерывной
диаграммы. На рис. 111-10 показана схема работы передвижной
геофизической станции, выполняющей радиоактивное профили-
рование поверхностных отложений.
в
К регистра-
тору
Рис. III-8. Схемы определения плотности горных пород методом рассеянного
гамма-излучения.
а — для измерения в поверхностном слое в условиях полупространства
исследуемой среды; б — для измерения в условиях полного пространства
исследуемой среды вокруг зонда; в — для измерения в условиях полного
пространства исследуемой среды в скважние. / — источник гамма-излу-
чения; 2 — экран от прямого излучения; 3 — детектор излучения; 4 —
корпус датчика; 5 — исследуемая среда.
При инженерных изысканиях применяют и другие геофизи-
ческие методы разведки, такие как магнитометрические, грави-
метрические, когда с их помощью наиболее эффективно можно ре-
шать геологические задачи. Так, например, при изысканиях для
обоснования проекта Соликамского гидроузла на р. Каме широко
применялась гравиразведка. Именно этим методом удалось до-
статочно точно изучить рельеф поверхности соленосных отложе-
ний и расположение соляных структур. В районах распростране-
ния основных и ультраосповных пород успешно применяется маг-
ниторазведка. Однако в целом эти геофизические методы исполь-
зуются реже, чем электрические, сейсмические и ядерные.
Бурение скважин при инженерных изыска-
ниях. Бурение скважин является самым распространенным видом
разведочных работ при инженерных изысканиях. Объем разведоч-
ного бурения при выполнении изысканий на строительных пло-
щадках отдельных сооружений достигает нескольких десятков
тысяч метров. В крупных городах в связи с широким размахом
4*
99
Рис. III-9. Принципиальная схема исследований свойств горных пород пенетрацион-
но-каротажным методом (по В. И. Ферроискому).
1—зонд, содержащий датчик для измерения необходимых свойств горных пород; 2—
штанга; 3 — устройство для погружения зонда на необходимую глубину; 4—кабель
для передачи информации, регистрируемой датчиком зонда; 5—передвижная лабора-
тория; 6 — наземная регистрирующая аппаратура; 7 — информация, записанная
в виде непрерывной диаграммы.
Рис. 111-10. Схема работы передвижной геофизической станции, выполняющей радио-
активное профилирование поверхностных отложений.
1—датчик, состоящий из источника излучения и детектора; 2—соединительный кабель;
3 — регистрирующая схема с самописцем; 4 — автомобиль, а— диаграмма гамма-
гамма-профилнрования; б — диаграмма нейтрон-нейтронного профилирования.
100
строительства объектов самого различного назначения объем еже-
месячных буровых работ достигает многих тысяч метров. Как уже
говорилось, с помощью разведочных работ решаются как обще-
геологические задачи, связанные с изучением геологического строе-
ния территории, так и задачи специальные, направленные на изу-
чение деталей их геологического строения, гидрогеологических
условий, свойств горных пород, условий развития геологических
процессов и др. Все эти задачи в значительной мере или полно-
стью можно решать по данным бурения скважин.
В отличие от других видов разведки (геофизических и проход-
ки горных выработок) бурение разведочных скважин можно выпол-
нять в самых различных геологических условиях — на суше и на
акватории, в сухих и обводненных горных породах, на любую
необходимую глубину и получать достаточно достоверную и на-
дежную информацию об инженерно-геологических условиях.
Кроме того, буровые скважины широко используются для про-
изводства различных опытных работ, выполняемых с целью спе-
циального изучения свойств горных пород и водоносных горизон-
тов, и для режимных наблюдений. Их используют также при вы-
полнении некоторых видов строительных работ, например при
строительном водопонижении, устройстве водонепроницаемых за-
вес, дренажей, свайных фундаментов, искусственном уплотне-
нии и укреплении горных пород и др. Бурение скважин произ-
водят также для обеспечения постоянного или временного питье-
вого и технического водоснабжения населенных пунктов и произ-
водственных объектов. Все это и определяет большой объем буре-
ния при инженерных изысканиях.
В практике инженерных изысканий бурение разведочных
скважин производят разными диаметрами — от 36 мм (зондиро-
вочные скважины комплектом «Мечта геолога») до 156 мм (6")
и 205 мм (8"), а специальные скважины от 600 до 1500 мм (сква-
жины-шахты, рис. Ш-11 и Ш-12) и на разную глубину — от
первых метров до 100—150 м и более. Скважины условно подраз-
деляют на мелкие — до 10 м, средней глубины — от 10 до 30 м,
глубокие — от 30 до 100 м и весьма глубокие — более 100 м.
При инженерно-геологических исследованиях бурение сква-
жин должно обеспечивать:
1) изучение всего геологического разреза независимо от мощ-
ности слоев, прослойков, линз горных пород, пересекаемых сква-
жиной, т. е. полноту разреза;
2) точное установление положения геологических границ, пере-
секаемых скважиной, — контактов, поверхностей наслоения, слан-
цеватости, границ зон, положения слабых прослойков, трещин,
пустот, мерзлых пород, водоносных горизонтов и др.;
3) сохранение, минимальную нарушенность естественного сло-
жения, влажности и вообще физического состояния горных пород,
извлекаемых из скважины в виде керна и образцов, для полной и
достоверной их характеристики и оценки;
101
.Шггрх.сото
4) возможность отбора проб горных пород с любой глубины для
изучения их состава, строения и физико-механических свойств;
5) возможность выполнения комплекса наблюдений за изме-
нением физического состояния горных пород по глубине, за появ-
лением и установившимся уровнем подземных вод, верхней и
нижней границ мерзлых пород;
6) производство в скважинах опытных работ для изучения
свойств горных пород и водоносных горизонтов;
Рис. II1-11. Буровая установка для буре-
ния скважин диаметром 1300 мм.
Рис. III-12. Извлечение керна диаметром 1300 мм из колонковой трубы (с) и керн из
скважины большого диаметра, вскрывшей граниты (б). Фото А. П. Павлушкова.
102
7) использование скважин для организации режимных (ста-
ционарных) наблюдений геотермических, за режимом подземных
вод, деформациями горных пород и др.
Таковы основные требования, которые должны выполняться
при бурении разведочных скважин на инженерных изысканиях.
Заметим, что при производстве этих работ буровые скважины иног-
да подразделяют на разведочные, инженерно-геологические, гео-
технические, гидрогеологические и др. Нам представляется, что
так поступать не следует. Надо понимать, что бурение
скважин является важнейшим видом геологоразведочных работ,
а каждая скважина разведочной. Поэтому каждую скважину надо
использовать для получения полной и всесторонней информации
об инженерно-геологических условиях изучаемого участка. Есте-
ственно, что в зависимости от решаемых задач конструкция отдель-
ных скважин и способ их бурения могут отличаться от других,
но это не означает, что если из некоторых скважин отобрать пробы
горных пород для определения их плотности и влажности, тс они
становятся инженерно-геологическими, а другие, если в них заме-
рен уровень подземных вод или произведена их откачка, — гид-
рогеологическими .
Из всех наиболее распространенных способов бурения сква-
жин -— колонкового, ударно-канатного кольцевым забоем, виб-
рационного, медленновращательного, шнекового и ручного ударно-
вращательного — первые два являются наиболее эффективными
при инженерных изысканиях, обеспечивающими более полное
соблюдение перечисленных требований.
Колонковый способ бурения скважин применим в любых
горных породах и практически на любую глубину, требующуюся
для решения инженерно-геологических задач. По существу, он
является единственным при бурении в скальных и полускальных
породах. В песчаных и глинистых породах, устойчивых в стенках
скважин, и в таких же породах, но мерзлых колонковым спосо-
бом рекомендуется бурить скважины небольшой глубины (до
30 м) диаметром 108—219 мм, без промывки («всухую»). Менее
эффективен этот способ бурения в глинистых породах неустой-
чивой консистенции и в обводненных песчано-галечных. Бурить
скважины всухую рекомендуется обычными ребристыми твердо-
сплавными коронками при скорости вращения снаряда не более
60—80 об./мин при равномерном давлении на коронку. В скальных
и полускальных породах колонковые скважины бурят твердосплав-
ными, алмазными и дробовыми коронками как всухую, так и
с промывкой водой или глинистыми растворами.
В практике инженерных изысканий в настоящее время все
шире применяют бурение с продувкой забоя скважин сжатым
воздухом. Опыт показывает, что этот способ бурения имеет сле-
дующие преимущества перед другими: исключается необходимость
в организации водоснабжения, лучше сохраняется естественное
юз
WW .tWirpx.cem
физическое состояние горных пород, в том числе и мерзлых, и
значительно повышается производительность.
Для повышения выхода керна и лучшей его сохранности при
колонковом способе бурения скважин необходимо применять опти-
мальные режимы бурения — скорость вращения снаряда (об./мин),
давление на коронку (кгс/см2) и расход промывочной жидкости
(л/мин) или давление сжатого воздуха. Рекомендации по выбору
этих параметров приводятся в соответствующих курсах и руковод-
ствах по разведочному бурению [20, 22, 31, 33].
При бурении скважин колонковым способом на инженерных
изысканиях теперь наиболее широко применяют следующие буро-
вые установки и станки: установку поискового бурения УПБ-25,
самоходные буровые установки УГБ-50М (рис. Ш-13),
СБУДМ-150-ЗИВ (рис. Ш-14), СБУЭм-150-ЗИВ, УРБ-2А и
УРБ-ЗАМ и стационарный станок вращательного колонкового
бурения ЗИФ-ЗООМ. Кроме названных применяют и другие, в том
числе и те, которые уже сняты с производства.
Ударно-канатный способ бурения скважин кольцевым забоем
дает хорошие результаты при бурении почти в любых мягких
связных (глинистых) и рыхлых несвязных (песчано-галечных)
породах. Диаметр скважин может изменяться от 89 до 273 мм и
более, а глубина — от 5—10 до 30—100 м. Опыт показывает, что
при этом способе бурения достигаются высокая точность и досто-
верность разведки и обеспечивается возможность соблюдения всех
требований, предъявляемых к бурению скважин для инженерно-
геологических целей.
Для бурения скважин ударио-капатиым способом применяют
буровые агрегаты и самоходные установки УГБ-50М, т. е. те же,
которые применяют и при колонковом бурении, а также широко
используют буровую пенетрацнонную установку УПБ-15М
конструкции Гидропроекта, буровой ударно-канатный станок
БУКС-ЛГТ конструкции Ленгипротранса (рис. Ш-15), ударно-
канатную буровую установку БУВ-1Б конструкции СКВ МГ
СССР и самоходную легкую буровую установку ЛБУ-50.
Вибрационным способом можно бурить скважины глубиной
до 15—20 м и диаметром от 89 до 168 мм. Этот способ бурения при-
меним только в однородных песчано-глинистых породах, не содер-
жащих крупнообломочных включений и устойчивых в стенках
буровых скважин. Он позволяет получать достаточно точные дан-
ные о геологическом разрезе, но не обеспечивает сохранность есте-
ственного сложения и физического состояния горных пород.
Поэтому из таких скважин невозможен отбор монолитов. Для
этого требуется дополнительное соответствующее оборудование,
при использовании которого существенно снижается производи-
тельность бурения. Для бурения скважин вибрационным способом
используют самоходные буровые установки АВБ-2М, ВБУ-63
и СВБУ-ЛГВХ и другие конструкции, предложенные многими
организациями.
104
Рис. 111-13. Буровая установка УГБ-50М для бурения скважин разными способами, смон-
тированная на автомобиле ГАЗ-66, в транспортном (а) и рабочем (б) положениях.
1 — дизель приводной; 2 — лебедка; 3 — вращатель; 4 — мачта.
Рис. 111-14. Буровая установка СБУДМ-1 50-ЗИВ для бурения скважин ко-
лонковым способом, смонтированная на автомобиле ЗИЛ-157 КЕ.
1 — дизель; 2 — насос; 3 — клииоременная передача на насос; 4— лебедка;
5 — вращатель; 6 — домкрат; 7 — мачта.
105
.Шхтрх.сото
Бурение скважин медленновращательным и шнековым спосо-
бами по сравнению с перечисленными отличается малой точностью
и достоверностью получаемых данных о геологическом разрезе
и физическом состоянии горных пород. При этих способах буре-
ния невозможен отбор проб горных пород естественного сложе-
Рис. 111-15. Буровой ударно- каиатный станок БУ КС-Л ГТ
конструкции Ленгипротранса.
I — рама; 2 — двигатель; 3 — лебедка; 4 — рукоятка
управления лебедкой; 5 — тренога; 6 — канат; 7 —
буровой снаряд.
ния. Поэтому они малоэффективны при инженерных изысканиях.
Эти способы применимы для бурения скважин только в песчано-
глинистых породах, устойчивых в стенках скважин, не содержащих
крупнообломочных включений, глубиной до 30 м и диаметром до
219 мм и несколько большим. Бурение производят самоходными
установками УГБ-50М, переносными УБП-25 и др.
Ручной ударно-вращательный способ бурения скважин посте-
пенно выходит из применения в связи с его большой трудоемкостью.
106
однако он пока остается незаменимым при бурении неглубоких
скважин на труднодоступных участках, при небольшом объеме
работ.
Из приведенного следует, что при инженерных изысканиях
наиболее рациональными являются колонковый, ударно-канат-
ный кольцевым забоем и вибрационный способы бурения, выбор
которых зависит от конкретных геологических условий и решае-
мых задач. При инженерно-геологических исследованиях буре-
ние скважин в большинстве случаев следует производить диамет-
рами, большими, чем, например, при разведке месторождений
твердых полезных ископаемых. Наиболее оптимальный началь-
ный диаметр 168 мм, конечный 108 мм, переходные 146 и 127 мм.
Эти диаметры позволяют получать керн, образцы и пробы горных
пород лучшей сохранности естественного сложения и пробы,
вполне пригодные для любых лабораторных исследований физико-
механических свойств. Буровые скважины таких диаметров по-
зволяют получать вполне точные и достоверные сведения об инже-
нерно-геологических условиях, и, кроме того, они вполне пригодны
для выполнения различных опытных работ и режимных стацио-
нарных наблюдений. В отдельных случаях, при сложном геологи-
ческом разрезе и значительной мощности четвертичных отложе-
ний, закарстованности коренных пород, при необходимости вы-
полнения специальных опытных и режимных наблюдений, оправ-
данным надо считать бурение разведочных скважин начальным
диаметром 219 и 273 мм. При проектировании весьма ответствен-
ных сооружений производят проходку скважин-шахт колонковым
способом диаметром до 1500 мм, глубиной до 30—40 м. Точность и
достоверность получаемых при этом результатов является прак-
тически абсолютной.
Для получения керна, образцов и проб горных пород лучшей
сохранности естественного сложения при бурении скважин необ-
ходимо обращать внимание на выбор длины рейсов. Как правило,
чем слабее породы (малая плотность, высокая влажность, вывет-
релые, слоистые, трещиноватые и т. д.), тем меньшей длины рей-
сами (до 20—40 см) следует вести бурение. С той же целью необ-
ходимо соблюдать определенный режим промывки скважин. На
интервалах отбора проб горных пород, а также при пересечении
слабых неустойчивых слоев, прослойков и линз бурение следует
производить всухую, на этих же интервалах нельзя допускать
подлива воды в скважины для облегчения бурения или прогрева
мерзлых пород.
На точность и достоверность получаемых геологических дан-
ных большое влияние оказывает крепление скважин обсадными
трубами. Крепление скважин уменьшает зашламованность керна,
обеспечивает безаварийность бурения, позволяет более точно
фиксировать глубину появления подземных вод и установившиеся
их уровни, а также число, положение и мощность водоносных,
горизонтов и зон.
107
.ШтГрХ.СОЮ
Все это показывает, что необходимо обосновывать конструкцию
каждой скважины или группы скважин, т. е. выбор начального и
конечного диаметров бурения, диаметр колонн обсадных труб
и глубину их установки для перекрытия неустойчивых пород,
водоносных горизонтов и т. д. При бурении разведочных скважин
для инженерно-геологических целей необходимо выполнять опре-
деленный комплекс наблюдений (см. ниже).
Проходка горных выработок. В составе раз-
ведочных работ при инженерных изысканиях большую роль играют
горные работы. Горные выработки позволяют получать наиболее
точные и достоверные геологические данные. Когда необходимо
установить степень точности и достоверности геологических дан-
ных, получаемых, например, при съемке, разведке геофизи-
ческими методами или при бурении скважин, то их сравнивают
-с данными, получаемыми при проходке горных выработок, так как
при соблюдении определенных условий их проведения и доку-
ментации эти данные являются практически абсолютно точными
и достоверными.
На начальных стадиях изысканий наиболее часто делают зако-
пушки, расчистки, канавы, проходят неглубокие шурфы и дудки.
На стадиях детальных изысканий проходят более глубокие шурфы
и дудки, а при проектировании таких ответственных сооружений,
как туннели, плотины, электростанции, — штольни и шахты.
Расчистки, канавы и особенно штольни наиболее целесообразно
проводить при благоприятных условиях рельефа — на склонах,
в откосах, хотя расчистки и канавы можно успешно применять
и на равнинных участках для прослеживания горизонтов, слоев,
зон, контактов и т. д. Все другие виды горных выработок — зако-
пушки, шурфы, дудки, шахты — можно проводить в любых
условиях рельефа, исходя из целей и назначения каждого из них.
В целом объем горных работ при инженерных изысканиях обычно
невелик. От общего числа разведочных выработок или объема
горно-буровых работ горные выработки составляют не более
10%.
Горные работы — наиболее трудоемкий и дорогой вид разве-
дочных работ. Проходка шурфов, дудок, штолен и шахт часто со-
пряжена с большими геологическими трудностями — неустойчи-
востью горных пород и большой их обводненностью, необходи-
мостью применения мощных средств крепления выработок, водо-
отлива, специальных методов проходки (предварительного водо-
понижения, замораживания, применения щитов, кессонов и др.).
Кроме того, для проходки глубоких горных выработок необходимо
иметь специальное оборудование, применять взрывные работы
и т. д., чтов условиях производства инженерных изысканий трудно.
Все это в значительной степени ограничивает применение горных
работ при инженерных изысканиях, несмотря на то что они по-
зволяют получать наиболее точные и достоверные геологические
данные.
108
by ЛЪгЬ_еМ
Горные работы при инженерных изысканиях обычно применяют
в следующих случаях: 1) когда геоморфологические и геологичес-
кие условия благоприятны для проходки неглубоких выработок
(закопушек, расчисток, канав, мелких шурфов и дудок), проходка
которых не вызывает больших трудностей, не требует применения
сложного оборудования и технических средств, но резко повышает
эффективность геологических работ; 2) когда при выполнении
обычных изысканий для различных видов строительства необхо-
дим контроль за точностью и достоверностью геологических дан-
ных, получаемых при выполнении других видов работ, и отбор
проб горных пород лучшей сохранности естественного сложения и
физического состояния для исследования их физико-механичес-
ких свойств, горные выработки при этом используют также для
выполнения в них опытных работ; 3) когда при проектировании
ответственных сооружений (плотины, туннели и др.) необходимо
кроме уточнения и контроля получаемых геологических данных,
решать специальные задачи — выделять зоны и подзоны вывет-
ривания, зоны съема пород и врезки сооружений, зоны разуплот-
нения горных пород, интенсивной их трещиноватости, закарсто-
ванностп, прослеживать крупные тектонические нарушения, про-
изводить в этих выработках различные опытные работы с целью
изучения прочностных и деформационных свойств горных пород,
измерения их естественного напряженного состояния и др.
К проходке разведочных горных выработок при инженерных
изысканиях необходимо предъявлять определенные требования.
Ее следует вести так, чтобы получать точные сведения о геологи-
ческом разрезе и условиях залегания горных пород, поверхностей
и зон ослабления, тектонических разрывов и нарушений, достовер-
ные данные о физическом состоянии горных пород; производить
отбор проб горных пород при полной сохранности естественного!
сложения и физического состояния; производить в горных вы-
работках различные опытные работы; иметь возможность оцени-
вать устойчивость горных пород, условия их эффективной про-
ходки и крепления, строительную категорию и крепость, а также
возможность апробирования новых способов, методов и средств
при выполнении строительных и горных работ. Для этого требуется
производить проходку разведочных горных выработок по опреде-
ленному графику, с остановками, с ограничениями для производ-
ства взрывных и других работ, нарушающих состояние пород и.
искажающих геологические данные.
Виды наблюдений и документация при буре-
нии разведочных скважин и проходке горных выработок. При буре-
нии разведочных скважин в песчано-глинистых породах четвер-
тичного возраста необходимо наблюдать за изменением их плот-
ности (сложение рыхлое, средней плотности, плотное), влажности
(сухие, влажные, сильно влажные) и консистенции (полутвердые,
пластичные, текучие) и возможно точнее устанавливать положе-
ние и границы слабых слоев, прослойков, линз и др. Вскрывая
109
www.twirpx.com
коренные породы, важно выявлять границы зон и подзон актив-
ного их выветривания [1, 11,25].
При бурении скважин в скальных и полускальных породах
особое внимание необходимо обращать на изучение изменения сте-
пени их трещиноватости на основании следующих данных:
1) учета выхода керна (при прочих равных условиях — составе
и свойствах пород, режиме бурения и др., чем более монолитны
породы, тем выше выход керна);
2) подсчета числа трещин на каждый метр керна, т. е. модуля
трещиноватости;
3) наблюдений за проскоками снаряда при пересечении им
трещин, каверн и других пустот. Необходимо точно фиксировать
глубину, на которой произошел проскок, и его длину, свидетель-
ствующие о наличии открытых (зияющих) трещин или пустот.
Для обнаружения последних по вертикальному разрезу, вскры-
тому скважиной, полезно применение кавернометра. Измерения
кавернометром производят при его подъеме после раскрытия
упругих рычагов, упирающихся в стенки скважины. В резуль-
тате произведенных измерений получают кривую изменения диа-
метра скважины с глубиной, на которой фиксируется положение
открытых (зияющих) трещин и пустот или зон резкого увеличения
диаметра скважины вследствие повышения раздробленности пород;
4) наблюдений за расходом промывочной жидкости, по зна-
чению которого в процессе бурения можно выделить зоны различ-
ной трещиноватости пород;
5) осмотра и фотографирования стенок скважин с помощью
специальных приборов и телевизионных установок;
6) измерений плотности пород на разных глубинах в скважине.
Так как плотность пород в известной степени зависит от их тре-
щиноватости, то о последней можно косвенно судить по плотности.
Для этих целей применим гамма-гамма-каротаж (см. выше);
7) наблюдений за режимом бурения. В породах трещиноватых,
раздробленных условия бурения обычно более тяжелые (большой
расход промывочной жидкости, вместе с водой в трещины вносится
шлам, наблюдаются вывалы обломков пород, иногда заклинивание
снаряда и др.). Все это вызывает необходимость вести бурение на
малых скоростях и укороченными рейсами.
Таким образом, если при бурении скважин в скальных и полу-
скальных породах производить весь комплекс перечисленных
наблюдений, можно получить очень важные сведения о степени
их трещиноватости для оценки инженерно-геологических условий
разведуемого участка. Для выполнения всего перечня наблюдений
бурение разведочных скважин при инженерных изысканиях не-
редко приходится вести с остановками для перекрытия водоносных
горизонтов и зон, выполнения наблюдений за установившимся
уровнем подземных вод, для отбора проб воды и горных пород,
а иногда и выполнения опытных работ. Заметим, что выполнение
всех этих операций в какой-то мере предусмотрено «Нормами
ПО
времени и расценками на производство изыскательских работ для
строительства» [6].
Из сказанного следует, что при инженерных изысканиях к бу-
рению разведочных скважин необходимо предъявлять особые
требования в части выбора эффективного способа бурения, кон-
струкции скважин и соблюдения технологических правил, обе-
спечивающих выполнение комплекса геологических наблюдений,
отбор проб, точность и достоверность получаемых результатов.
Необходимо также строго выполнять правила документации
при бурении скважин.
Документацию керна и образцов следует вести в два приема:
первичное описание, которое производится при каждом подъеме
снаряда, и контрольное описание, которое выполняется после
завершения бурения скважины. При первичном описании дают
полную характеристику пород, причем особое внимание обращают
на их внешний вид, физическое состояние и др. Это описание со-
провождают испытаниями пород пенетрометром, отбором образ-
цов и проб. При контрольном описании используют данные пер-
вичной документации, дают подробную характеристику и оценку
каждого слоя, пачки, зоны пород, производят зарисовку и фото-
графирование керна (рис. Ш-16) и дополнительный отбор образ-
цов для петрографических исследований. По этим данным состав-
ляют колонки по каждой скважине (рис. Ш-17), геологические
разрезы (рис. Ш-18), аксонометрические проекции (рис. Ш-19),
карты (рис. Ш-20, Ш-21, Ш-22) и др. Правила макроскопичес-
кого изучения и описания горных пород достаточно общеизве-
стны [12].
Документацию горных выработок необходимо производить
непрерывно в процессе их проходки: в конце каждой смены или
дважды в течение смены. Она состоит в детальном геологическом
описании и зарисовке забоя выработки в виде развертки
(рис. Ш-23), фотографировании характерных участков, испыта-
нии пород пенетрометром измерении плотности и влажности пород
ядерными плотномерами и влагомерами, в массовых замерах и
наблюдениях за их трещиноватостью, всеми видами проявления
подземных вод, деформациями горных пород и др. Приемы и ме-
тодика документации горных выработок общеизвестны, их опи-
сание приводится в специальных руководствах и инструкциях
|16, 25].
Опробование горных пород при инженерных
изысканиях. Характеристика инженерно-геологических условий
больших или малых территорий и особенно уже выбранных строи-
тельных площадок, не может быть полной и окончательной, если
не сделаны описание и оценка физико-механических свойств
слагающих их горных пород. Физико-механические свойства
горных пород являются составным элементом характеристики
инженерно-геологических условий той или иной территории (см.
рис. 1-1). Показатели, отражающие эти свойства, являются оцен-
111
WW .Шттрх.сото
Рис. 111-16. Фотография керна буровой скважины.
Скважина №
Абс. отметка устья: 111,80м
Глубина:37,00м X -
У -
Начата : 10/IX 13.
Окончена : 16/X 19.
Рис. III-17. Примерное оформление геологического разреза
по каждой разведочной скважине.
112
Рис. 111-18. Оформление геологического разреза по линии раз-
ведочных выработок.
строительной
Рис. Ill 19. Аксонометрическая проекция
площадки.
5 В. Д. Ломтадзе
113
^vwWirpx.cow
Рис. Ii 1-20. Инженерно-геологическая карта строительной площадки.
1 — песчано-глинистые отложения со щебнем; 2 — пески с гравием и
галькой; 3 — галечники с гравием и песком; 4 — изолинии мощности
рыхлых четвертичных отложений» м.
Рис. III-21. Детальная инженерно-геологическая карта строительной пло-
щадки (структурная карта рельефа поверхности коренных пород).
1 — изолинии рельефа поверхности коренных пород, м; 2 — разведоч-
ная выработка, ее номер (числитель) и отметка поверхности коренных
пород (знаменатель).
114
Рис. 111-22. Детальная инженерно-геологическая карта строительной пло-
щадки (карта среза на отметке ... м).
1 — аргиллиты; 2 — известняки, залегающие в виде прослоев и линз
среди аргиллитов; 3 — песчаники; 4 — известняки плитчатые.
Азимуты стенок шурфа
Рис. III-23. Зарисовка горной выработки в виде развертки.
/, 2, 3 — трещины горизонтальные, закрытые; 4 — трещина крутонаклон-
ная, зияющая, заполненная глинистым материалом; 5 — трещина гори-
зонтальная, зияющая, заполненная обломочным материалом.
5*
115
.tWirpX.COTO
ками, мерами строительных качеств горных пород при исполь-
зовании их как естественного основания, среды или строительного
материала при проектировании различных сооружений, инженер-
ных работ, рационального использования геологической среды и
ее охраны. Поэтому изучение, оценка и прогноз физико-механи-
ческих свойств горных пород и их изменений под влиянием есте-
ственных и искусственных условий являются составной частью
любых инженерных изысканий.
Физико-механические свойства горных пород изучают в лабо-
раторных и полевых условиях при выполнении инженерно-гео-
логической съемки, разведочных и специальных работ. Отбор
проб для лабораторных исследований производят из естественных
обнажений, горных выработок и буровых скважин. Проба —
это необходимый объем горной породы, взятый по установленным
правилам для исследования ее состава, строения и физико-меха-
нических свойств в лабораторных условиях. Отбор проб или, как
принято называть в геологической практике, опробование горных
пород производят в процессе инженерно-геологической съемки,
разведочных и опытных работ на каждой стадии инженерных
изысканий.
Опробование сопровождает другие геологические работы и
заключается в отборе проб горных пород и воды для соответствую-
щих лабораторных исследований. По существу, это составная
часть полевой документации геологических работ, которая про-
изводится наряду с описанием, измерениями, зарисовками, фото-
графированием, отбором образцов и т. д. при изучении естествен-
ных и искусственных обнажений горных пород и керна скважин.
Совершенно неправомерно включать в опробование полевые опыт-
ные работы, такие как статическое и динамическое зондирование,
прессиометрию и др. Если эти виды работ включать в опробование,
тогда надо включать в него и бурение скважин, и проходку горных
выработок. В общем, отбор проб и изучение состава, строения и
свойств горных пород в лабораторных и полевых условиях —
это совершенно разные виды работ по своему назначению, содер-
жанию, организации и времени их выполнения.
Детальность изучения физико-механических свойств горных
пород повышается на каждой последующей стадии инженерных
изысканий (см. рис. 1-1), соответственно увеличивается и число
отбираемых проб. На стадии детальных изысканий, когда разве-
дочные работы являются основными (см. рис. 1-6), в большом
объеме производится и опробование горных пород. Поэтому и
описание его приводится в главе, посвященной разведке. При
этом необходимо обратить внимание на следующее очень важное
обстоятельство.
Физико-механические свойства скальных и полускальных гор-
ных пород в образце всегда существенно отличаются от их свойств
в условиях естественного залегания — в массиве. В массиве они
могут быть значительно более неоднородными по составу и строе-
116
by
нию и более анизотропными по свойствам, иметь поверхности и зоны
ослабления, быть значительно и неравномерно трещиноватыми и
выветрелыми, иметь резко выраженные текстурные признаки
(слоистость, сланцеватость, полосчатость и др.), быть нарушенными
тектоникой и иметь различное напряженное состояние в зависи-
мости от положения в геологической структуре. Поэтому для
инженерно-геологической характеристики и оценки скальных и
полускальных горных пород решающее значение имеют данные по-
левых геологических наблюдений и исследований, данные о свой-
ствах пород, полученные в результате выполнения полевых опыт-
ных работ. Основой изучения в этом случае должны быть струк-
турно-петрографические и структурно-тектонические методы ис-
следований. Эти методы исследований горных пород имеют реша-
ющее значение для инженерно-геологической оценки условий
строительства на них различных сооружений и их устойчивости.
В этом состоят существенная особенность и сложность инженерно-
геологического изучения скальных и полускальных горных пород.
Данные лабораторных исследований физико-механических
свойств этих пород позволяют расширить их характеристику,
несколько уточнить некоторые полевые данные, но они не могут
существенно изменить полевую оценку места расположения соо-
ружений, условия их строительства и устойчивость. Следователь-
но, данные лабораторных исследований физико-механических
свойств скальных и в известной мере полускальных горных пород
имеют важное, но подчиненное значение.
В отличие от скальных пород, для многих типов полускальных
пород (аргиллиты, мергели, глинистые известняки и песчаники
и др.) и для всех других групп горных пород: связных (глинистых),
рыхлых несвязных (песчаных), а также для пород особого про-
исхождения, состава и свойств данные лабораторных исследований
физико-механических свойств имеют несравненно большее и не-
редко решающее значение. Все эти обстоятельства не всегда в пол-
ной мере учитываются при инженерных изысканиях.
Таким образом, опробование должно производиться преиму-
щественно тех групп горных пород, для которых данные лабора-
торных исследований физико-механических свойств имеют важное
или решающее значение при их оценке. Поэтому пробы из скальных
пород отбирают главным образом для петрографического изу-
чения и получения общей сравнительной оценки их физико-ме-
ханических свойств (плотность, пористость, водопоглощение,
водонасыщение, временное сопротивление сжатию, морозоустой-
чивость), либо для оценки их качеств как строительного, обли-
цовочного материала, щебня для бетона, балласта и др. Полную
характеристику и оценку их прочности, деформируемости, водо-
проницаемости и устойчивости можно производить только по
данным специальных полевых опытных работ.
При опробовании необходимо стремиться к тому, чтобы каж-
дая проба была представительной, т. е. в максимальной степени
117
.cow
отражала характерные особенности состава, строения, физичес-
кого состояния и свойств изучаемой разности горных пород.
Как показывает опыт, оценка физико-механических свойств гор-
ных пород не может производиться на основании единичных опре-
делений, испытаний или измерений, так как по своей природе
все горные породы в той пли иной степени неоднородны: их состав,
строение и свойсгва изменяются от точки к точке. Многие из них
анизотропны, т. е. свойства их неоднородны в разных направле-
ниях. Поэтому невозможно одной или малым числом проб обе-
спечить полную представительность изучаемой разности пород.
При характеристике и оценке свойств толщи, слоя, зоны, пачки
и разности горных пород производят отбор некоторого или опре-
деленного числа проб для соответствующих исследований. Обоб-
щение и анализ результатов этих исследований позволяют с опре-
деленной степенью достоверности и надежности распространять
их на исследуемый объект (слой, зону и др.) и обеспечивать, таким
образом, полную представительность получаемых данных.
Требования к достоверности и надежности показателей физи-
ко-механических свойств горных пород изменяются в зависимости
от стадии инженерных изысканий, типа и класса проектируемых
сооружений. На стадии рекогносцировочных и предварительных
исследований (при выборе района и места расположения соору-
жений) обычно достаточны обобщенные или, как принято их назы-
вать в «Строительных нормах и правилах СССР», нормативные
показатели. За обобщенный (нормативный) показатель свойств
данной породы, слагающей толщу, слой, зону, принимают среднее
значение, полученное по данным испытаний, число которых
достаточно для статистического обобщения (5, 11, 12, 301. Об-
общенные показатели позволяют давать предварительную харак-
теристику свойств горных пород и оценку условий строительства
на них сооружений. Использование этих показателей допускается
для любых предварительных расчетов. Основой для установления
обобщенных показателей служат данные массовых исследований
физико-механических свойств горных пород и анализ их простран-
ственной изменчивости.
На стадиях детальных и дополнительных исследований (вы-
полняемых для обоснования проектов и оценки условий строитель-
ства конкретных сооружений) кроме обобщенных показателей
необходимо устанавливать расчетные, особо обоснованные для
использования в окончательных расчетах [11, 121. В ряде слу-
чаев в качестве расчетных показателей могут служить обобщенные,
например для оснований менее ответственных сооружений (II—
IV классов). Однако в большинстве случаев, для того чтобы полу-
чить расчетные показатели, необходимо уточнять обобщенные и
вносить в них соответствующие поправки [11, 12).
В курсе «Инженерной петрологии» [111 уже обращалось
внимание на то, что при изучении и оценке свойств горных пород
иногда важно характеризовать их не только обобщенными (сред-
118
ними) показателями, но и средними дирекционными, определяемы-
ми по характерным направлениям, т. е. по направлениям дей-
ствующих сжимающих или сдвигающих усилий, движения под-
земных вод и др. Такие дирекционные показатели могут служить
и расчетными.
Таким образом, определение обобщенных показателей свойств
горных пород — это начальный этап установления расчетных.
При этом необходимо подчеркнуть, что расчетные показатели не
определяют вообще, а только в связи с проектированием и строи-
тельством конкретного сооружения (или группы однотипных со-
оружений) для каждого слоя, зоны, пачки или разности горных по-
род, которые выбраны в качестве естественного основания, среды
или материала для сооружения па выбранном для него участке.
Такая степень определенности рассматриваемого вопроса обычно
наступает тогда, когда разработка проекта и детальность инженер-
ных изысканий достигают определенного уровня. До этого мо-
мента инженерно-геологическая оценка территорий и расчеты
носят, как правило, предварительный характер, и для них можно
использовать только обобщенные показатели. Конкретизируя
таким образом задачи изучения физико-механических свойств
горных пород на разных стадиях инженерных изысканий, заме-
тим, что все это влияет на план и детальность опробования.
В зависимости от решаемых практических задач пробы горных
пород отбирают в виде монолитов, т. е. образцов естественного
сложения и влажности (мерзлых — в мерзлом состоянии), либо
в виде образцов нарушенного сложения с определенными объемом
или массой. Для определения полного комплекса физико-меха-
нических свойств горных пород проба должна состоять из двух-
трех монолитов. Рекомендуются следующие размеры монолитов
различных типов горных пород: из скальных и полускальных от
25x25x25 до 30X30x30 см; из галечников и щебенистых пород
от 25X25X25 до 30X30X30 см; из гравелистых и дресвяных —
от 20x20x20 до 25X25x25 см; из песчаных и глинистых — от
15X15X15 до 20x20x20 см.
Монолиты могут иметь форму куба, параллелепипеда, кусков
керна (диаметром не менее 90 мм, а в крупнообломочных породах
не менее 200 мм, общей длиной 0,8—1,0 м) или штуфов неправиль-
ной формы, но не менее указанных выше размеров. Способ отбора
монолитов должен обеспечивать полную сохранность естествен-
ного сложения и влажности пород.
В открытых горных выработках (расчистках, канавах, шурфах,
штольнях, котлованах и др.) их отбирают из зачищенных забоев,
почвы или стенок путем вырезывания или выпиливания из пород,
обладающих достаточной связностью (глины, суглинки), либо
путем обработки оставленных целиков скальных и полускальных
пород зубилом, клином, отбойным молотком. Из песчано-глинистых
пород монолиты часто отбирают специальными пробоотборни-
ками — грунтонссами, представляющими собой металлические
119
.ШПфХ.СОТО
или деревянные коробки с отъемными крышками или чаще метал-
лические тонкостенные цилиндры, имеющие один скошенный ре-
жущий край. Для удобства отбора монолитов цилиндры снабжают
ручкой (рис. Ш-24, о)или специальным устройством (рис. Ш-24, б)«
Отбор монолита пробоотборником типа коробки или цилиндра
производят следующим образом. На свежезачищенную поверх-
ность горной породы устанавливают пробоотборник. Затем острым
ножом вырезают из породы столбик, сечение которого должно быть
на 1 —1,5 мм больше внутреннего сечения пробоотборника. По
мере вырезания столбика породы на него постепенно надевают
Рис. III-24. Пробоотборник для отбора монолитов из песчано-
глинистых пород в обнажениях, котлованах и горных выра-
ботках.
а — режущий цилиндр с ручкой; б— прибор И. М. Литви-
нова. 1 — режущий цилиндр (гильза); 2 — поршень полый;-
3 — упорный стержень с ручкой; 4 — направляющий ци-
линдр; 5 — опорный диск.
пробоотборник, лишняя часть породы при этом срезается его ост-
рым режущим краем. Работу выполняют аккуратно, не допуская
вывалов и выкрашивания породы из боковых поверхностей стол-
бика. Когда пробоотборник будет заполнен так, что порода вы-
ступит над верхним его краем, лишнюю ее часть срезают вровень
с верхним и нижним краями пробоотборника. Открытые части
породы сразу же парафинируют и закрывают крышками. Таким
образом упакованный монолит снабжают соответствующей эти-
кеткой, в которой указывают место и дату отбора монолита и его
ориентировку (верх и низ). Затем монолит регистрируют в специ-
альном журнале и направляют в лабораторию. При отборе моно-
литов, особенно из песчано-глинистых пород, одновременно отби-
рают пробы для контрольного определения естественной влаж-
ности, а иногда и плотности пород в полевой лаборатории.
В буровых скважинах монолиты отбирают из предварительно
зачищенного забоя. В скальных и полускальных породах моно-
литами обычно являются куски керна, выбуренные колонковой
трубой с алмазными, твердосплавными или дробовыми коронками.
В этом случае керн очищают от шлама, парафинируют, снабжают
этикеткой, регистрируют в журнале и направляют в лабораторию.
120
В породах полускальных слабых, мягких связных (глинистых) и
рыхлых несвязных (песчано-гравелистых) для отбора монолитов
применяют пробоотборники (грунтоносы) различных конструк-
ций. Основной их частью является металлический цилиндр, ко-
торый при отборе монолита погружают в породу на зачищенном
забое. Известно много конструкций пробоотборников для отбора
монолитов из буровых скважин, наиболее простые и употреби-
тельные из них перечислены в табл. Ш-З.
Т а б л и ц а Ш-З
НАИБОЛЕЕ УПОТРЕБИТЕЛЬНЫЕ ТИПЫ ПРОБООТБОРНИКОВ ДЛЯ ОТБОРА
МОНОЛИТОВ ИЗ БУРОВЫХ СКВАЖИН (РЕКОМЕНДАЦИИ ВСЕГИНГЕО)
Название Породы, для которых он предназначен Принцип работы
Двойная колонковая Полускальные, дающие Обуривание. Вращается на-
труба при промывке плохой выход керна ружная труба и не вра- щается внутренняя, пред- охраняющая керн от раз- мывания и разрушения
Пробоотборник:
ВСЕГИНГЕО Полускальные и песча- но-глинистые Обуривание, с керноприем- ным стаканом
НИИ оснований То же То же
Томгипротранса » Обуривание, с керноприем- ным стаканом и клапаном, обеспечивающим вакуум
Гидропроекта Мягкие глинистые и рыхлые песчаные Забивка или задавливание в породу
Днепрогипро- То же То же
транса
ГРИИ » »
Сибгнпротранса » »
НИНИС Торф. слабые болотные отложения Задавливание в породу
По способу погружения пробоотборников в породу их можно
подразделить на три основных типа: обуривающие, забивные и
залавливаемые. Известны пробоотборники, погружаемые в по-
роду вибрацией, но при таком способе отбора монолитов не гаран-
тируется сохранность естественного физического состояния и
сложения горных пород, поэтому их нельзя рекомендовать. Выбор
типа пробоотборника определяется свойствами и физическим со-
стоянием горных пород, из которых необходимо производить
отбор монолитов. Каждая модель пробоотборника может быть
изготовлена одного или нескольких размеров. Согласно требова-
ниям ГОСТ 12071—72, минимальный внутренний диаметр пробо-
отборников должен быть не менее 90 мм.
При отборе монолитов одинарными колонковыми трубами
в скальных породах и устойчивых полускальных в качестве про-
121
.ШгГрХ.СОРЭ
мывочной жидкости допускается использовать воду или глинистый
раствор, а двойными—только глинистый раствор. Монолиты из
песчано-глинистых пород следует отбирать в процессе бурения
скважин без применения промывочной жидкости, без подлива
Рис. II1-25. Двойная колонковая труба.
а — с невращающейся внутренней тру-
бой:- / — наружная труба; 2 — шарико-
подшипники; 3 *— резиновый клапан; 4 —*
головка с каналами для подшипников
внутренней трубы; 5 — внутренняя труба;
6 — рвательный корпус; 7 — рвателъная
пружина; 8 — коронка с каналами, б —
с вращающейся внутренней трубой: 1 —
переходник; 2 — наружная труба; 3 —•
внутренняя труба; 4—5 — коронки; 6 —•
направляющее кольцо; 7 — шаровой кла-
пан
воды в скважину, с перекрытием
водоносных горизонтов обсадны-
ми трубами (ГОСТ 12071—72).
Рис. П1-26. Обуривающий пробоотбор-
ник конструкции Томгипротранса.
1 — головка; 2 — отверстие для вы-
хода воздуха; 3 — головка внутрен-
него невращающегося цилиндра с кла-
панами; 4 — наружный вращающийся
цилиндр; 5—6 — две составные части
внутреннего цилиндра; 7 — коронка
с винтовой резьбой.
Пробоотборники типа двойной колонковой трубы (рис. Ш-25)
применяют при бурении скважин колонковым способом в слабо-
устойчивых полускальных или глинистых уплотненных породах,
дающих при промывке низкий выход керна. Имеются двойные ко-
лонковые трубы с вращающейся и невращающейся внутренними
трубами, которые предохраняют керн от размывания и разруше-
ния. Промывочная жидкость направляется к забою по зазору
между внутренней и наружной трубами через соответствующие
каналы. У колонковой трубы резцы коронки (см. рис. Ш-25, а)
обуривают забой таким образом, чтобы керн свободно входил
122
во внутреннюю трубу. После того как в нее войдет керн, она пере-
стает вращаться и становится неподвижной его защитой от раз-
рушения. Двойная колонковая труба снабжена рвательной пру-
жиной, так как заклинка керна в ней частицами твердого мате-
риала невозможна. При погружении колонковой трубы в сква-
жину, наполненную промывочной жидкостью, жидкость и воздух
удаляются из внутренней трубы через клапан, расположенный
в верхней ее части.
Обуривающие пробоотборники других типов целесообразно
применять также для отбора монолитов из слабых полускальных,
уплотненных глинистых и песчаных пород. Конструкций таких
пробоотборников известно много. Научно-техническое совещание
по методике и технике отбора монолитов горных пород при инже-
нерно-геологических исследованиях (г. Белгород, 1966 г.) рекомен-
довало при массовых изысканиях пользоваться пробоотборниками
конструкции ВСЕГИНГЕО, НИИ оснований и Томгипротранс как
наиболее простыми и употребительными на практике. Пробоотбор-
ник конструкции Томгипротранс (рис. Ш-26) имеет наружный вра-
щающийся и внутренний невращающийся цилиндры. Внутренний
керноприемный цилиндр состоит из двух частей. В верхней части
он снабжен клапаном, который обеспечивает вакуум при подъеме
пробоотборника.
Пробоотборники, которые погружают в породу путем их за-
давливания или забивания, применяют преимущественно при
отборе монолитов из мягких связных (глинистых), рыхлых не-
связных (песчаных) пород, из торфов и других слабых отложений.
Эти пробоотборники можно залавливать в породы через буровые
трубы нажимным устройством буровых станков и установок
или забивать ударным патроном, опускаемым на тросе на го-
ловку — наковальню пробоотборника. Такие пробоотборники
обычно имеют керноприемную металлическую или парафиниро-
ванную картонную гильзу, часто специальное проволочное или
ножевое устройство для подрезки керна на забое. Некоторые из
таких пробоотборников имеют поршень, с помощью которого
в верхней части их создается вакуум, обеспечивающий подъем
с забоя монолитов пород неустойчивой консистенции, водоносных
и рыхлого сложения. Особенно целесообразно применение таких
пробоотборников для отбора монолитов из слабых водона-
сыщенных пород и отложений — илов, песков плывунов и др.
На рис. Ш-27 показаны пробоотборники конструкции Гидро-
проекта, а на рис. Ш-28 — конструкции Днепрогипротранса
(рис. III-28, а), треста ГРИН (рис. Ш-28, б) и Сибгипротранса
(рис. 28, в).
Пробы горных пород нарушенного сложения отбирают в тару,
обеспечивающую сохранность мелких частиц (мешочки из плотной
ткани, полиэтиленовой пленки, плотной водостойкой бумаги и
др.). Объем таких проб из глинистых и песчаных пород должен
быть в пределах от 600 до 1000 см3 (1—1,5 кг), из гравелистых
123
.tWirpX.COPJ
и дресвяных — от 1000 до 2000 см3 (1,5—3 кг), а из галечниковых
и щебенистых — от 2000 до 3000 см3 (3—4 кг). Каждая проба
пород сопровождается соответствующей этикеткой, регистрируется
в специальном журнале и направляется в лабораторию. Для транс-
портировки пробы упаковывают в прочные ящики, общая масса
которых не должна превышать 30—40 кг. Пробы естественного
сложения и влажности упаковывают во влажные опилки, мелкую
стружку, солому пли другой мягкий материал, предохраняющий
их от разрушения и высыхания. Хранить такие пробы желательно
в помещениях с относительной влажностью воздуха не ниже 70—
80%, при температуре не ниже 1—2° С и не выше 18—20° С.
Срок хранения запарафинированных проб не должен превышать
1—1,5 месяца, считая со дня отбора, за ис-
ключением проб илов, и некоторых разностей
торфов. Их исследования должны произво-
диться в самые сжатые сроки, так как их
свойства быстро и необратимо изменяются.
Отбор, упаковка, хранение и транспорти-
ровка проб горных пород, предназначенных
для определения показателей их свойств,
при строительстве всех видов зданий и соору-
жений регламентируются ГОСТ 12071—72.
Важной задачей при опробовании
ляется определение плана расположения мест
отбора проб и необходимого их числа для
достоверной и надежной характеристики и
оценки свойств горных пород. Каждая проба
горных пород, как уже было отмечено, дол-
жна быть наиболее представительной, т. е.
характеризовать совершенно определенную
разность горных пород, слагающих толщу,
слой, зону или пачку. Н. В. Коломенский [9,
101, а затем и некоторые другие исследовате-
ли [2, 3, 7, 17], а также ГОСТ 20522—75 та-
кие толщи, слои, зоны, подзоны и т. д. реко-
мендуют называть инженерно-геологически-
ми элементами. Однако этот термин не вносит
ясности и определенности в описание, харак-
теристику и оценку геологических условий.
Обозначение одного и того же слоя, зоны,
J
Ц
5
7
8
ЯВ-
Рис. 111-27. Забивной пробоотборник конструкции Гидро-
проекта.
/ — пробоотборник —- керноприемный разъемный стакан;
2 — ударная часть; 3 — переходник иа колонну буровых
труб; 4 — ударннк; 5 — направляющая штанга; 6 — го-
ловка пробоотборника, воспринимающая удар; 7 — корпус
пробоотборника; 8 — керноприемный стакан, состоящий
из двух полугнльз; 9 — режущий башмак, состоящий из
двух половин.
124
подзоны и т. д. вторым названием «инженерно-геологический
элемент» излишне. Геологически это совершенно неоправданно
и поэтому не может быть рекомендовано.
При опробовании горных пород необходимо придерживаться
правила геологической их однородности в стратиграфическом, гене-
тическом и петрографическом отношениях. Это значит, что пробы
Рис. 111-28. Пробоотборники, погружаемые в породу путем их задавливания
или забивания.
а — конструкции Днепрогипротранса; / — головка с шариковым клапаном;
2 — корпус пробоотборника; 3 — кольцо компрессионного прибора; 4—•
режущая заточка, б — конструкции треста ГРИИ:; / — башмак с тормозной
лопастью; 2 — лепесток проволочный для подрезки монолита; 3 — нижний
стакан; 4 — верхний стакан; 5 — бумажная гильза; 6 — головка; 7 — ниппель
для выхода воздуха и воды, в — конструкции Сибгнпротранса; 1 — корпус
пробоотборника — наружная гильза; 2 — внутренняя гильза; 3 — керио-<
приемная тонкостенная гильза; 4 — переходник; 5 — нож секторного затвора;
6 — тормозные лопасти.
надо отбирать: 1) отдельно из каждой толщи или слоя пород,
отличающихся в геологическом разрезе по своим стратиграфи-
ческим, генетическим и петрографическим признакам и строитель-
ным качествам, независимо от их мощности и распространения по
простиранию; особое внимание при этом надо обращать на выде-
ление слабых со строительной точки зрения разностей пород;
2) в петрографически однородных толщах и слоях пород из каж-
дой отдельной зоны и подзоны, различающихся строительными ка-
чествами, т. е. степенью влажности, плотности, выветрелости,
трещиноватости, водопроницаемости и другим показателям;
3) в мощных толщах тонкопереслаивающихся пород (например,
ленточных глинах) из каждой пачки с однотипным чередованием
слсев, одинаковых или близких по составу и состоянию.
125
Из правила геологической однородности следует, что плани-
рование опробования горных пород должно основываться на яс-
ных представлениях о геологическом строении того или иного
участка и производиться после расчленения геологического раз-
реза на однородные толщи, слои, зоны горных пород, из которых
и следует отбирать необходимое число проб для их характеристики
и оценки. Такой подход к опробованию позволяет при обработке
результатов массовых определений свойств горных пород приме-
нять методы математической статистики, так как отдельные (част-
ные) определения по каждой пробе, характеризующие небольшой
объем горных пород в слое, зоне и т. д., т. е. в точке, являются
случайными величинами. Анализ распределения таких величин
характеризует обычно степень изменчивости свойств горных пород
в рассматриваемом слое, зоне и т. д. и позволяет устанавливать
для каждого из них обобщенные и расчетные показатели.
Как показывают наблюдения, изменения свойств горных пород
в слое, зоне и т. д. на ограниченных площадях и интервалах по
глубине имеют в большинстве случаев простой характер и под-
чиняются закону прямой горизонтальной или вертикальной ли-
нии, если рассматривать свойства горных пород по глубине (см.
гл. I). Этот характер изменений свойств горных пород от точки
к точке отличается тем, что средние значения показателей свойств
порол не имеют выраженных тенденций к увеличению или умень-
шению по площади их распространения или с глубиной. При таком
характере изменения свойств горных пород места отбора проб
не должны зависеть от координат пространства. Поэтому отбор
проб следует производить равномерно по площади распространения
изучаемой разности горных пород и через равные интервалы
по глубине. В этом случае определяют минимальное необходимое
число проб для характеристики и оценки свойств горных пород
в слое, зоне и т. д., намечают, в каких разведочных выработках
следует производить опробование и через какие интервалы.
Применяя такой порядок опробования, необходимо быть вполне
уверенным, что при расчленении геологического разреза действи-
тельно выполнено правило геологической однородности пород
и выделенные толщи, слои, зоны, подзоны и пачки имеют простой
стационарный режим изменчивости. Соблюдение этих требований
при инженерно-геологических изысканиях всегда обязывает осо-
бенно тщательно производить документацию горных пород при
выполнении полевых работ, в том числе их физического состояния,
применяя пенетрацию и другие простейшие приемы и методы.
При этом важно располагать материалами предыдущих реког-
носцировочных и предварительных исследований и непрерывно
анализировать данные, получаемые после проходки каждой раз-
ведочной выработки.
В тех случаях, когда для исследуемой петрографически одно-
родной разности горных пород установлен (или предполагается)
сложный или очень сложный характер изменчивости свойств (см.
126
гл. I) по площади ее распространения или по глубине, необходимо
выделять зоны и подзоны, в пределах которых изменение свойств
можно было бы считать практически простым — стационарным.
Следовательно, и в этом случае отбор проб следует производить
равномерно по площади распространения изучаемой разности
горных пород и через равные интервалы по глубине.
При разделении территории или площади распространения гор-
ных пород на квазиоднородные зоны по изменчивости свойств
можно пользоваться, как правильно и рекомендует Г. К. Бон-
дарик, известным в математической статистике критерием
« 2s>
где Rx — R2 — разность средних значений изучаемого показателя
свойства горной породы в пределах квазиоднородной зоны на
расстоянии I; s — среднее квадратическое отклонение (стандарт).
Это условие означает, что различие между двумя выбранными сред-
ними значениями показателя свойства в пределах выделяемой ква-
зиоднородной зоны на расстоянии I несущественно. Если исследуе-
мая площадь имеет в каком-то направлении длину L, то на этой
площади должны быть выделены зоны
Длина каждой зоны в этом случае равна I = Un, где п — число
квазиоднородных зон.
При планировании равномерного опробования горных пород
по площади и глубине для отбора проб целесообразно назначать
те обнажения, скважины и горные выработки, которые тяготеют
непосредственно к участкам расположения проектируемого объек-
та и попадают в зону его активного влияния. В этом случае при
опробовании горных пород будут учтены не только природные
закономерности изменения нх свойств, но и потребность надеж-
ного решения инженерных задач, будет не только выполнено
правило геологической однородности, но и учтены закономерности
изменчивости свойств горных пород в пределах каждого слоя,
зоны, подзоны и т. д.
Таким образом, после расчленения геологического разреза для
определения обнажений, скважин и горных выработок, подле-
жащих опробованию, необходимо устанавливать минимальное не-
обходимое число проб для представительной характеристики и
оценки (выбора обобщенных или расчетных показателей) каждого
выделенного слоя, зоны, подзоны, пачки.
В производственной практике это число проб устанавливается
обычно по нормам, приведенным в инструкциях, технических ука-
заниях и руководствах, в той или иной мере обобщающих имею-
щийся опыт. В этих материалах часто указывается, что число
проб должно составлять примерно 10% от числа отобранных образ-
цов, опробоваться должно 30—50% разведочных выработок,
127
.tWtrpX.COTO
в каждой из них из однородного слоя мощностью до I м отбирают
по одной пробе, а в слоях большей мощности пробы необходимо
отбирать через 1 м. Для характеристики физического состояния
пород (влажности, плотности, консистенции) пробы необходимо
отбирать через 20—50 см и т. д.
Согласно «Строительным нормам и правилам» (СНиП И-15-74)
минимальное число определений для каждого выделенного одно-
родного слоя, зоны, подзоны должно составлять 6. При этом для
вычисления нормативных и расчетных значений С и <р должно
быть не менее шести определений т для каждого значения нормаль-
ного напряжения о. Минимальное число определений для вычисле-
ния нормативного значения модуля общей деформации Ео, уста-
новленного в полевых условиях методом пробных нагрузок, дол-
жно составлять 3. Все такие рекомендации в большинстве случаев
не имеют достаточно строгого научного обоснования.
В настоящее время в качестве основного и научно достаточно
обоснованного метода определения необходимого числа проб
горных пород для соответствующего лабораторного изучения их
состава, строения и физико-механических свойств следует ре-
комендовать приближенно-статистический метод, предложенный
Н. Н. Масловым (1949 г.) и полно разработанный Н. В. Коломен-
ским и И. Н. Ивановой [7, 9, 10]. Основой этого метода является
следующая закономерность.
Средние арифметические значения показателей свойств горных
пород и показателей, характеризующих изменчивость этих свойств
(среднее квадратическое отклонение, коэффициент вариации),
вычисленные по разным выборкам (разному, постепенно увели-
чивающемуся числу проб), приближаются к таким же показателям
генеральной совокупности (бесконечно большого числа проб).
На рис. Ш-29 видно, что разброс средних значений показателей
свойств горных пород при малом числе опытов большой, но по
мере увеличения числа опытов он уменьшается и при 25 опытах
и больше практически не отличается от среднего значения, вы-
численного по очень большому числу опытов (т. е. для гене-
ральной совокупности). Это минимальное число проб, при котором
статистические показатели равны показателям генеральной сово-
купности, и является оптимальным, т. е. представительным для
надежной и достоверной характеристики пород. Н. В. Коломен-
ский и II. Н. Иванова, исследуя закономерности изменчивости
свойств большого числа различных генетических и петрографи-
ческих типов глинистых пород, показали, что эта закономерность
сохраняется практически постоянно. Поэтому для определения не-
обходимого числа проб вполне возможно пользоваться приближен-
но-статистическим методом. Они показали, что это число проб нео-
динаково для различных генетических типов пород и разных пока-
зателей свойств и в какой-то мере зависит от условий образования
пород и последующих их изменений, а также от определяемого
показателя. Это число проб, как правило, не превышает 25.
128
I
Примерно такие же результаты показывают материалы других
исследователей.
Следовательно, на данной стадии изученности рассматриваемого
вопроса число проб, необходимое для получения обобщенных
характеристик свойств горных пород того или иного слоя, зоны,
подзоны и т. д. на сравнительно ограниченной площади их рас-
Рис. III-29. Изменение среднего значения показателей ме-
ханических свойств моренных глинистых отложений в зави-
симости от числа опытов — проб (по А. А. Кагану).
а — сопротивление сдвигу при нагрузке 1 кгс/смг; б — то
же, пр и нагрузке 2 кгс/см2; в — относительная сжимаемость
при нагрузке 2 кгс/см2; г —то же, при нагрузке 4 кгс/см2.
пространения, может быть рекомендовано около 25. Одной из
ближайших задач инженерной геологии в рассматриваемом плане
является дальнейшее накопление материалов и их обобщение
с целью более надежного обоснования сделанного вывода. Однако
в настоящее время на стадии предварительных исследований этим
выводом можно пользоваться. Вообще же не имеет смысла доби-
ваться какой-то особой точности определения числа проб, важно,
чтобы оно было не меньше оптимально необходимого.
Определив таким образом оптимально необходимое число проб,
устанавливают, какие обнажения, скважины и горные выработки
подлежат опробованию, руководствуясь при этом положением о
129
.сото
равномерном освещении по площади и мощности исследуемой
толщи, слоя, зоны горных пород и учитывая распространение
зоны влияния сооружений. В тех случаях, когда уже имеется ма-
териал, позволяющий судить о степени и характере изменчивости
свойств горных пород, для определения необходимого числа проб
можно пользоваться вероятностно-статистическим методом дове-
рительных пределов. Реальные условия для этого обычно создаются
на стадиях детальных и дополнительных инженерных изысканий,
а иногда и предварительных в результате обобщения и анализа
материалов предыдущих исследований, выполненных на изучае-
мой или смежных территориях.
Сущность метода доверительных пределов заключается в сле-
дующем [II, 12]. Среднее арифметическое значение х какого-либо
геологического параметра исследуемых горных пород является
оценкой генерального среднего X. Для того чтобы эту оценку сде-
лать более точной, необходимо установить пределы возможных
значений X или, говоря более строго, найти интервал (х—е,
х 4- е), в пределах которого лежит X при заданной вероятности
Р 1 — а. Значение этой вероятности обычно принимают равным
0,85; 0,95; 0,99 в зависимости от принятого уровня значимости а,
т. е., например, стадии изысканий, ответственности и класса соо- .
ружения и др. Р = 1 — а называют доверительной вероятностью
или надежностью —степ, нью достоверности того, что отклонение
среднего от генерального среднего не превысит е. Интервал (х—£f
х + е) называют доверительным интервалом, а границы х — е и
х + е — доверительными границами пли пределами, где е —•
точность определения генерального среднего (допустимое откло-
нение показателя от его истинного значения).
Доверительные пределы должны устанавливаться с определен-
ной гарантией их надежности. Следовательно, они должны быть
гарантированными пределами, один из которых должен отвечать
возможному минимуму, а другой — возможному максимуму зна-
чений X
х—е<Х<;х-4-е.
При нормальном распределении величины х оценку доверительных
границ производят по распределению /критерия Стыодента.
Это распределение зависит от двух параметров: f = п — 1 и /.
Значение / определяют по таблице [11, 12] для Р = 0,85; 0,90;
0,95; 0,99. Пользуясь этой таблицей, можно для заданных значе-
ний п и Р определить / и затем вычислить значение е по следу-
ющему выражению:
130
откуда необходимое число проб для надежной и достоверной харак-
теристики свойств рассматриваемой горной породы методом дове-
рительных пределов определяется по уравнению
Z2s2
«= —2—
е2
Значения s и е можно заменить относительными величинами —
коэффициентом вариации (изменчивости) v = 4- и показателем
точности А = е/х, выраженными в процентах. Отсюда уравнение
для определения числа проб принимает вид
Z2«?2
п== —т~~.
А2
В этом случае можно говорить, что необходимое число проб
определено с точностью 5, 10, 15% и т. д. Так как показатели фи-
зико-механических свойств в решительном большинстве случаев
имеют нормальное распределение, то для определения оптимально
необходимого числа проб вполне можно пользоваться методом до-
верительных пределов. При этом на стадии предварительных
исследований доверительную вероятность — надежность — обыч-
но принимают равной 0,85—0,90, на стадии детальных исследова-
ний для обоснования технических проектов — 0,95, а при обо-
сновании рабочих чертежей — 0,99.
При использовании метода дов рительных пределов следует
учитывать, что на результаты расчета необходимого числа проб
существенно влияет величина в — точность определения того или
иного показателя свойств горных пород. В табл. Ш-4 приведены
Таблица 1114
ЗНАЧЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТОВ ИЗМЕНЧИВОСТИ V И ПОГРЕШНОСТИ
ОПРЕДЕЛЕНИЯ СРЕДНЕГО ЗНАЧЕНИЯ ПОКАЗАТЕЛЕЙ СВОЙСТВ
ГОРНЫХ ПОРОД (по ГОСТ 20522—75)
Показатели свойств горных пород Коэффициент изменчиво- сти, % Погрешность определения, %
Влажность естественная 15 1,5
Плотность минеральной части породы 1 0,4
Плотность породы 5 1,5
Пределы текучести и пластичности 15 5
Модуль общей деформации по данным полевых и 30 10
лабораторных испытаний Сопротивление сдвигу по данным лабораторных 20 10
испытаний при одном значении уплотняющего напряжения Временное сопротивление сжатию скальной породы 40 15
131
рекомендации (ГОСТ 20522—75) по определению значений коэф-
фициента изменчивости v и точности определения среднего зна-
чения показателей свойств горных пород Д. Число определений
Рнс. 111-30. Номограмма для установления необходимого числа
определений показателей свойств горных пород при различ-
ных значениях коэффициента изменчивости и погрешности
определения среднего значения.
а—по ГОСТ 20522—75; б — по И. С. Комарову.
(проб) для установления показателей свойств горных пород можно
определять также по номограммам (рис. II1-30) для разных зна-
чений доверительной вероятности.
Необходимое число проб можно определить и другим способом,
на основании существующей зависимости между числом определе-
ний (проб) и коэффициентом изменчивости свойств пород. Из ма-
132
hy Xorb_ert
тематической статистики известно, что ошибка определения сред-
него арифметического значения показателя свойств горных пород х
составляет
Эта ошибка, выраженная в процентах по отношению к среднему
арифметическому значению, равна
р____) tn-100
х
Так как S = т а коэффициент изменчивости (вариации)
v = six -100, то необходимое и достаточное число проб для харак-
теристики исследуемой горной породы на сравнительно ограничен-
ной площади ее распространения определяется из следующих
соотношений:
vx -.г— vx п ад>100 v
откуда
с2
П р% *
Следовательно, зная коэффициент изменчивости показателя
свойств горной породы и учитывая относительную ошибку точ-
ности определения среднего арифметического значения показателя,
можно определить необходимое число проб. Такой способ опре-
деления необходимого числа проб допустим для пород, имеющих
незакономерный, стационарный, простой характер изменчивости
свойств.
Кроме перечисленных известны и другие, более сложные спосо-
бы определения необходимого числа проб, разработанные Г. К. Бон-
дариком [2, 31, В. П. Огоноченко 115], М. Т. Ойзерманом,
М. В. Рацем и Б. Г. Слепцовым [17], к работам которых в случае
необходимости могут обратиться читатели. Здесь же только под-
черкнем, что достоверная и надежная характеристика и оценка
физико-механических свойств горных пород, как видно из изло-
женного, должны основываться на строгом соблюдении правила
геологической однородности, представительности материала по
каждой толще, слою, зоне или разности пород и учете степени
и характера изменчивости их свойств.
133
ГЛАВА IV
ПОЛЕВЫЕ ОПЫТНЫЕ РАБОТЫ
ПРИ ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИХ
ИССЛЕДОВАНИЯХ
Назначение и состав полевых опытных работ.-
Для проектирования различных сооружений и инженерных работ,
оценки устойчивости территорий и для прогноза угрожаемое™ раз-
вития геологических процессов и явлений всегда необходимы дан-
ные, характеризующие физические, водные и механические свой-
ства горных пород и параметры водоносных горизонтов. Их сравни-
тельно легко получают при выполнении соответствующих лабора-
торных исследований образцов (проб), отобранных при инженерно-
геологической съемке территорий, и главным образом при выпол-
нении разведочных работ. Однако лабораторные исследования
обычно выполняются на образцах малых размеров, полную сохран-
ность естественного сложения которых никогда нельзя гарантиро-
вать. Поэтому получаемые лабораторные данные, особенно для
обоснования технического и рабочего проектов ответственных со-
оружений, необходимо проверять и уточнять более надежными
полевыми методами. Кроме того, во многих случаях отобрать про-
бы горных пород естественного сложения вообще бывает невоз-
можно. Так, например, современными техническими средствами
не представляется возможным отобрать пробы естественного сло-
жения из мягких связных глинистых пород неустойчивой текучей
консистенции, из несвязных песчано-гравелистых пород рыхлого
сложения, из водоносных песков-плывунов, из трещиноватых
скальных и сильно трещиноватых полускальных пород и некото-
рых других. Все это вызывает необходимость выполнять специаль-
ные полевые исследования горных пород и водоносных горизонтов
в условиях их естественного залегания на опытных участках с по-
мощью крупномасштабных приборов и установок.
Следовательно, полевые опытные работы выполняются с целью
получения более достоверных и надежных данных, характеризу-
ющих физико-механические свойства горных пород и водные свой-
ства водоносных горизонтов. Только на основе таких данных можно
при проектировании сооружений принимать оптимальные и эконо-
мически наиболее выгодные инженерные решения и гарантировать
строительство и устойчивость сооружений от возможных геологи-
ческих неожиданностей.
134
Необходимость в выполнении полевых опытных работ дик-
туется также и тем, что только в результате их выполнения можно
получить многие исходные данные о свойствах горных пород, водо-
носных горизонтов и об условиях производства строительных и
горных работ. Например, надежные данные для расчета свайных
фундаментов, оценки устойчивости сооружений на скальных и от-
части полускальных горных породах, для проектирования рроти-
вофнльтрацнонных завес и многих других видов искусственного
улучшения свойств горных пород. К ним относятся данные о водо-
обильноети водоносных горизонтов, удельном дебите скважин,
удельном водопоглощении горных пород, зависимости прочности
и деформируемости горных пород от их физического состояния,
зависимости водопроницаемости горных пород от степени их тре-
щиноватости и закарстованности и др. Наконец, только с помощью
полевых опытных работ можно выявлять важные закономерности,
определяющие те или иные изменения свойств горных пород или
развитие геологических процессов.
Таким образом, полевые опытные работы являются важнейшим
видом инженерных изысканий. Переоценить их значение при ре-
шении различных инженерных задач невозможно. Они позволяют:
1) получать наиболее надежные и достоверные количественные ха-
рактеристики свойств горных пород и водоносных горизонтов
в условиях естественного сложения и залегания; 2) исследовать
свойства слабых, неустойчивых, водоносных горных пород, изуче-
ние которых другими методами невозможно; 3) выявлять важные
закономерности изменений свойств горных пород и развития геоло-
гических процессов; 4) определять исходные параметры для проек-
тирования организации производства отдельных видов строитель-
ных работ.
В практике инженерно-геологических изысканий полевые
опытные работы наиболее часто выполняют для исследования:
1) направления и скорости движения подземных вод методами
запуска индикаторов, электрометрическим, заряженного тела и др.;
2) водообильности водоносных горизонтов и дебита скважин, ко-
лодцев и других водозаборов методом опытных откачек; 3) водопро-
ницаемости горных пород методом опытных откачек; 4) взаимо-
связи между водозаборами и водоносными горизонтами методом
опытных откачек; 5) водопроницаемости горных пород методом
налива в шурфы и скважины; 6) водопроницаемости, трещинова-
• тости и закарстованности горных пород методом опытных нагне-
таний; 7) сравнительной сжимаемости и деформационных свойств
горных пород методом пробных нагрузок; 8) деформационных
свойств горных пород в скважинах с применением прессиометра;
9) просадочности лёссовых пород методом пробных нагрузок;
10) сопротивления горных пород сдвигу по методу плоского сдвига;
11) сопротивления горных пород сдвигу в скважинах с примене-
нием лопастных приборов; 12) сопротивления горных пород сдвигу
методом выдавливания и раздавливания целиков горных пород;
135
13) плотности и прочности горных пород методом статического
зондирования; 14) плотности и прочности горных пород методом
динамического зондирования; 15) напряженного состояния гор-
ных пород в условиях естественного залегания методом разгрузки;
16) горного давления в подземных выработках; 17) устойчивости
горных пород в опытных котлованах и горных выработках; 18) ско-
рости выветривания горных пород на опытных площадках; 19) па-
раметров, характеризующих условия цементации горных пород,
методом опытной цементации.
Первые четыре вида исследований производятся для характе-
ристики водоносных горизонтов, зон и комплексов, все остальные
для изучения физического состояния и определенных свойств
горных пород. Заметим, что некоторые виды геофизических работ,
по существу, также являются полевыми опытными, широко при-
меняемыми при инженерно-геологических исследованиях. Напри-
мер, определение плотности и влажности горных пород ядерными
методами, исследование деформационных свойств горных пород
сейсмическими и микросейсмическими методами и др. Их описание
приведено выше, в гл. III. При решении тех или иных конкретных
инженерных задач в зависимости от особенностей геологических
условий могут применяться и другие, новые виды полевых опыт-
ных работ, внедрение которых надо всячески поддерживать.
Из сказанного следует, что значение полевых опытных работ
огромно, но из этого совершенно не следует делать вывод о том, что
можно пренебрегать данными лабораторных исследований физико-
механических свойств горных пород и что их значение мало при
решении инженерных задач. Данные лабораторных исследований
также имеют большое значение на всех стадиях инженерных изы-
сканий, на что нами обращалось внимание ранее [18, 19]. При ла-
бораторных исследованиях можно получать массовые определения
свойств горных пород, причем стоимость их несопоставимо мала по
сравнению со стоимостью выполнения полевых опытных работ.
Особенно большое значение лабораторные исследования имеют
для оценки свойств мягких (связных) глинистых пород и рыхлых
(несвязных) песчаных и несравненно меньшее для оценки свойств
твердых (скальных) и полутвердых (полускальных) пород [18].
При рациональной организации инженерных изысканий, особенно
на стадии детальных исследований при обосновании проектов от-
ветственных сооружений, полевыми опытными работами следует
сопровождать массовые лабораторные исследования с целью их
проверки и уточнения.
Положение полевых опытных работ в общем
комплексе геологических работ при инженерных изысканиях.
Полевые опытные работы нельзя выполнять изолированно от дру-
гих видов геологических работ. Их положение наглядно было по-
казано на рис. 1-2, из которого видно, что они являются составной
частью системы инженерных изысканий. Если инженерно-геологи-
ческая съемка, выполняемая преимущественно на начальных ста-
136
днях изысканий, и разведочные работы, выполняемые на последу-
ющих стадиях, позволяют получать представления об инженерно-
геологических условиях территории или строительной площадки
со степенью детальности, соответствующей стадии изысканий, то
полевые опытные работы дают возможность уточнять эти предста-
вления и давать количественную оценку основных элементов инже-
нерно-геологических условий, т. е. свойств горных пород, водонос-
ных горизонтов, геологических процессов и др.
Установленные съемкой и разведкой закономерности неодно-
родности и изменчивости инженерно-геологических условий тер-
риторий подтверждаются и уточняются полевыми опытными ра-
ботами. Таким образом последовательно повышаются достовер-
ность и детальность изучения инженерно-геологических условий
рассматриваемой территории.
На рис. 1-2 видно, что основной объем полевых опытных работ
выполняется на стадии детальных исследований, т. е. при обосно-
вании технических проектов сооружений. Эти работы как бы в пол-
ном объеме сопровождают разведку и позволяют давать наиболее
достоверную и надежную оценку инженерно-геологических усло-
вий строительства сооружений, угрожаемое™ геологических про-
цессов и т. д. Именно на этой стадии полевые опытные работы
должны служить средством для обоснованного выбора расчетных
показателей свойств горных пород, водоносных горизонтов и т. д.
На стадиях рекогносцировочных и предварительных исследований
эти работы выполняются, когда они необходимы для более надеж-
ного технико-экономического обоснования выбора района располо-
жения первоочередного объекта строительства, выбора строитель-
ной площадки, трассы дороги, основных параметров проектируе-
мых сооружений и т. д. В сравнительно значительном объеме они
выполняются также и на стадии дополнительных исследований при
рабочем проектировании. В этот период уточняют расчетные пока-
затели, организацию производства строительных работ и оценку
устойчивости сооружений. Поэтому опытные работы на этой ста-
дии изысканий продолжаются, но уже непосредственно на участ-
ках расположения определенных сооружений, в строительных
котлованах, подземных выработках и т. д.
Рациональное сочетание полевых опытных работ с другими
видами геологических работ обеспечивает комплексность инженер-
ных изысканий и соответственно полное решение поставленных
перед ними задач.
Общие требования к организации и поста-
новке полевых опытных работ. Полевые опытные работы назы-
ваются так только потому, что они выполняются в полевых усло-
виях на опытных участках *. Выбор мест расположения этих участ-
* При региональных исследованиях такие участки иногда называют клю-
чевыми.
137
.tWirpx.coK)
ков обосновывается с помощью других видов геологических работ.
В этом состоит взаимосвязь полевых опытных и других геологиче-
ских работ.
При рациональной организации изысканий полевые опытные
работы в том или ином объеме должны сопровождать другие виды
геологических работ. Инженерно-геологическая съемка, разведоч-
ные и другие геологические работы позволяют выявлять законо-
мерности распределения неоднородности и изменчивости инженер-
но-геологических условий, т. е. разделять рассматриваемую тер-
риторию или строительную площадку на отдельные части разного
рода, геологический разрез на разного рода слои, горизонты и
зоны, а также водоносные горизонты, геологические процессы,
явления и т. д. Для дальнейшего изучения и оценки каждой выде-
ленной элементарной части слоя, горизонта и т. д. выполняются
специальные полевые опытные работы. При определении мест
расположения опытных участков необходимо руководствоваться
дирекционностью изменений свойств горных пород, водоносных
горизонтов и т. д. 118], а также планом (компоновкой) расположе-
ния проектируемых сооружений.
Опытные работы позволяют наиболее полно и точно оценивать
типичные, характерные условия каждой выделенной части рассма-
триваемой территории или строительной площадки, а на стадии
детальных исследований — участка расположения определенных
сооружений. В этом случае необходимо стремиться к тому, чтобы
интерполяция и экстраполяция данных, полученных в результате
проведения опытов, производились на самые малые расстояния
от мест расположения проектируемых сооружений. Полевые опыты
должны проводиться так, чтобы они давали возможность исследо-
вать и оценивать в первую очередь наиболее слабые горизонты и
слои горных пород в зоне влияния проектируемых сооружений,
т. е. те, которые определяют устойчивость всей вышележащей
толщи пород, проектируемого сооружения или участка терри-
тории.
Вид опытных работ определяется теми задачами, которые при-
ходится решать в связи с оценкой устойчивости территории при
проектировании конкретного сооружения или инженерных работ.
Так как горные породы обладают некоторой изменчивостью со-
става, состояния и свойств в пространстве (см. гл. I), нельзя руко-
водствоваться единичными испытаниями (опытами), их следует
повторять в количествах, достаточных для получения достоверной
и надежной характеристики и оценки пород. При изучении от-
дельных процессов и явлений опытные работы, кроме того, надо
повторять в характерные периоды режима их развития.
Таковы основные общие требования к организации и поста-
новке полевых опытных работ. Кратко они сводятся к следующему.
1. Каждый полевой опыт следует проводить для решения опре-
деленной конкретной задачи, связанной с характеристикой и оцен-
кой устойчивости территорий, сооружений, определенных свойств
138
горных пород, водоносных горизонтов, условий производства
строительных и горных работ.
2. Выбор каждого опытного участка или группы их следует
производить так, чтобы получать характеристику и оценку наи-
более характерной, типичной части исследуемой территории или
строительной площадки. На стадии детальных и дополнительных
исследований опытные работы надо выполнять на участках непо-
средственного расположения сооружений с целью изучения опре-
деленного слоя, горизонта или зоны горных пород, водоносного
горизонта и т. д.
3. Необходимо знать в деталях геологический разрез — геоло-
гическое строение каждого опытного участка. Пространственное
положение, глубину залегания и мощность каждого слоя и гори-
зонта, которые намечено исследовать полевыми методами, необхо-
димо устанавливать точно, инструментально.
4. Виды опытных работ и методика их проведения должны
максимально приближаться к условиям развития процессов и яв-
лений (моделировать их) как природных, так и связанных со строи-
тельством сооружений, к условиям работы горных пород под на-
грузкой, режиму и динамике подземных вод и т. д.
5. Полевые опытные работы должны сопровождать другие виды
геологических работ, и в том числе массовые лабораторные иссле-
дования, с целью проверки, уточнения и количественной оценки
свойств горных пород, водоносных горизонтов, для решения дру-
гих конкретных задач и более надежного обоснования расчетных
показателей.
Исследование водоносных горизонтов, зон
и комплексов. Подземные воды, приуроченные к определенным
горизонтам, зонам и комплексам горных пород, являются одним из
важнейших природных элементов, определяющих инженерно-гео-
логические условия территорий, строительных площадок, условия
строительства сооружений и их устойчивость, развитие разнооб-
разных геологических процессов и явлений и т. д. Поэтому при
решении самых различных задач на всех стадиях инженерных изы-
сканий кроме изучения распространения, условий залегания и
других данных о подземных водах (на что уже обращалось внима-
ние выше, в гл. II и III) очень большое внимание приходится уде-
лять количественной характеристике и оценке водоносных гори-
зонтов, зон и комплексов.
Действительно, при разработке котлованов и проходке подзем-
ных выработок очень важно знать, какова водообильность водонос-
ных горизонтов, которые будут вскрыты. Без этого нельзя обосно-
ванно выбрать водоотливные средства необходимой мощности или
осуществить защиту сооружений другими способами от водопри-
токов и затопления. При проектировании осушения территорий
и толщ горных пород необходимо иметь данные о направлении
подземного потока, водопроницаемости горных пород, радиусе
влияния отдельных водозаборов и др. Эти же данные необходимы
139
л^Тгрх.сото
для проектирования противофильтрацпонных завес и осуществле-
ния мероприятий по искусственному улучшению свойств горных
пород. При оценке и прогнозе развития суффозии, явлений кольма-
тации, соляного карста необходимы данные об истинных скоро-
стях движения подземных вод. В общем при инженерных изыска-
ниях почти всегда необходимо уделять большое внимание количе-
ственной характеристике и оценке водообильности водоносных
горизонтов, зон и комплексов, водопроницаемости горных пород,
их уровнепроводности или пьезопроводности и водоотдаче, изуче-
нию направления и скорости движения подземных вод, радиуса
влияния водозаборов или водопонизительных установок, их взаи-
модействия, взаимосвязи водоносных горизонтов и т. д.
Определение всех этих параметров водоносных горизонтов
обычно производят методами опытных откачек из одиночных сква-
жин или на опытных участках, состоящих из центральной опытной
скважины и нескольких наблюдательных. Применяются и некото-
рые другие методы, например для определения скорости движения
подземных вод, методы запуска красителей, электрометрический,
геофизический метод заряженного тела и др.
Описание полевых опытных работ, выполняемых с целью полу-
чения данных для количественной характеристики водоносных
горизонтов приведено в многочисленной специальной литературе
113, 26]. Каждый специалист в области инженерной геологии
обяган знать методы выполнения этих работ и владеть ими.
Исследование водопроницаемости горных по-
род методами налива воды в шурфы и скважины. Одним из широко
применяемых полевых методов исследования водопроницаемости
однородных приповерхностных горизонтов (до глубины 3—5 м)
песчано-гравийно-галечных и глинистых пород зоны аэрации, т. е.
обычно ненасыщенных водой, является испытание их на инфиль-
трацию. Таким испытаниям могут подвергаться также скальные и
полускальные породы в зоне выветривания, а теоретически —
и вне ее.
Инфильтрацией принято называть явление просачивания воды
в горную породу под влиянием ее собственного веса в отличие от
фильтрации, т. е. движения воды в пористых водоносных горных
породах. Сущность методов испытаний горных пород на инфиль-
трацию состоит в следующем. В шурфе на необходимой глубине
устраивают зумпф круглого сечения диаметром 35—50 см, глуби-
ной 15—20 см. В неустойчивых породах стенки зумпфа крепят
металлическим цилиндром высотой 20—25 см. Наливая в зумпф
воду и поддерживая ее уровень постоянным (10—15 см) путем
непрерывной подачи воды, наблюдают за ее расходом на просачи-
вание — инфильтрацию в дно зумпфа. При подаче воды в зумпф
не допускают размыва пород и нарушения их сложения. На
рис. IV-1 показаны графики, характеризующие изменение расхода
Q (л/мин) и общего объема воды V (л), просачивающейся через дно
зумпфа, от начала опыта. На рисунке кривая расхода постепенно
140
выполаскивается и указывает, что расход приобретает как бы по-
стоянное значение. Однако при инфильтрации движение воды
всегда имеет неустановившийся режим, так как скорость его изме-
няется во времени.
Как видно на рис. IV-2, под дном зумпфа образуется зона
увлажнения или, точнее, практического насыщения пород, форма
и размеры которой изменяются в зависимости от свойств пород и
продолжительности их испытаний на инфильтрацию.
О,л/мин
0,015-
0,008 -
0,000 -
Рис. 1V-1. Графики изменения расхода Q и общего объема воды V во времени при испы-
таниях горных пород на инфильтрацию.
Рис. IV-2. Изменение формы и объема зоны увлажнения горных пород во времени при
инфильтрации воды из зумпфа.
а песчаные породы; б — глинистые породы; 1 —граница увлажнения через 11, ч;
2 — то же. через 1ч; lt, 12 •— глубина просачивания воды — путь фильтрации воды
за время и
Согласно закону Дарси
где v — скорость движения воды, равная Q/F, м/сутки; Q — рас-
ход воды, л/мин; F — площадь поперечного сечения зумпфа, м2;
Лф — коэффициент фильтрации, м/сутки; I — гидравлический
градиент.
При практически установившемся (мало изменяющемся) расходе
воды на инфильтрацию и малой высоте слоя воды в зумпфе путь
фильтрации воды I и напор Н почти одинаковы и соответственно
гидравлический градиент равен единице. Поэтому коэффициент
фильтрации Кф будет равен скорости движения воды при инфиль-
трации. Так элементарно просто можно определять основной коли-
чественный показатель водопроницаемости горных пород по методу
А. К- Болдырева. Однако, как показывают многочисленные работы
многих исследователей, процесс инфильтрации воды в ненасыщен-
ные водой горные породы отличается определенной сложностью.
Значительное влияние на этот процесс оказывают растекание
инфильтрационного потока, защемленный воздух, температура
воды, глубина залегания грунтовых вод и водоупоров и др.
141
При инфильтрации воды в толще горных пород кроме гравита-
ционных сил действуют также капиллярные, которые вызывают
расширение зоны увлажнения ниже дна зумпфа. Происходит рас-
текание инфильтрационного потока в стороны и вниз (рис. IV-3).
Наибольшее растекание наблюдается в глинистых породах, в ко-
торых капиллярные явления наиболее развиты; в грубозернистых
породах оно меньше, так как в них капиллярные явления выра-
жены слабо. Вследствие растекания воды площадь горизонталь-
ного сечения инфильтрационного потока ниже дна зумпфа увели-
чивается и соответственно изменяется его скорость. С другой сто-
роны, в однородных породах зона увлажнения постепенно вытя-
।
Рис. IV-3. Схема
растекания воды при
ее инфильтрации из
зумпфа.
гивается вниз, так как в этом направлении дей-
ствие гравитационных и капиллярных сил сум-
мируется. Все это искажает результаты опре-
деления водопроницаемости горных пород.
Значительное влияние на водопроницаемость
оказывает воздух, находящийся в ненасыщен-
ных водой породах. При длительной инфиль-
трации он постепенно вытесняется или раство-
ряется в воде, но не весь. Оставшиеся пузырьки
воздуха в породе уменьшают живое сечение ин-
фильтрационного потока и соответственно его
расход. Известны данные, показывающие, что
если в породе 0,1 порового пространства за-
нята защемленным воздухом, ее водопрони-
цаемость уменьшается почти в 3 раза. Па водопроницаемость
горных пород определенное влияние оказывает вязкость воды, ко-
торая изменяется с изменением ее температуры.
Кроме того, если происходит инфильтрация холодной поверх-
ностной воды в более теплую породу, то из воды выделяется рас-
творимый воздух и общее содержание защемленного воздуха в по-
роде увеличивается, а это снижает ее водопроницаемость. Если
толща горных пород неоднородна и те породы, которые испыты-
ваются на инфильтрацию, подстилаются менее водопроницаемыми,
то инфильтрационный поток, достигнув их, растекается по их
поверхности (рис. IV-4, а). В таких условиях инфильтрация бу-
дет сдерживаться. То же самое будет происходить, если инфиль-
трационный поток на своем пути встретит уровень грунтовых вод
(рис. IV-4, б). Если под дном зумпфа неглубоко залегает слой необ-
водненных, хорошо водопроницаемых пород, то они будут служить
дреной для вышезалегающего слоя пород, и это будет усиливать
расход потока (рис. IV-4, в).
Из приведенного следует, что неоднородность толщ пород мо-
жет существенно влиять на результаты исследований их водопро-
ницаемости методом инфильтрации и соответственно на ее количе-
ственную оценку. Вот почему эти методы применимы только для
исследований однородных пород значительной мощности (4—6 м)
и при условии глубокого залегания уровня грунтовых вод (>5 м).
142
Для учета влияния других факторов на инфильтрацию воды,
в отличие от метода А. К. Болдырева, применяется метод Н. С. Не-
стерова и несколько методов обработки результатов испытания
горных пород на инфильтрацию. Из последних известностью поль-
зуются методы Н. К. Гиринского, Н. Н. Биндемана и Н. Н. Вери-
гина. Подробное описание этих и некоторых других методов прк-
а
б
Рис. IV-4. Схемы инфильтрации воды из зумпфа.
а •— при неглубоком залегании менее водопроницаемых или водоупорных
пород; б — при неглубоком залегании уровня грунтовых вод; в — при
неглубоком залегании более водопроницаемых горных пород.
ведено в ряде работ и учебных руководствах 124, 25, 27 ]. Поэтому
ниже приводится только краткая характеристика применяющихся
методов.
Сущность метода А. К. Болдырева изложена выше. Этот метод
не учитывает влияния капиллярных сил и растекания инфильтра-
ционного потока. Предполагается, что сечение потока равно сече-
Рис. IV-5. Схема движения воды при испытании горных пород зоны
аэрации на инфильтрацию.
а — по методу А. К. Болдырева; б— по методу Н. С. Нестерова.
нию зумпфа, а движение его происходит при градиенте, равном
единице (рис. IV-5, а). Отсюда скорость потока численно равна
коэффициенту фильтрации пород. Исходя из этих предположений
считают; что этот метод применим главным образом для однород-
ных, хорошо водопроницаемых пород — песков крупно- и грубо-
зернистых, гравийно-галечных пород и др.
Метод Н. С. Нестерова основан на предположении о том, что
капиллярные силы в породе действуют только по периферии ин-
143
.twlrpx.coro
фильтрационного потока и линии тока отклоняются от вертикаль-
ного направления — растекаются только в этой части потока.
Поэтому если инфильтрация воды будет происходить одновременно
из двух концентрически расположенных цилиндров (рис. IV-5, б),
то из внутреннего цилиндра поток будет распространяться
только вниз. В этом случае сечение средней части инфильтрацион-
ного потока будет равно сечению внутреннего цилиндра. Градиент
его, как и по методу А. К. Болдырева, будет равен единице, а ско-
рость инфильтрации — коэффициенту фильтрации.
Глубину промачивания пород при опытах
на инфильтрацию следует уточнять путем не-
посредственного определения их влажности
немедленно после окончания опыта. Для
этого производят бурение скважин: одной
в центре зумпфа, другой в 3—5 м от него.
Метод Н. С. Нестерова позволяет оцени-
вать водопроницаемость песчаных, супесчаных
и суглинистых пород с точностью, вполне при-
емлемой для практических целей.
Имеется несколько методов определения во-
допроницаемости пород путем испытаний их
на фильтрацию в скважинах. Известностью
пользуется метод В. М. Насберга. Опытный
налив производят по схеме, показанной на
рис. IV-6. Коэффициент фильтрации рассчиты-
вают по
2r
77777777
>77777777,
л\
W7777777777W7
Рис. IV-6. Схема
опытного налива воды
в скважину по мето-
ду В. М. Насберга.
формуле
Кф= 0,423^ 1g
где Q — установившийся расход воды, м3/сутки; h — высота
столба воды в скважине, м; г — радиус скважины, м.
Этот метод применим при испытаниях однородных пород при
условии глубокого залегания водоупора или уровня грунтовых
вод (>й). Уровень воды в скважине при опыте должен быть по-
стоянным и в зависимости от диаметра скважины находиться на
глубине в пределах 50 < 1г/г < 200 м.
Исследование водопроницаемости, трещино-
ватости и закарстованности горных пород методом опытных на-
гнетаний. Опытные нагнетания воды в скважины являются одним
из достаточно распространенных методов исследований водопро-
ницаемости, степени трещиноватости и закарстованности преиму-
щественно скальных и полускальных горных пород. Этот метод
с успехом может применяться также при исследовании водопрони-
цаемости галечников, щебенистых и глыбово-валунных пород. Если
горные породы неводоносны, опытные нагнетания и наливы яв-
ляются почти единственным методом, позволяющим получить ха-
рактеристику и оценку их водопроницаемости, трещиноватости или
закарстованности в условиях естественного залегания.
144
Сущность метода опытных нагнетаний состоит в следующем.
В скважине с помощью специального тампонирующего устройства
(тампона) изолируют интервал горных пород, в который нагнетают
воду при заданном напоре до установившегося расхода
(рис. IV-7). Естественно, что при таких условиях испытаний
горных пород, чем больше будет расход воды, тем выше их водопро-
ницаемость и соответственно больше трещиноватость илизакарсто-
ванность скальных и полускальных по-
род. Переставляя тампон и изменяя по-
ложение опытного интервала, можно
последовательно испытать нагнетанием
воды весь разрез горных пород, вскры-
тых скважиной. Если, например, по
створу проектируемой плотины разбу-
рить ряд скважин и в каждой из них
выполнить опытные нагнетания, можно
получить характеристику водопрони-
цаемости, трещиноватости или закар-
стованности горных пород по всему гео-
логическому разрезу по створу проек-
тируемого сооружения (рис. IV-8).
Если рассматриваются два или несколь-
ко таких геологических разрезов на
разных участках, можно выявить, на
каком из них породы менее водопрони-
цаемы, трещиноваты или закарстованы.
В общем метод опытных нагнета-
ний позволяет решать ряд очень важ-
ных задач. При инженерно-геологиче-
ских исследованиях этот метод наибо-
Рис. IV-7. Схема опытного на-
гнетания воды в скважину.
/ — манометр; 2 — рабочая ко-
лонна труб; 3 — тампон; I —
длина опытного интервала-
лее часто применяется:
1) для получения характеристики и оценки степени водопрони-
цаемости, трещиноватости или закарстованности скальных и полу-
скальных горных пород на том или ином участке, например при
выборе места расположения проектируемой плотины, туннеля
и др.;
2) при окончательной характеристике и оценке водопроницае-
мости, трещиноватости или закарстованности горных пород на вы-
бранном участке для расположения сооружения, например,
с целью обоснования компоновки сооружений на строительной
площадке, глубины их врезки, необходимости осуществления про-
тивофильтрационных мероприятий и их параметров (длина по
простиранию, глубина врезки и т. д.) и др.;
3) для установления изменения водопроницаемости, трещино-
ватости или закарстованности горных пород с глубиной, глубины
залегания практически водонепроницаемых (водоупорных) пород,
выявления зон и горизонтов с аномально высокой водопроницае-
мостью и т. д. Эти данные необходимы для решения вопросов, свя-
6 В. Д. Ломтадзе
145
.Ш px.com
занных с организацией производства строительных и горных работ,
выяснения причин возможного развития некоторых геологических
процессов и прогноза нх последствий, расчета потерь воды на филь-
трацию и др.;
4) для оценки качества выполненных работ по искусственному
улучшению свойств горных пород, например при устройстве про-
тивофильтрационной цементной завесы.
Мерой водопроницаемости и соответственно степени трещино-
ватости или закарстованности горных пород при опытных нагнета-
Рис. IV-8. Геологический разрез по створу плотины с данными, характери-
зующими водопроницаемость горных пород.
Удельное водопоглощение, л/мин: / — <0,01; 2 — 0,01—0,05; 3 — 0,05—0,1;
4 — 0,1—0,5; 5 — 0,5 — I; 6 — 1—5; 7 — 5 —15; 8 — аллювиальные песчано-
галечные отложения; 9 — делювиальные глинистые отложения: 10 — граниты.
ниях служит удельное водопоглощение, т. е. расход воды на 1 м
длины интервала испытываемых пород в скважине при напоре,
равном 1 м, т. е.
где со — удельное водопоглощение, л/мин; Q — расход воды,
л/мин; I — длина опытного интервала, м; Н — значение действу-
ющего напора при нагнетаниях, м.
Удельное водопоглощение хотя и является сравнительной ха-
рактеристикой горных пород, тем не менее очень важно, так как
позволяет давать количественную оценку их водопроницаемости,
трещиноватости или закарстованности (табл. IV-1) при решении
многих практических задач. Удельное водопоглощение связано
с прямой расчетной характеристикой водопроницаемости горных
пород эмпирической зависимостью
со = 0,503Кф,
где /<ф — коэффициент фильтрации, м/сутки.
146
by №orb ert
Таблица IV-1
ПРИМЕРНОЕ ПОДРАЗДЕЛЕНИЕ ГОРНЫХ ПОРОД ПО СТЕПЕНИ
ВОДОПРОНИЦАЕМОСТИ И ТРЕЩИНОВАТОСТИ
Характеристика горных пород Коэффициент фильтрации, м/сутки Удельное водопогло- щение, л/ мин
Практически водоупорные, нетрещиноватые Очень слабоводопроницаемые и слаботрещиноватые Слабоводопроннцаемые и слаботрещиноватые Водопроп ицаемые, трещиIIоватые Сильноводопроницаемые, сильнотрещиноватые Очень сильноводопроницаемые и сильнотрещино- ватые <0,01 0,01—0,1 0,1—10 10—30 30—100 >100 0,005 0,005—0,05 0,05—5 5-15 15-50 >50
За рубежом опытные нагнетания воды в скважины производят
по методике, разработанной французским специалистом М. Люжо-
ном 122]. Воду нагнетают в интервал скважины длиной 5 м при
напоре 100 м в течение 10 мин. Единицей измерения водопогло-
щения при этом служит люжон, который равен водопоглощению
1 л/мин на 1 м длины интервала скважины при напоре 100 м, вы-
держанном в течение 10 мин. Если при опыте не был достигнут ука-
занный напор, соответствующее ему водопоглощение определяется
прямолинейной экстраполяцией по графику зависимости расхода
от напора.
При выполнении опытных нагнетаний необходимо иметь там-
поны, приборы для замера расходов, напора и уровня воды в сква-
жине, насосы, мерные емкости для воды, журнал для записи наблю-
дений и вычерчивания рабочих графиков. Так как опытные нагне-
тания могут продолжаться многие сутки (в зависимости от глубины
скважины), для обслуживающего персонала должны быть обору-
дованы палатка, вагончик или другое укрытие.
На рис. IV-9, IV-Юи IV-11 изображены схемы тампонов, наи-
более часто применяющихся при опытных нагнетаниях. Принцип
работы этих тампонов основан на сжатии набора колец из мягкой
резины (6—8 штук), перемежающихся с металлическими шайбами.
При сжатии в вертикальном направлении резиновые кольца между
упорными шайбами раздаются в стороны, плотно прилегают к стен-
кам скважины и таким образом изолируют интервал горных пород
в ней от тампона до забоя, если тампон одинарный, и между двумя
тампонами, если тампон двойной.
Кроме тампонов с резиновыми кольцами существуют тампоны
пневматические и гидравлические с резиновыми баллонами, кото-
рые разжимаются в скважине под давлением воздуха или воды
(рис. IV-12). Такие тампоны целесообразно применять в породах
податливых, легко обжимаемых, обладающих сравнительно значи-
тельными остаточными деформациями. Резиновые кольца имеют
6* 147
.Шттрх.сото
довольно ограниченные способности раздаваться в стороны при
обжатии, и поэтому в таких породах трудно добиться длительной
герметичности изолированного опытного интервала тампоном с ре-
Рис. IV-9. Тампон «Вашкур» с резиновыми кольцами.
а — одинарный; б — двойной. / — манометр; 2 — переходник
(крестовина); 3 — вентиль; 4 — водомер; 5 — тройник; 6 — трубы,
подводящие воду от насоса; 7 — крап для выпуска воздуха; 8 —
домкрат; 9 — наружная (нажимная) колонна труб диаметром €3—
57 мм; 10—рабочая колонна труб диаметром 53—47 мм; // —
верхняя упорная шайба; 12 — набор резиновых колец; 13 — ме-
таллические прокладки; 14 нижняя упорная шайба; 15 — патру-
бок с перфорацией, равный длине интервала I.
зи новыми кольцами, тогда как пневматические и гидравлические
тампоны в таких условиях работают надежно. Схема их работы
показана на рис. IV-12.
На рис. IV-13 приведена схема установки комплекта оборудо-
вания для опытных нагнетаний. На этой схеме видно, что замер
148
расхода веды при нагнетаниях производят объемным методом, по
наблюдениям за изменением уровня воды в мерной емкости и водо-
мером, а напор воды измеряют манометрами и по высоте столба воды
I трубы, подводящие воду от насоса;
2 — патрубок с вентилем для сброса во-
ды; 3 — водомер; 4 — манометр; 5 — ра-
бочая колонн, труб; 6 — домкрат; 7 —
набор резиновых колец; 8—металлические
прокладки; 9 — нижняя упорная шайба;
10 •= рессора.
1 — манометр; 2 — трехходовой кран; 3 «
домкрат; 4 — отвод, соединяющийся g на-
порным шлангом от насоса; 5 — наружные
упорные трубы; 6 — внутренние натяж-
ные трубы (штанги); 7 — верхнее упорное
кольцо; 8 резиновые кольца; 9 — ме-
таллические прокладки; 10 —* нижиее
упорное кольцо; 11 — натяжная подвиж-
ная гайка; 12— натяжной винт; 13 — пат-
рубок, удлиняющий внутреннюю колонну
труб для замера уровня воды.
от уровня манометра до середины опытного интервала, если породы
неводоносны, и от уровня манометра до установившегося уровня
воды в скважине до опыта, если породы водоносны (рис. IV-14).
йд=йм + Л,
149
.Шпфх.сот
где йд—- действующий напор при опытных нагнетаниях, м; йм—
напор, равный давлению, измеренному по манометру, м; h— напор,
равный высоте столба воды в скважине, м (рис. IV-14).
Испытание горных пород опытным нагнетанием воды в сква-
жины можно производить разными способами. При инженерных
изысканиях применяют следующие
четыре способа:
1) нагнетание в каждый по-
следующий интервал в процессе
проходки скважины, с перемен-
ным положением тампона и забоя,
«сверху вниз» (рис. IV-15, а);
2) суммарное нагнетание воды
в скважину после окончания ее
бурения с переменным положением
тампона и постоянным положе-
нием забоя (рис. IV-15, б);
3) нагнетание в отдельные ин-
тервалы скважины после оконча-
ния ее бурения с последующей
цементацией опробованных интер-
валов, т. е. при переменном поло-
жении тампона и забоя, «снизу
вверх» (рис. IV-15, в);
4) нагнетание в отдельные ин-
тервалы скважины после оконча-
ния ее бурения с применением
двойного тампона (рис. IV-15, г).
Выбор способа нагнетания
определяется геологическим строе-
нием, степенью неоднородности
пород, слагающих рассматривае-
мый участок, степенью водопро-
ницаемости, трещиноватости или
закарстованности пород и тех-
ническими возможностями, т. е.
наличием определенных типов там-
понов, резервных буровых стан-
ков, позволяющих задерживать
(останавливать) бурение скважин
Рис. IV-12. Принципиальная схема работы
пневматического и гидравлического тампонов.
1— напорный водовод от насоса; 2 — трой-
ник; 3 — манометр; 4 — рабочая колонна
труб; 5 — резиновый шланг для нагнетания
в тампон воздуха или воды; 6—6а — кольца
уплотнительные; 7 — резиновая камера; I —
длина интервала.
150
Распределительное устройство
Рис. IV-13. Комплект оборудования для опытных нагнетаний.
I ^мерная емкость; 2 — рейка для измерения уровня воды в мерной емкости; 5“
всасывающий шланг; 4 — насос; 5 — напорный шланг; 6 — сбросный вентиль; 7 — водо-
мер; 8 — манометр; 9 — перекрывающий вентиль; 10 — головка тампона: 11 — тампон;
I <=- длина интервала: й — напор, равный столбу воды в скважине.
15)
WW .Шттрх.сотп
для производства опытных нагнетаний, и др. Следовательно, вто-
рой, третий и четвертый способы нагнетаний в этом отношении
имеют преимущество, так как позволяют выполнять опыты в сква-
жинах после окончания бурения, что исключает необходимость
останавливать, задерживать бурение скважины и создавать про-
стои буровых станков н буровых бригад. В этих случаях представ-
ляется возможность произвести детальную документацию разреза
и более обоснованно выбрать интервалы пород для испытаний.
Рис. IV-14. Схема измерения действу-
ющего напора при нагнетаниях.
а — измерение действующего напора
при испытаниях необводпенных горных
пород; 6 — то же. обводненных; й —-
давление по манометру; h — давление,
равное столбу воды
Рис. IV-15. Способы опытных нагнетаний^
а — в процессе бурения скважины, с пе*
ременным положением тампона и забоя,
«сверху вниз»; б — суммарное нагнетание,
после бурения скважины, с переменным
положением тампона и постоянным — за-
боя; в — в отдельные интервалы скважины
после ее бурения с последующей цемента-
цией опробованных интервалов (перемен-
ное положение тампона и забоя, «снизу
вверх»); г — в отдельные интервалы сква-
жины, с применением двойного тампона.
1—5 — опытные интервалы; Т — тампон;
I — длина интервала.
Выделение интервалов для
испытаний должно основы-
ваться на полном учете осо-
бенностей геологического раз-
реза пород, вскрываемых скважиной. Каждый интервал пород,
подлежащий испытаниям, должен быть однородным по петрогра-
фическому составу и строению, по степени трещиноватости или
закарстованности и т. д. Испытание двух контактирующих раз-
ностей пород, резко различающихся по водопроницаемости в од-
ном интервале, допускается производить только в том случае,
если необходимо изучить зону контакта этих пород 112].
Так как результаты опытных нагнетаний дают главным обра-
зом сравнительную характеристику водопроницаемости, трещино-
ватости или закарстованности горных пород, длина опытных ин-
тервалов должна быть постоянной. Это дает возможность сравни-
вать результаты испытаний на разных глубинах, в разных скважи-
нах и на разных участках. В Советском Союзе, как и во многих
других странах, стандартная длина интервала принята равной 5 м.
В отдельных случаях, при очень малой водопроницаемости горных
152
пород (со < 0,01 л/мин) или аномально большой и сосредоточенной,
длина интервала может быть изменена.
Испытания горных пород нагнетанием воды на каждом интер-
вале рекомендуется производить не менее чем при трех ступенях
напора. Стандартными ступенями принято считать напоры 15, 10
и 5 м водяного столба. На участках расположения высоконапорных
сооружений (плотины) целесообразно производить дополнительно
испытание горных пород по методу М. Люжона, т. е. при напорах
столба воды 100 м и более. При замерах напоров манометрами при-
нято считать, что давление 1 кгс/см2 соответствует напору водяного
столба высотой 10 м. В условиях сильной трещиноватости и водо-
проницаемости горных пород, когда по техническим причинам нет
возможности проводить испытания при стандартных ступенях на-
пора, допускается, как исключение, выполнять их при меньших
напорах. В таких случаях обычно мощность насосов бывает недо-
статочной, чтобы создать необходимые стандартные напоры при
испытаниях отдельных интервалов, и соответственно совсем не-
применим способ суммарного нагнетания воды в скважину (2-й
способ).
Заметим, что в сильнотрещиноватых породах особое внимание
следует обращать на герметичность изоляции опытных интервалов,
так как часто наблюдается утечка воды в обход тампона. Соответ-
ственно, если при испытаниях применяется двойной тампон (4-й
способ), утечка воды может происходить в обход обоих тампонов.
Все это существенно искажает результаты испытаний.
Продолжительность нагнетания воды при каждой ступени на-
пора определяется необходимостью получить установившийся
расход при заданном постоянном напоре. Расход считается устано-
вившимся, если он не изменяется в течение 2—3 ч. При выполнении
опытов на каждом интервале наблюдения за расходом, напором и
уровнем.воды в скважинах, расположенных вблизи опытной (кото-
рые можно использовать как наблюдательные), производят через
каждые 5—10 мин и записывают в журнал определенной формы
[12]. Нагнетание в каждый опытный интервал обычно начинают
с максимального напора и заканчивают при минимальном.
После окончания испытаний по каждому опытному интервалу
строят графики изменения расхода воды и ее напора во времени
[Q = / (?) и h = / (?) ] и зависимости расхода от напора Q = / (й)
или приведенного расхода Qo = Q/h от напора Qo — f (h). На
рис. IV-16 показаны первые два графика, из которых видно, что
заданный напор на каждой ступени и соответствующие им расходы
устанавливаются по истечении некоторого времени, в течение кото-
рого регулируют подачу воды в скважину и добиваются равновесия
между ее расходом и поглощением пород. Отрезок времени а, при
котором наступает стационарное положение напора и расхода,
является расчетным.
На рис. IV-17 приведены типы графиков, характеризующие за-
висимость установившегося расхода от напора. Данные для этих
153
wvw .tWirpx.com
by ЛогЬ_ет£
графиков снимают с графиков, показанных на рис. IV-16. При не-
большой водопроницаемости горных пород обычно соблюдается
линейная зависимость расхода (или приведенного расхода) от
напора (рис. IV-17, а). Такой характер зависимости указывает на
то, что скорость фильтрации воды в горных породах при нагнета-
нии пропорциональна напору и подчиняется закону Дарси. При
высокой и очень высокой водопроницаемости горных пород кривая
зависимости имеет выпуклость, обращенную от оси напоров
(рис. IV-17, б). Такой характер кривой указывает на то, что увели-
Рис. IV-IG. Графики изменения расхода и напора во времени при испытаниях
юрных пород опытными нагнетаниями воды.
а — расчетный интервал времени стационарного положения напора и расхода.
чение расхода с повышением напора замедляется, наблюдается от-
клонение от закона Дарси, обусловленное большой водопроницае-
мостью пород. В этом случае расход и удельное водопоглощение —
величины переменные, зависящие от действующего напора.
Зависимость Q = f (h), выраженная кривой типа II, может
быть параболической и степенной 112]. Параболическая зависи-
мость выражается уравнением
h0 = = а + bQ0.
Это уравнение прямой показано на рис. IV-18, а. Если точки на
графике располагаются на прямой линии, то рассматриваемая зави-
симость Qo = f (h) — параболическая. Параметры а и b находят
по графику (рис. IV-18) или аналитическими методами [12]. Пара-
метр а равен начальной ординате на графике, а параметр b пред-
ставляет собой тангенс угла наклона прямой, который опреде-
ляется по формуле
h h’o — а
Qo ’
где h'o и Qo — координаты точки, произвольно взятой на прямой
ho — f (Qo).
Степенная зависимость имеет вид [12]
Qo:|/ h •
После логарифмирования эта формула приводится к виду
igQo = 7(ig/t).
представляющему собой уравнение прямой линии (рис. IV-18, б)
В этом случае точки на графике, выражающем зависимость водо
поглощения от напора, распо
лагаются на прямой линии. На
графике 1g h' и lg Qo — коор-
динаты точки, произвольно взя-
той на прямой.
Рис. 1V-18. Вспомогательные графики для
определения удельного водоноглощенмя
горных пород.
а — при параболической зависимости Qo
от /z0; б — при степенной зависимости Qo
от /г0.
Если получена зависимость расхода от напора типа III
(рис. IV-17, в), т. е. кривая зависимости имеет выпуклость, обра-
щенную к оси напоров, опыт считается неудавшимся. Наблюдается
заметное возрастание расхода при повышении напора. Это указы-
вает на то, что скважина была плохо промыта перед опытными на-
гнетаниями, происходит размыв трещин и пустот. Точно так же
опыт считается неудавшимся, если опытные точки на графике рас-
сеяны беспорядочно (рис. IV-17, г). В случаях, когда одна из точек
не попадает на прямую типа I (IV-17, а) или на выпуклую кривую
типа // (рис. IV-17, б), опытное нагнетание при этой ступени напора
должно быть повторено.
154
155
www.twirpx.cei»
Из приведенного анализа графиков, показанных на рис. IV-16
и особенно на рис. IV-17, видно, что они характеризуют не только
степень водопроницаемости горных пород, но и качество выпол-
ненных опытов. Вот почему эти графики являются рабочими, их
строят в процессе выполнения опытов и по ним ведут контроль за
ходом опыта. Документацию опытов производят в журнале спе-
циальной формы 112].
Заключительным этапом испытаний горных пород методом
опытных нагнетаний является обработка полученных результатов.
По каждой из опытных скважин оформляют лист-чертеж, на кото-
ром показывают: геологический разрез по скважине с указанием
мест расположения тампонов и выделенных опытных интервалов;
таблицу с характеристикой технических данных применяемого обо-
рудования (тампонов, насосов, манометров и др.); хронологические
графики изменения расходов от напоров во времени по каждому
интервалу; графики зависимости расходов от напоров; таблицу
результатов испытаний горных пород по каждому интервалу, в ко-
торой записывают все исходные данные и результаты вычислений
удельных водопог лощений для каждой ступени напора и его сред-
него значения по интервалу. Такой сводный материал результатов
испытаний горных пород в целом по скважине позволяет классифи-
цировать их по степени водопроницаемости, трещиноватости или
закарстованности согласно табл. IV-1, устанавливать глубину за-
легания практически водоупорных пород, зоны аномально высокой
водопроницаемости и т. д., т. е. составлять заключение о состоянии
и свойствах горных пород, вскрытых скважиной.
Подводя итоги краткого описания методики опытных нагнета-
ний, обратим особое внимание на следующие положения
1. При подготовке к опытным работам необходимо детально
изучить геологический разрез по каждой опытной скважине и гео-
логически обосновать выделение опытных интервалов и мест уста-
новки тампонов.
2. Очень важным является выбор способа нагнетаний. Из на-
званных выше четырех способов наилучшие результаты дает тре-
тий, позволяющий учитывать геологические особенности разреза по
скважине и получать надежные данные при применении одинар-
ного тампона. Однако при этом способе опытная скважина ликви-
дируется и не может быть использована для повторных нагнетаний
или других опытных работ и режимных наблюдений. Кроме того,
необходимость цементации пород снижает производительность
опытных работ. Хорошие результаты дает первый способ, однако
при этом низка производительность работ и о геологическом раз-
резе по опытной скважине можно судить только по косвенным дан-
ным путем экстраполяции и интерполяции данных соседних сква-
жин. При всех достоинствах названных способов наиболее широ-
кое применение в практике получил четвертый — испытание гор-
ных пород с применением двойного тампона.
156
3. Достоверность результатов опытных нагнетаний в значи-
тельной степени зависит от тщательности подготовки опытной
скважины путем промывки ее до полного осветления промывочной
воды и точности выполнения всех измерений — глубины скважины,
залегания уровня подземных вод, границ намеченных интервалов,
длины опытной гарнитуры.
4. При выполнении опытных работ особое внимание должно
быть обращено на герметизацию каждого опытного интервала
скважины и точность всех замеров: расхода, напора, уровней воды
в опытной скважине и соседних наблюдательных согласно действу-
ющим руководствам и инструкциям [12].
5. Выполнение опытных нагнетаний на каждом интервале
должно производиться не менее чем при трех ступенях напора и
установившихся расходах.
6. Выполнение опытов необходимо непрерывно контролировать
путем построения рабочих графиков зависимости расхода от на-
пора.
Исследование сравнительной сжимаемости,
деформационных свойств и просадочности горных пород методом
пробных статических нагрузок. Это один из достаточно хорошо
апробированных многолетней практикой методов полевых испыта-
ний горных пород. Сущность его состоит в испытании горных пород
в условиях естественного залегания пробной нагрузкой, передавае-
мой на них через штамп, и наблюдениях за их сжимаемостью или
просадочностью. Данные этих наблюдений позволяют оценивать
деформационные свойства горных пород и вычислять показатели,
их характеризующие. Схемы таких испытаний показаны на
рис. IV-19, IV-20 и IV-21, а их результаты в виде графиков зависи-
мости осадки штампа от действующей нагрузки во времени 5 —
— f (?) и осадки штампа от действующих нагрузок S = f (Р) —
на рис. IV-22 и 1V-23.
Испытания пробными статическими нагрузками производят
при исследовании любых горных пород — скальных, полускаль-
ных и особенно часто разнообразных песчаных и глинистых, как
наиболее сжимаемых и податливых при воздействии на них на-
грузки от сооружений. Имеется очень много примеров испытаний
скальных и полускальных горных пород этим методом. В Совет-
ском Союзе за последние 30—40 лет таких испытаний произведено
более тысячи. Они выполнялись при исследованиях известняков
(Чиркейская, Токтогульская и Ингурская ГЭС), песчаников и
алевролитов (Нурекская ГЭС), песчаников и диабазов (Усть-Илим-
ская ГЭС), диабазов (Братская ГЭС), гранитов (Красноярская и
Днепровская ГЭС) и других пород. Примеров испытаний разнооб-
разных песчаных и глинистых пород перечислить невозможно, их
выполнено многие тысячи. Все это показывает, что пробные на-
грузки — один из распространенных полевых методов исследова-
ний горных пород.
157
«гоэ’хсЬпмт
Рис. IV-19. Схемы устапогок для испытания горных пород в шурфах
и котлованах пробными статическими нагрузками.
а — платформа для нагружения штампа грузами (конструкция ВИОС);
б — гидравлическая установка для нагружения штампа с упорами
в стенки шурфа (конструкция НИИОСП); в — гидравлическая установка
для нагружения штампа с упором в ферму закрепленную анкерными
сваями (конструкция Института Госстроя БССР).
1 — штамп; 2 — стойки для передачи нагрузки на штамп: 3 — цен-
трирующее устройство; 4 — платформа для груза; 5 — гидравличе-
ский домкрат; 6 — индикатор часового типа для измерения осадки
штампа; 7 — прогибомер для измерения осадки штампа; 8 — распор;
9 — анкерные сваи; 10 — ферма.
Рис. IV-20. Схема установки для испытания горных
пород в скважине пробными статическими нагрузками*
/ — штамп; 2 — колонна труб для передачи нагрузки,
па штамп; 3 — колонна обсадных труб; 4 — прогибо-
мер для измерения осадки штампа; 5 — платформа
для груза; 6 — противовес.
159
•W'W'vOwTrpx.coTO
Главными задачами опытных работ являются: 1) исследование
сравнительной сжимаемости горных пород на разных участках или
глубинах; эти данные представляют интерес при инженерно-геоло-
гической оценке территорий, выборе строительных площадок, обо-
сновании компоновки сооружений на выбранной площадке или
глубины заложения фундаментов; 2) определение показателей де-
формационных свойств горных пород (модуль общей деформации)
для обоснования проектов фундаментов сооружений и обеспечения
их устойчивости; 3) оценка просадочност и лёссовых пород при за-
мачивании или мерзлых пород при оттаивании.
Из этого перечня основных задач, решаемых методом пробных
статических нагрузок, видно, что такие же задачи можно решать
с помощью, например, компрессионных испытаний песчаных и
глинистых пород в лабораторных условиях. Однако в лаборатор-
ных условиях испытываются образцы малых размеров (площадью
49—60 см2, высотой 15—20 мм), тогда как при полевых опытах
испытания горных пород производят штампами больших размеров
(площадью 600—5000 см2) в условиях естественного залегания —
в массиве, толще, слое и т. д. Это крупногабаритные опыты,
позволяющие получать несравненно более достоверные и надеж-
ные данные по сравнению с лабораторными. Поэтому результа-
тами полевых опытов следует дополнять данные массовых лабора-
торных испытаний песчаных и глинистых пород и их контролиро-
вать, особенно при проектировании ответственных сооружений.
Рациональное сочетание лабораторных и полевых исследований
деформационных свойств песчаных и глинистых пород обычно поз-
воляет получать наиболее представительные, надежные и досто-
верные данные для их характеристики и оценки. Это еще раз ука-
зывает на то, что не следует противопоставлять полевые опытные
работы лабораторным, хотя необходимо четко представлять, что
при инженерных изысканиях, особенно при обосновании техниче-
ских и рабочих проектов сооружений, их значение трудно переоце-
нить.
При проектировании сооружений на скальных и полускальных
горных породах пробные статические нагрузки являются, по суще-
ству, единственным методом исследований нх деформационных
свойств.
Для выполнения пробных нагрузок необходимо иметь следую-
щее оборудование: штамп, установку для нагружения штампа,
приборы для измерения осадки штампа, оборудование для отбора
проб горных пород до производства пробной нагрузки и после, жур-
налы для записи наблюдений и вычерчивания рабочих графиков.
Опытные нагрузки обычно продолжаются от 5—8 до 15—20 суток,
а иногда и более, поэтому для обслуживающего персонала должна
быть оборудована палатка или вагончик с полевой лабораторией.
Штамп для испытания горных пород пробной нагрузкой обычно
представляет собой металлическую, бетонную или железобетон-
ную плиту квадратной или круглой формы. Толщина металличе-
160
ского штампа обычно 40—50 мм, бетонного и железобетонного —
100—200 мм. Раньше стандартными считались штампы следующих
размеров: при производстве испытаний в горных выработках —
площадью 5000 см2 (квадратного сечения 70,7x70,7 см, круглые
диаметром 78,9 см), в скважинах — площадью 600 см2 (диаметром
27,7 см).
В настоящее время ГОСТ 12374—66 рекомендует применять
в горных выработках при испытаниях песчаных и глинистых пород
плотного сложения жесткие круглые штампы площадью 2500 см2
(диаметром 56,2 см), в породах средней и малой плотности — пло-
щадью 5000 см2, а в скважинах, как и раньше, во всех случаях —
площадью 600 см2. ГОСТ допускает применение штампов площадью
1000 см2 при условии создания жесткой кольцевой пригрузки гор-
ных пород на площади до 5000 см2. Пригрузка должна равняться
природному давлению на горные породы на глубине заложения
штампа. При испытаниях сильно- и неравномерносжпмаемых гор-
ных пород неоднородного строения (с прослойками, линзами и т. д.)
целесообразно применять штампы больших размеров — 5000 см2
и 10 000 см2 (диаметром 112,6 см). При испытаниях скальных и по-
лускальных горных породобычно изготовляют бетонные или желе-
зобетонные монолиты кубической формы размером 100Х100Х
X 100 см.
Каждый штамп должен иметь точно обозначенный центр в виде
выступа — штыря или гнезда для центрированной установки
стойки, передающей нагрузку на штамп. Для удобства подъема и
установки штампа в шурфе или котловане краном или лебедкой
в нем должны быть сделаны специальные петли.
В США при испытаниях песчаных пород обычно пользуются
штампами площадью 900 см2, а глинистых — 3600 см2. Примерно
такими же штампами пользуются и во многих странах Западной
Европы. На рис. IV-24 приведены результаты хорошо известных
опытов ипж. Пресса по исследованию зависимости осадки опытных
штампов от их размеров. Как видно из графиков, нормальное про-
порциональное увеличение осадки с увеличением размера штампов
наблюдается только тогда, когда их сечение не менее 25—30 см,
т. е. площадь 600 см2. У штампов меньших размеров проявляется
эффект их вдавливания, причем тем сильнее, чем меньше их размер.
Следовательно, при исследованиях сжимаемости песчаных и гли-
нистых пород нельзя применять штампы площадью менее 600 см2.
Известно много конструкций установок для нагружения штам-
пов при выполнении полевых опытов. Наиболее распространены
установки НИИ оснований и подземных сооружений, ГПИ Фунда-
ментпроект, УралТИСИЗ, УкрГИИНТИЗ, Института строитель-
ства и архитектуры Госстроя БССР и др.
Как видно на рис. IV-19, нагрузки на штамп при выполнении
опытов можно создавать грузами, укладываемыми на специальные
платформы, или гидравлическими домкратами. Основными частями
установок, обеспечивающих выполнение пробных нагрузок, яв-
161
.tWlfpX.COTO
ляются: стойка, передающая нагрузку непосредственно на штамп;
центрирующее устройство, обеспечивающее действие нагрузки по
вертикали; платформа для размещения груза или гидравлические
домкраты; устройства для производства наблюдений за осадкой
штампа. Назначение всех перечисленных деталей пояснений не
требует.
Относительно устройств для измерения осадки штампов при
пробных нагрузках следует заметить следующее. В настоящее
Сторона квадрата
О 100 500 1000 2000 5000см2
Площадь F
Рис. IV-24. Графики зависимости осадки штампов
от их размеров при действии на них нагрузки.
а — пески; б — суглинки.
время основными прибо-
рами для этой цели слу-
жат индикаторы часового
типа и прогибомеры. Ин-
дикаторы часового типа
хорошо известны, так как
широко используются и
в лабораторной практике
для измерений деформа-
ций горных пород; описа-
ние их устройства приве-
дено в «Руководстве по
лабораторным исследова-
ниям физико-механиче-
ских свойств горных по-
род» [191. Такими инди-
каторами можно произво-
дить измерения с точ-
ностью до 0,01—0,005 мм,
т. е. достаточной при ис-
следованиях деформаци-
онных свойств не только
песчаных и глинистых по-
род, но также скальных и
полускальных.
Прогибомеры—это при-
боры для измерения про-
гибов — перемещения от-
дельных точек конструк-
ции относительно некоторой неподвижной поверхности под дейст-
вием нагрузки. Схема работы прогибомера показана на рис. IV-25.
При осадке штампа струна (стальная проволока), перекинутая
через барабан, поворачивает редуктор (зубчатые колеса) и стрелка
указывает значение, на которое произошло перемещение штампа.
Цена деления на циферблате прогибомера равна 0,1 мм, а отсчет
можно производить с погрешностью до 0,05 или даже 0,02 мм.
Такая точность вполне достаточна для измерения деформации
при выполнении пробных нагрузок.
Порядок проведения пробных нагрузок сводится к следующему.
При выборе места расположения опытного участка на начальных
162
обосновании техниче-
Рис. IV-25. Схема работы
прогибомера для измерения
осадки штампа при пробных
статических нагрузках.
1 — циферблат; 2 — зубча-
тые колеса — редуктор;
3 — барабан; 4 — струна
(стальная проволока); 5 —
противовес; 6 — штамп.
стадиях инженерных изысканий следует стремиться исследовать
сжимаемость или просадочность всех типичных разностей горных
пород, слагающих территорию или строительную площадку, могу-
щих служить непосредственным основанием для фундаментов про-
ектируемых сооружений. Особое внимание при этом уделяют ис-
следованию пород слабых, сильно и неравномерно сжимаемых.
На стадиях детальных исследований, при
ского и рабочего проектов конкретных со-
оружений, участки исследований сжимае-
мости горных пород надо располагать
в пределах зоны их влияния. Только
в этом случае можно получить реальные
данные для расчета оснований сооружений
по деформациям и, следовательно, выпол-
нить основное требование «Строительных
норм и правил» [43].
Так как пробными нагрузками необхо-
димо исследовать сжимаемость и просадоч-
ность определенных разностей горных по-
род, слагающих толщи, слои, зоны и т. д.,
то прежде всего необходимо иметь полные
и точные сведения о геологическом разрезе
опытного участка. Если в непосредствен-
ной близости от него (до 3—8 гл) нет раз-
ведочной выработки (скважины, шурфа),
то необходимо ее пройти с целью про-
верки имеющихся данных о последователь-
ности напластования отложений и точно-
сти положения границ в геологическом раз-
резе.
На опытный участок доставляется все
необходимое оборудование, и в том числе
грузы, если применяется установка с за-
грузочной платформой. В качестве грузов могут быть использованы
бетонные блоки, строительный кирпич, металлические отливки
(чушки) или другой подручный материал. Одновременно с подготов-
кой оборудования к опыту производят проходку опытного шурфа,
котлована или бурение скважины. Сечение шурфа или котлована по
дну целесообразно иметь не менее 1,5 х 1,5 м или 2,0 х 2,0 м в зави-
симости от применяемого размера штампа. Глубина шурфа обычно
определяется глубиной заложения фундаментов сооружений.
Если в пределах активной зоны основания фундаментов залегает
один мощный однородный слой пород, то их испытание выполняют
только на глубине заложения фундаментов. Если в активной зоне
залегает несколько слоев или зон пород с различными свойствами,
испытаниям должны подвергаться все несущие слои. Стенки опыт-
ного шурфа или котлована желательно крепить тем или иным спо-
собом во избежание их обрушения. а
163
www .twirpx.coTO
Испытания горных пород в скважинах производят при их зале-
гании на глубине более 5—6 м или ниже уровня грунтовых вод.
Обычный диаметр буровых скважин 325 мм (12"), а в качестве
стойки для передачи нагрузки на штамп используют колонну труб
диаметром 168 мм (6") или 219 мм (8").
В подземных выработках (штольнях, штреках, кессонах) ис-
пытаниям подвергаются те разности горных пород, которые пред-
ставляют непосредственный интерес в связи с оценкой устойчиво-
сти проектируемых сооружений. Проходку подземных выработок
обычно осуществляют по плану выполнения разведочных работ.
Поэтому для опытов используют уже готовые штольни, штреки и др.
Опытные шурфы, котлованы и скважины в песчаных и глини-
стых породах вначале проходят не на полную глубину, а оставляют
на забое целик мощностью 20—30 см, из которого отбирают моно-
литы для выполнения полного комплекса лабораторных исследо-
ваний физико-механических свойств пород, с обязательным испы-
танием их на компрессию. После отбора монолитов шурф или кот-
лован углубляют до проектной отметки и дно их тщательно плани-
руют по уровню. В скважинах забой также выравнивают буровой
ложкой или специальным ножом для зачистки. Если в породах
планировка дна шурфа, котлована или забоя скважины затрудни-
тельна, производят подсыпку слоя мелкозернистого или средне-
зернистого однородного песка толщиной не более 3—5 см.
При подготовке опытной выработки для испытаний горных по-
род необходимо уделять большое внимание сохранению их естест-
венного сложения, плотности и влажности. С этой целью предусма-
тривают все необходимые меры для защиты опытной выработки от
искусственного увлажнения или затопления, высыхания и промо-
раживания пород или механического разрушения.
На тщательно выровненную площадку дна опытной выработки
устанавливают штамп и производят монтаж опытной установки.
Штамп необходимо устанавливать в центре опытной выработки
плашмя осторожно, полной плоскостью, не допуская перекосов,
вмятин и других нарушений сложения пород. После установки
штампа проверяют его горизонтальность по уровню. Монтаж уста-
новки производят аккуратно, без резких динамических воздейст-
вий на породы, таким образом, чтобы нагрузка приходилась точно
по центру штампа и строго вертикально (по отвесу). Поэтому при
монтаже установки обращают особое внимание на монтаж и дей-
ствие центрирующих устройств. По окончании монтажа установки
на неподвижных брусьях крепят прогибомеры или индикаторы
часового типа, стрелки которых ставят на нулевое деление.
При производстве опытов в буровых скважинах колонну труб
со штампом опускают строго по вертикали через направляющую
муфту на оголовке обсадных труб. Штамп устанавливают ниже
башмака обсадных труб не более чем на 2—5 см. Вся установка
для испытания горных пород в скважинах должна быть уранове-
шепа противовесом.
164
Пробные нагрузки производят ступенями, причем каждая по-
следующая ступень нагрузки прикладывается только после стаби-
лизации осадки штампа от предыдущей. Стабилизация осадки
штампа считается достигнутой, если ее приращение не превышает
0,1 мм в течение 1 ч на крупнообломочных и песчаных породах
и 2 ч — на любых других породах. Каждая ступень нагрузки на
податливые рыхлые несвязные породы, имеющие недостаточную
плотность, глинистые с неустойчивой консистенцией должна рав-
няться 0,25 кгс/см2, на все остальные — не менее 0,5 кгс/см2. Пер-
вая ступень нагрузки должна включать вес штампа и установки,
а в буровых скважинах — ту часть нагрузки, которая не уравно-
вешена противовесом.
ГОСТ 12374—66 рекомендует выполнять испытания с предва-
рительным уплотнением пород нагрузкой, равной природной на
отметке подошвы штампа, но не меньшей, чем 0,5 кгс/см2. Это
правило целесообразно выполнять при испытании пород на глу-
бинах более 4—5 м; при обычных глубинах заложения фундамен-
тов, равных не более 2,0—2,5 м, особенно в песчаных и глинистых
породах, нет смысла производить предварительное уплотнение
пород, тем более что оценка деформационных свойств пород произ-
водится по прямолинейному участку кривой, выражающей зави-
симость осадки штампа от нагрузки (см. рис. IV-23).
Общее число ступеней нагрузки зависит от податливости (сжи-
маемости) пород и предполагаемой нагрузки от сооружения. Ко-
нечная ступень нагрузки должна превышать проектируемую от
сооружения на 1—2 кгс/см2. По ГОСТ общее число ступеней
должно быть не менее пяти. При исследованиях песчаных и гли-
нистых пород необходимо стремиться получить полную кривую
развития осадки штампа с целью выявления основных фаз деформа-
ции пород (см. рис. IV-23). В этих случаях конечная ступень на-
грузки должна превышать критическую нагрузку, при которой
кривая зависимости осадки от нагрузки приобретает криволиней-
ный характер, т. е. осадка начинает развиваться быстрее, чем уве-
личение прикладываемой нагрузки.
При выполнении пробных нагрузок с помощью гидравлических
домкратов необходимо следить за постоянством заданного давле-
ния по показаниям манометров. При осадке штампа в цилиндрах
домкратов неизбежно снижение давления, поэтому для его под-
держания необходимо производить подкачку домкратов, но лучше
применять автоматическое устройство для этого. Падение давле-
ния в домкратах может происходить также вследствие утечки
масла при истирании манжетов в цилиндрах, нарушения сальни-
кового уплотнения вентилей и других соединений. Удельное давле-
ние, создаваемое гидравлическими домкратами, вычисляется по
формуле
„ __ РмГц
Pl Г >
* шт
165
www.twirpx.ceTO
где pt — удельное давление штампа на горные породы, кгс/см2;
рм — показания манометра, кгс/см2; Fa — площадь поршня в ци-
линдрах домкрата, см2; F,,,T — площадь штампа, см2.
При каждой ступени пробной нагрузки наблюдения за осадкой
штампа производят: при испытаниях крупнообломочных и песча-
ных пород через каждые 10 мин, глинистых — через 15 мин в те-
чение первого часа и соответственно через 20 и 30 мин в течение вто-
рого часа. В дальнейшем во всех случаях наблюдения производят
через каждый час до стабилизации осадки штампа.
После стабилизации осадки штампа от последней ступени на-
грузки производят его разгрузку также ступенями и ведут наблю-
дения за упругой отдачей, т. е. обратимыми деформациями горных
пород после снятия каждой ступени нагрузки. Производят демон-
таж установки, а затем отбор монолитов пород из-под штампа для
исследования их свойств после пробной нагрузки.
Все наблюдения при производстве пробных нагрузок заносят
в журнал специальной формы, в котором отмечают также все на-
блюдения за состоянием горных пород вокруг штампа — появле-
нием трещин, валиков выпирания и др. Журнал документации
опытов сопровождают геологическим разрезом опытного участка
и схемой, изображающей опытную установку и расположение опыт-
ного штампа.
Таков порядок производства пробных нагрузок с целью иссле-
дования сжимаемости и деформационных свойств горных пород.
Результаты этих исследований изображают в виде графиков зави-
симостей S = / (/) (см. рис. IV-22) и S = f (р) (см. рис. IV-23),
а модуль общей деформации горных пород вычисляют по формуле
£о= (1 - р2)^-^-,
где Ео — модуль общей деформации горных пород, кгс/см2; ц —
коэффициент поперечной деформации горных пород по данным
испытаний образцов в лабораторных условиях или принимаемый
равным 0,15 для скальных пород, 0,25 — для полускальных,
0,27 — для крупнообломочпых, 0,30 — для песков и супесей,
0,35 — для суглинков и 0,42 — для глии; W — безразмерный
коэффициент, зависящий от формы и размера штампа, принимае-
мый равным 0,8; d — диаметр штампа, см; Др — приращение
удельной нагрузки на штамп для прямолинейного участка графика
зависимости S = f (р); AS — приращение осадки штампа, соответ-
ствующее интервалу приращения нагрузки Др, см.
Исследования многих специалистов показали, что модуль общей
деформации разнообразных песчано-глинистых пород по резуль-
татам пробных статических нагрузок обычно больше модуля об-
щей деформации, вычисленного по данным компрессионных испы-
таний. Поправочный коэффициент, именуемый в литературе часто
166
коэффициентом И. А. Агишева, обычно больше единицы и для мно-
гих разностей глинистых пород равен двум. Примерные значения
модуля общей деформации для различных групп и типов горных
пород приведены в курсе «Инженерной петрологии» [18].
Для изучения просадочности лёссовых пород при замачивании
и мерзлых пород при оттаивании порядок производства пробных
нагрузок следующий. Подготовка опытов и начало их проведения
такие же, как и при обычных испытаниях горных пород, описание
которых приведено выше. После уплотнения лёссовых пород в ус-
ловиях естественного сложения и влажности первыми ступенями
нагрузки (до 2—3 кгс/см2) их искусственно замачивают и наблю-
дают за развитием просадки, т. е. значительной, часто катастрофи-
чески быстрой и неравномерной осадкой штампа. С этой целью
после стабилизации осадки штампа от одной из ступеней нагрузки
(равной ~2—3 кгс/см2) шурф или котлован заливают водой, уро-
вень которой в процессе замачивания пород и проведения опыта
поддерживают постоянным. Для предупреждения размыва пород
вокруг штампа их предварительно покрывают слоем песка толщи-
ной 3—5 см.
Просадка в различных лёссовых породах развивается с разной
скоростью, но обычно непрерывно, плавно или скачками по мере их
промачивания. Поэтому в первые несколько часов наблюдения за
развитием просадки производят через каждые 20 мин, а затем, по
мере затухания просадки, — через каждый час до стабилизации
деформации лёссовых пород, т. е. до того момента, когда деформа-
ция не будет превышать 0,1 мм за 2 ч.
При исследованиях просадочности мерзлых пород при оттаива-
нии после стабилизации осадки штампа от одной из ступеней на-
грузки (равной —2—3 кгс/см2) производят искусственное протаи-
вание пород. Для этого в 0,4—0,5 м от штампа уже при подготовке
опыта разбуривают 5—8 скважин, в которых устанавливают ко-
лонки — змеевики для циркуляции по ним горячей воды или пара
или электронагреватели. Искусственный прогрев горных пород
производят непрерывно и равномерно в течение всего опыта до ста-
билизации осадки штампа. Измерения осадки штампа производят
в том же порядке, что и при исследованиях просадочности лёссовых
пород.
После стабилизации деформации горных пород вследствие раз-
вития просадочных явлений продолжают пробную нагрузку штам-
па двумя-тремя ступенями нагрузки, как и при обычном опыте.
По завершении осадки штампа от последней ступени нагрузки его
разгружают также ступенями и наблюдают за обратимыми дефор-
мациями горных пород, демонтируют установку и производят от-
бор проб из-под штампа для исследования физико-механических
свойств горных пород после опыта. Все наблюдения при выполне-
нии опытов записывают в специальный журнал, а окончательные
результаты изображают в виде графиков, показанных на
рис. 1V-26.
167
Показателем просадочности пород является отношение про-
садки опытного штампа от замачивания Snp к осадке только от
нагрузки Soc, т. е.
Рис. IV-2G. График развития деформаций
(просадки) лессовых пород при увлажнении.
Этот показатель для лёссовых пород различных районов изме-
няется от 2 до 18, для явно просадочных лёссовых пород он обычно
больше 5.
Опытных данных о просадочности мерзлых пород при искус-
ственном оттаивании пока накоплено мало. При оценке их проса-
дочности пользуются тем же
показателем М, что и для
лёссовых пород, только ве-
личина просадки опытного
штампа в этом случае свя-
зана с протаиванием мерзлых
пород. Описание свойств лёс-
совых и мерзлых пород и
природы их просадочности
приведено в соответствующих
разделах курса «Инженер-
ной геологии» [18, 20].
Испытания лёссовых и
мерзлых горных пород проб-
ными статическими нагруз-
ками позволяют, кроме оцен-
ки степени их просадочности
определять: 1) модуль общей
деформации при естественном
состоянии и влажности, используемый для расчета осадок фун-
даментов; 2) модуль общей деформации пород после их замачивания
или оттаивания, используемый для расчета просадки фундамен-
тов; 3) коэффициент изменчивости деформационных свойств пород,
представляющий собой отношение модулей общей деформации по-
роды естественного сложения и влажности и в водонасыщенном или
талом состояниях, используемый при расчете конструкций зданий
и сооружений на неравномерные просадки; 4) начальное мини-
мальное давление, при кагором проявляется просадка лёссовой
породы при замачивании и мерзлой породы при оттаивании [30 I.
Исследование деформационных свойств гор-
ных пород в скважинах с применением прессиометров. Это один
из современных и уже довольно широко применяемых методов
изучения деформационных свойств горных пород. Сущность его
та же, что и метода испытания горных пород пробными статиче-
скими нагрузками. Она состоит в исследовании изменений дефор-
мации горных пород, слагающих стенки скважин, при воздействии
на них возрастающих ступеней нагрузки.
168
Эти исследования производят с помощью специального прибора
бокового давления — прессиометра, представляющего собой ци-
линдр (камеру) с эластичными стенками (рис. IV-27). Его устанав-
ливают на той или иной глубине в скважине и под воздействием
давления жидкости (гидравлический прессиометр) или газа (пнев-
матический прессиометр), нагнетаемых в камеру, производят
уплотнение горных пород в стенках скважины и одновременно
определяют значения действующего давления и деформации гор-
ных пород. По данным измерений вычисляют значение модуля об-
щей деформации по формуле
^=(i+h)^4F’
где р — коэффициент поперечной деформации горных пород.
Среднее значение р крупнообломочных пород равно 0,27, песков и
супесей — 0,30, суглинков — 0,35, глин — 0,42; г0 — начальный
радиус скважины, соответствующий значениям ра и Агн на гра-
фике зависимости Аг = / (р), см (рис. IV-28); Ар — приращение
давления на стенки скважины в пределах прямолинейного участка
графика зависимости Ar = f (р), кгс/см2; Аг — приращение ра-
диуса скважины вследствие деформации гор-
ных пород под действием нагрузки Ар, см.
Так как в гидравлических прессиометрах
о приращении их радиуса и соответственно ра-
диуса скважины судят по изменению объема
рабочей камеры прессиометра, модуль общей
деформации можно вычислять также по фор-
муле [28, 30]
£0 = (1+р)А-^,
где AV — приращение объема рабочей камеры
прессиометра вследствие деформации горных
пород под действием нагрузки Ар, см* 3; А —
коэффициент, постоянный для данного прес-
сиометра, см3.
Многочисленные to поставления результатов
прессиометрических испытаний песчаных и гли-
нистых породе результатами их испытаний проб-
ными статическими нагрузками показали, что
Рис. 1V-27, Принципиальная схема работы прибора бокового
давления — прессиометра.
/ — рабочая камера прессиометра; 2 — пригрузочиые камеры;
3— шланги напорные для подачи воды или газа в рабочую и
пригрузочиые камеры; 4 — стенка скважины; I — длина рабо-
чей камеры; г и J =- радиус и диаметр скважины.
169
значение модуля общей деформации, определяемое по первому
методу, всегда меньше, чем по второму. Поэтому ГОСТ 20276—74
рекомендует учитывать корректирующий коэффициент и вычислять
модуль общей деформации по формуле
Еи=Кг0-^-,
где К — корректирующий коэффициент, определяемый по специ-
альной формуле |4] или по данным параллельных
Рис. IV-28. График зависимости деформаций
горных пород от действующей нагрузки при
прсссмометрических испытаниях.
ОА — расширение камеры прессиометра до
соприкосновения со стенками скважины; АВ—
обжатие неровностей поверхности стенок
скважины; ВС —уплотнение породы под дейс-
твием бокового давления (фаза уплотнения
пород); CD—заметное развитие сдвигов в по-
роде (фаза заметного разрушения породы);
Дгн> ₽н — приращение радиуса прессиометра
и давления, соответствующие моменту завер-
шения обжатия неровностей стенок скважи-
ны; Дгя, Рп — приращение радиуса прсссно-
испытании
горных пород пробной ста-
тической нагрузкой.
При проектировании ос-
нований и фундаментов зда-
ний и сооружений III —
IV классов этот коэффициент
для песчаных и глинистых
пород можно принимать: при
испытаниях на глубине мень-
ше 5 м равным 3,0; от 5 до
10 м — 2,0; от 10 до 20 м—
1,5. Так как прессиометр
метра и давления, соответствующие пределу
пропорциональности деформаций горных по-
род от действующего давления
можно устанавливать на раз-
пой глубине, деформацион-
ные свойства горных пород
можно исследовать по все-
му геологическому разрезу,
вскрытому скважиной, т. е.
каждый слой, зону, подзону
и т. д.
Прессиометрический ме-
тод применим для исследова-
ния деформационных свойств
любых горных пород —скальных, полускальных, рыхлых несвяз-
ных и мягких связных, но наиболее часто его применяют при изуче-
нии свойств песчаных и глинистых пород. Примером примене-
ния этого метода для исследования скальных пород могут слу-
жить исследования песчаников и диабазов, залегающих в основа-
нии Братской ГЭС, выполненных ВНИИгидротехники им. Веде-
неева 139]. В Югославии прибор для прессиометрических иссле-
дований скальных пород называют дилатометром.
На графике, выражающем зависимость Лг = / (р) (см.
рис. 1V-28), обычно выделяются два участка, отражающие раз-
личные стадии деформации горных пород под воздействием на них
нагрузки. Первый участок ВС соответствует стадии их уплотнения
и практически выражает линейную зависимость деформации от
нагрузки. Давление рп — предел пропорциональности — яв-
ляется пределом возможного использования линейной зависимости
деформации горных пород. По первому участку кривой и вычис-
170
ляют значение модуля общей деформации. Второй участок CD ха-
рактеризует криволинейную зависимость развития деформации
горных пород и означает начало и развитие их разрушения в зоне
действия нагрузки. Давление ртах является пределом прочности
горных пород.
В соответствии с этим рядом исследователей (Л. Пекарем,
Г. К. Бондариком, К. В. Руппенейтом, М. И. Бронштейном,
С. Л. Кореневой, Г. П. Корчагиным) были предприняты попытки
использовать прессиометрические испытания для исследования не
только деформационных свойств горных пород, но и их прочности.
Был предложен ряд зависимостей, позволяющих вычислять значе-
ния С и <р для песчаных и глинистых пород. Получены также
некоторые корреляционные зависимости деформационных свойств
горных пород от их прочности (рис. IV-29). Однако эти иссле-
дования еще нельзя считать завершенными, и поэтому пока мы не
можем рекомендовать прессиометрические испытания горных по-
род для определения их прочности при инженерных изысканиях.
В настоящее время известно достаточно много конструкций
прессиометров. Идея этого прибора и методика испытаний горных
пород в скважинах были предложены в 1930 г. русским инженером
путей сообщения А. А. Ктаторовым. В 1933 г. немецкий инженер
Ф. Кеглер предложил две конструкции прибора бокового давления
и теоретическое решение для определения модуля общей деформа-
ции горных пород по данным испытаний такими приборами.
В 1957 г. французский инженер Л. Менар полно обосновал мето-
дику исследований деформационных свойств горных пород в сква-
жинах и создал для этого прибор более совершенной конструкции,
который назвал прессиометром. В 1963 г. Л. Менар основал фирму
«Прессиометр», выполняющую исследования горных пород в са-
мых различных странах мира. Прессиометр Л. Менара пользуется
очень широкой известностью (рис. IV-30).
В Советском Союзе наиболее широко применяются прессио-
метры конструкции ГПИ Фундаментпроект, Уральского политех-
нического института им. С. М. Кирова, ВСЕГИНГЕО, НИИ
оснований и подземных сооружений, ЦНИИС Минтрансстроя,
ВНИИМОРГЕО, ВНИИгидротехники им. Веденеева. В разра-
ботке современных теоретических основ прессиометрического ме-
тода и конструкций приборов принимали участие Г. К. Бондарик,
Л. Г. Мариупольский, К. В. Руппенейт, М. И. Бронштейн,
Ю. Г. Трофнменков, В. Д. Мушников, В. Г. Елпатов, С. Л. Коре-
нева, Г. П. Корчагин и др.
Каждый прессиометр состоит из собственно прессиометра —
цилиндра-камеры, устанавливаемой непосредственно в скважине,
измерительной аппаратуры, включающей технические устройства
для подачи давления (нагрузки) в рабочую камеру прессиометра,
и приборов для измерения давления и деформаций горных пород.
Прессиометр и измерительная аппаратура связаны между собой
шлангами, а некоторые из них еще и электрическими проводами.
171
WWAOWlfpX.COW
Выше уже было отмечено, что в зависимости от способа создания
усилий (давления) в рабочей камере прессиометры бывают гидрав-
лического или пневматического действия. При этом измерения де-
формаций горных пород про-
изводят либо по изменению
объема рабочей камеры, либо
по изменению ее диаметра (ра-
диуса) с помощью электриче-
ских датчиков, устанавливае-
мых внутри рабочей камеры.
От датчиков по электрическим
проводам производится дистан-
ционная передача и автомати-
ческая запись деформаций иа
ленточной диаграмме. Таким
образом, в зависимости от осо-
бенностей работы прессиометры
принято подразделять на гид-
равлические и пневмоэлектри-
ческие. Техническая характе-
ристика некоторых прессиомет-
ров приведена в табл. IV-2, а
схемы конец укпий прессно-
Рнс. IV-30. Схема прессиометра конструк-
ции Л. Менара.
а — измерительная аппаратура; б— пр ос-
ей о метр. 1 — газовый баллон; 2 •— редук-
тор; 3 — манометр; 4 — кран-тройиик;
5 — измерительный цилиндр для измере-
ния изменения объема жидкости в рабо-
чей камере прессиометра; 6 — бачок;
7 — шланги; 8 — рабочая камера; $ —
пригрузочные камеры для поддержания
вокруг рабочей камеры равномерного поля
напряжений.
Рис. 1V-29. Корреляционная зависимость
деформационных свойств моренных су-
глинков от их прочности по данным испы-
таний пресс иометром и лопастным прибо-
ром (по Ю. Г. 1 рофименкову и Л. Н. Во-
роб ко ву).
метров, достаточно широко ис-
пользуемых на практике, по-
казаны на рис. IV-31 и IV-32.
При подготовке к прессгюметрпческнм испытаниям необходимо
детально изучить геологический разрез по каждой опытной сква-
жине и геологически обосновать выделение слоев, зон или подзон
горных пород, подлежащих испытаниям. Выделение интервалов
для испытаний должно основываться .на полном учете особенностей
172
геологического разреза горных пород, вскрытых скважиной, глу-
бины заложения фундаментов сооружений и распределения напря-
жений в их основании. Испытаниям подлежат главным образом те
слои и зоны горных пород, кото-
рые попадают в зону влияния
сооружения.
Рис. IV-31. Схема прессиометра конструк-
ции Уральского политехнического инсти-
тута им. С. М. Кирова П-89.
а — измерительное устройство; б — прес-
сиометр. / — автомобильный насос; 2 —*
манометр; 3 — резервная емкость; 4
трубка для измерения изменения объема
рабочей камеры; 5 — наружная соедини-
тельная трубка; 6 — внутренняя соедини-
тельная трубка; 7 — пригрузочные каме-
ры; 8 — рабочая камера; 9 — резиновая
оболочка; 10 — съемный конус для защиты
оболочки от разрыва.
Рис. IV-32. Схема прессиометра конструк-
ции ВСЕГИНГЕО ИГП-21.
а — измерительная аппаратура; б — прес-
сиометр. / — баллон сжатого воздуха; 2 —
редуктор давления; 3 — блок управления,
включающий электрический указатель де-
формаций и манометр; 4 — лебедка; 5 —
штатив; 6 — шланг высокого давления;
7 — электрические провода; 8 — пригру-
зочные камеры; 9 — рабочая камера.
Прессиометрическим испытаниям наиболее часто подвергаются
разнообразные песчаные и глинистые породы, поэтому в соответ-
ствии с техническими данными прессиометров (табл. IV-2) диаметр
скважин должен быть от 76 до 127 мм, т. е. на 10—20 мм больше,
чем внешний диаметр прессиометра, а глубина до 15 м, редко более.
Бурение надо производить способами, обеспечивающими полную
173
www.wirpx.coi»
Т а б л и ц a IV-2
ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАК'ЕРИСТИКИ ПРЕССИОМЕТРОВ
174
сохранность естественного сложения и физического состояния гор-
ных пород в стенках скважины. Если в геологическом разрезе
преобладают породы устойчивые, бурение скважин производят без
обсадки и испытание пород проводят после окончания бурения,
начиная с нижних горизонтов. Если в геологическом разрезе пре-
обладают неустойчивые породы, их испытание производят в про-
цессе бурения. В этом случае скважину бурят с обсадкой трубами
до необходимой глубины, на которую опускают прессиометр. Затем
обсадные трубы поднимают и производят обжатие пород в стенках
скважины. В такой последовательности исследуют деформацион-
ные свойства пород в процессе бурения скважины.
Испытания каждого слоя, зоны и подзоны пород производят
возрастающими ступенями нагрузки по 0,1—0,25 кгс/см2, если они
имеют малую и среднюю плотность, и по 0,5—1,0 кгс/см2 при плот-
ном сложении. Каждая ступень давления создается в течение 1—-
2 мин и выдерживается до условной стабилизации деформации, т. е.
когда она не превышает 0,1 мм за 30 мин у песчаных пород и за
1ч — у глинистых. Наблюдения за деформациями производят в
в первые 15 мин в песчаных породах и 30 мин — в глинистых соот-
ветственно через каждые 5 и 10 мин и впоследствии соответственно
через каждые 15 и 30 мин до условной стабилизации деформаций.
При определении давления на стенки скважины при работе
с гидравлическим прессиометром рекомендуется [46 ] к давлению,
измеренному манометром, добавлять давление столба воды от
уровня манометра до середины рабочей камеры прессиометра. При
установке гидравлического прессиометра на глубине более 10—
15 м этот столб воды может создать значительное давление на
стенки скважины, когда еще невозможно измерить деформацию
пород. В слабых породах эти деформации могут быть значитель-
ными. Поэтому гидравлические прессиометры нецелесообразно
применять при испытаниях пород на значительных глубинах и осо-
бенно в слабых, податливых породах.
Для получения более точных данных измерений прессиометры
необходимо отградуировать, так как давление, создаваемое в рабо-
чей камере прибора, расходуется не только на обжатие горных
пород, но и на деформацию прибора. Описание способов градуи-
ровки прессиометров приводится в соответствующих руковод-
ствах [46].
Документация прессиометрических испытаний горных пород
выполняется в журналах специальной формы. По данным записей
в журнале строят график зависимости Ar — f (р) (см. рис. IV-28)
и для прямолинейного участка этого графика вычисляют значение
модуля общей деформации горных пород.
При исследованиях деформационных свойств скальных и полу-
скальных пород применяют прессиометры больших размеров.
Из табл. IV-2 видно, что, например, для изучения песчаников и
диабазов района Братской ГЭС был применен прессиометр марки
ЦГШ (цилиндрический гидравлический штамп) диаметром 915 мм,
175
позволяющий создавать боковое давление до 100 кгс/см2
(рис. IV-33). Для скальных и полускальных горных пород кроме
модуля общей деформации практический интерес представляют
также определения коэффициентов упругого отпора и удельного
упругого отпора (7, 9]. Характеристика отпора горных пород
необходима для проектирования подземных сооружений, особенно
гидротехнических туннелей.
В настоящее время наиболее современным методом исследова-
ния отпора горных пород считается испытание их в подземных вы-
работках большого сечения дей-
ствием равномерного напора (дав-
ления) воды. Схема таких испыта-
ний показана на рис. IV-34. Впер-
вые этот метод был применен в Со-
ветском Союзе акад. Н. Н. Дави-
денковым на строительстве тун-
нелей Дзорагугской ГЭС в 1930 г.
В 1942—1943 гг. испытание упру-
гих свойств горных пород в тун-
неле Озерной ГЭС Севанстроя
было выполнено под руководством
Г. П. Завриева [7 ]. За рубежом
подобные испытания проводились
в Швейцарии в 1949 г. при строи-
тельстве туннеля Лючендро и
в 1955 г. в туннелях Юлия и Цер-
вейла. В 1949 г. этот метод испы-
таний горных пород был приме-
нен в Австрии в туннеле Муле-
ритч, а затем в Марокко при
строительстве туннеля Им-Фут.
Исследование
сопротивления горных пород сдви-
гу по методу плоского сдвига. Со-
противление сдвигу (скалыванию)
Рис. IV-33. Схема прессиометра марки
ЦГШ конструкции Института гидро-
техники им. Веденеева.
1— подъемник; 2 — гидравлическая
магистраль; 3 — измерительная стан-
ция; 4 — дефор ыометры; 5 — цилин-
дрические гидравлические штампы.
является одним из важнейших свойств горных пород, оно
определяет их прочность — сопротивление разрушению 118].
Поэтому исследования сопротивления сдвигу горных пород яв-
ляются одним из распространенных видов работ как в лаборатор-
ных, так и в полевых условиях. Метод плоского сдвига применим
для любых горных пород — скальных, полускальных, рыхлых
несвязных и мягких связных. В твердых и полутвердых породах
при плоском сдвиге обычно происходит их скалывание, тогда как
в рыхлых несвязных и мягких связных — срез одной части породы
по другой.
При полевых опытах, в отличие от лабораторных исследований
горных пород в срезных приборах и косого сдвига 119], произво-
дится сдвиг крупных блоков — монолитов горных пород естест-
176
венного сложения. Это крупногабаритные опыты, позволяющие
производить исследования сопротивления сдвигу горных пород
вдоль поверхностей и зон ослабления — по слою пород, по поверх-
ности слоя или трещине, а также в породах, имеющих крупные
включения, и крупнообломочных. Опыты производят также
с целью исследования сопротивления сдвигу бетонных блоков по
породе. Все это показывает, что полевые исследования сопротив-
ления горных пород сдвигу по методу плоского сдвига довольно
универсальны и дают более надежные и достоверные результаты.
В Советском Союзе этот вид полевых опытных работ получил очень
Рнс. IV-34. Схема испытаний горных пород напором воды в подземной выработке.
1 «— опытный участок подземной выработки; 2 — бетонная армированная перемычка;
3 лаз; 4 — труба с манометром; 5 — водомер; 6 — приборы-экопансиометры для изме-з
рения поперечных деформаций подземной выработки.
широкое распространение. К настоящему времени выполнены уже
тысячи опытов почти на всех крупных стройках страны, а также на
многих оползневых склонах 133, 34 ].
Схемы установок для испытания горных пород на сдвиг по
методу плоского сдвига показаны на рис. IV-35, IV-36, IV-37,
IV-38, IV-39 и IV-40. Как видно из этих рисунков, либо
производят испытания с образцами больших размеров, заключен-
ных в рабочие коробки площадью 600 см2 и более, либо производят
сдвиг целика породы или монолита из бетона. Нормальное уплот-
няющее и горизонтальное сдвигающее усилия создают грузами,
гидравлическими домкратами или пружинными домкратами с ди-
намометрами.
При полевых опытах, как и при лабораторных, чтобы получить
диаграмму сопротивления горных пород сдвигу, необходимо вы-
полнить три опыта при разных нормальных нагрузках. Испытания
пород обычно производят по схеме медленного сдвига после пред-
варительного полного их уплотнения, т. е. в условиях завершен-
ной консолидации, при уплотняющих нагрузках, соизмеримых
с действующими от сооружений. В этом случае сдвигающая (раз-
рушающая) нагрузка передается ступенями по 0,1 от нормальной
уплотняющей в возрастающем порядке до разрушения породы.
7 В. Д. Ломтадзе 177
WVW.tV?irpX.COTO
by
Рис. IV-37. Полевая установка для испытания горных пород на сдвиг
путем сдвига целика.
1 — целик горных пород; 2 — рабочая коробка установки; 3 — гидравли-
ческий домкрат для создания сдвигающих усилий; 4 — штамп; 5 — гидра-
влический домкрат для передачи уплотняющих давлений; 6 — плоская
шариковая обойма; 7 — индикатор для измерения деформаций сдвига:
8 — упорная балка; 9 — анкерные сваи.
Рис. IV-35*. Полевая установка для испытания рыхлых несвязных и мягких
связных горных пород на сдвиг конструкции ЛГИ.
/ — станина; 2 — индикатор часового типа для измерения деформаций
при сдвиге; 3 — рабочая коробка установки, верхняя часть которой сдви-
гается; 4 — штамп; 5 — серьга для передачи вертикальной нагрузки; 6 —
подъемные винты для создания зазора между верхней и нижней частями
рабочей коробки перед опытом; 7 — кронштейн для передачи сдвигающей
нагрузки; 8 — платформа с грузами.
Рис. IV-36. Переносный полевой прибор для испытания песчаных и гли-
нистых пород на сдвиг конструкции ДИ ИТ.
I — нажимной виит для поддержания постоянного давления домкрата при
сдвиге; 2 — горизонтальный пружинный домкрат с динамометром; 3 —
верхняя неподвижная часть рабочей коробки; 4 — нижняя подвижная
часть рабочей коробки; 5 — вертикальный пружинный домкрат с динамо-
метром; 6 — штамп; 7 — упор для верхней неподвижной части рабочей
коробки; 8 — монолит породы, загруженный в рабочую коробку прибора;
9 — плоская обойма с шариками; 10 — металлическая рама прибора.
Рис. IV-38. Трехсекционная установка для испытания горных пород на сдвиг
путем сдвига целиков, конструкции ГПИ Фундамснтпроект.,
/ — рабочая коробка установки; 2 — штамп; 3 — упор съемный; 4 >— ги-
дравлический домкрат; 5 — упорная балка; 6 — анкерные сваи; 7 упор-
ная плита
178
179
wvw.twirpx.coTO
Каждая новая ступень нагрузки прикладывается после заверше-
ния деформаций от предыдущей.
Наблюдения за деформациями сдвига производят через каждые
3 мин по индикаторам часового типа с точностью 0,05—0,1 мм. При
работе с гидравлическими или пружинными домкратами постоянно
Рис. IV-39. Схема установки для
испытания горных пород на сдвиг
в подземных горных выработках.
/ — бетонный блок — штамп; 2 —,
индикатор для измерения деформа-
ций сдвига; 3 — гидравлический
домкрат для создания нормальной
уплотняющей нагрузки; 4 — ги-
дравлический домкрат для создания
горизо нт а ль ной сдвига ющей на-
грузки.
наблюдают за показаниями давления на манометрах или динамо-
метрах, так как при сдвиге обязательно наблюдается падение сдви-
гающего давления. Для поддержания его гидравлические дом-
краты надо подкачивать, а в пружинных усиливать давление на
пружину специальным нажимным винтом. Испытания при каждой
ступени нагрузки прекращают тогда, когда смещение монолита
Рис. IV-40. Бетонные блоки — штампы, подготовленные в подземной горной выработке
для выполнения серии полевых опытов на сдвиг.
/ — р т— бетонные блоки.
породы достигнет 2—4 см или произойдет непрерывный сдвиг
породы. После завершения опыта из зоны сдвига каждого монолита
отбирают пробы для соответствующих лабораторных исследований
горных пород.
В процессе выполнения опытов при каждой ступени нормаль-
ной нагрузки строят графики развития деформаций сдвига под
влиянием сдвигающих усилий (рис. IV-41), а затем диаграмму за-
висимости сопротивления горных пород сдвигу от нормальной на-
180
Грузки (рис. IV-42). Параметры сопротивления сдвигу — угол
внутреннего трения пород <р и общее сцепление С (кгс/см2) — опре-
деляют по этой диаграмме или вычисляют по результатам прове-
денных испытаний:
tg<p =
т2 --Tf .
Р2 — Р1’
С = тг — jt?1tg(p = <r2 — p2tg<p.
При выполнении полевых опытов часто бывает важным полу-
чать параметры сопротивления сдвигу по заданным поверхностям
и зонам ослабления — по слабому прослойку пород, по поверхно-
Рис. IV-41. График развития деформаций
сдвига под влиянием сдвигающих усилий,
pt, р2, р8 — нормальные уплотняющие на-
грузки; т,, т%з — горизонтальные сдви-
гающие нагрузки.
Рис. IV-42, Диаграмма сопротивления гор-
ных пород сдвигу от нормальной нагрузки.
сти слоя или трещине и т. д. Поэтому необходимо обращать особое
внимание на правильность загрузки монолитов и целиков породы
в рабочую коробку полевых приборов и установок. Необходимо,
чтобы поверхности и зоны ослабления в рабочей коробке распола-
гались на том уровне, по которому будет происходить сдвиг одной
части породы по другой. Все данные наблюдений в процессе поле-
вых испытаний пород записывают в журнал определенной формы.
Исследование сопротивления горных пород
сдвигу в скважинах по методу вращательного среза, В природе
широко распространены слабые горные породы, такие как мягкие
глинистые неустойчивой консистенции, мелкозернистые и тонко-
зернистые водоносные пески рыхлого сложения, торфа, гумусиро-
ванные и заторфованные слабые песчаные и глинистые, илы и др.
Из таких пород трудно, а иногда и невозможно отобрать пробы для
лабораторных исследований сопротивления их сдвигу, так же
как и испытать их в полевых условиях в приборах и установках
по методу плоского сдвига (см. выше). Поэтому исследование со-
противления их сдвигу производят главным образом в скважинах
о применением лопастных приборов.
181
WW’.Wft’pX.COTO
Этот метод впервые был применен в Швеции, затем в Канаде и
известен как метод Vane test, теперь он получил распространение
во многих странах. В Советском Союзе исследования сопротивле-
ния сдвигу слабых отложений в скважинах с применением лопаст-
ных приборов получили широкое распространение. Сущность
этого метода состоит в
. ' • •' - -
Рис. IV-43. Схема исследования
сопротивления сдвигу слабых
пород в скважинах с примене-
нием лопастного прибора.
/ — лопастной прибор — крыль-
чатка; 2 — штанги; 3 — обсад-
ные трубы; 4 — станина; 5 —
измерительное устройство при-
бора с приводом для вращения
крыльчатки; h — высота крыль-
чатки; d — диаметр крыльчатки.
измерении максимального крутящего мо-
мента, необходимого для вращения
крыльчатки — четырехлопастного при-
бора, погруженного (задавленного)
в породу, по цилиндрической поверх-
ности (рис. IV-43). Поэтому его на-
зывают методом вращательного среза.
На рис. IV-43 видно, что при вращении
крыльчатки происходит срез пород по
цилиндрической поверхности высотой
h и диаметром d. Сопротивление сдвигу
при этом равно
__ Мщах
К ’
где т — сопротивление горных пород
сдвигу, кгс/см2; — максимальный
крутящий момент, кгс см; К — постоян-
на я крыльчатки (см3), зависящая от ее
высоты и диамегра.
Из приведенного следует, что по
этому методу устанавливают сбщее со-
противление пород сдвигу т, но он не
позволяет найти раздельно составля-
ющие его величины — угол внутрен-
него трения <р и сцепление С. Сопроти-
вление сдвигу мягких глинистых пород
определяется главным образом силами
сцепления, так как внутреннее трение в них очень мало, а пес-
чаных— только внутренним трением, так как силы сцепления
в них практически равны нулю.
На рис. IV-44 видно, что по мере поворота крыльчатки при вра-
щательном срезе постепенно возрастает крутящий момент и дости-
гает максимального значения при максимальном сопротивлении
сдвигу пород естественного сложения. Когда по цилиндрической
поверхности среза, например в глинистых породах, силы сцепления
(структурные связи) будут нарушены, значение крутящего мо-
мента будет минимальным. Это соответствует минимальному зна-
чению сопротивления пород сдвигу, т. е. сдвиг произойдет по обра-
182
зовавшейся цилиндрической поверхности пород нарушенного сло-
жения — поверхности ослабления.
Для того чтобы определить влияние нарушения естественного
сложения и структурных связей глинистых пород на их физиче-
ское состояние и прочность, оценивают их чувствительность. Мерой
(индексом) чувствительности глинистых пород является отношение
прочности породы естественного сложения к прочности той же
породы нарушенного сло-
жения. М,кгссм
j Тщах _ М171ах
F Tmm Л1га1п ’
где /р — показатель (ин-
декс) чувствительности
глинистой породы; тшах —
сопротивление сдвигу по-
роды естественного сло-
жения; т1тап — сопроти-
Рис. IV-44. График изменения крутящего момен-
та М в зависимости от угла поворота крыльчатки
« прн исследованиях сопротивления сдвигу горных
пород в скважинах лопастным прибором.
Л1Кр — крутящий момент, соответствующий пре-
делу пропорциональности; — максималь-
ный крутящий момент, соответствующий сопро-
тивлению горных пород сдвигу в естественном
сложении, равный ~ гП]ах’ ^min —минималь-
ный крутящий момент, соответствующий сопро-
тивлению горных пород сдвигу в нарушен ном
сложении, равный
вление сдвигу породы
нарушенного сложения;
Л1п,ах и Л4т1п — соответ-
ствующие значения кру-
тящего момента.
Как отмечают К. Тер-
цаги и Р. Пек (1958 г.),
у большинства глинистых
пород значение 1F нахо-
дится в пределах от 2 до 4,
у чувствительных пород — от 4 до 8, у очень чувствительных глин
этот показатель достигает десятков и даже сотен единиц. Г. К. Бон-
дарик (1967 г.) рекомендует для оценки влияния нарушения есте-
ственного сложения глинистых пород на изменение их прочности
пользо£?аться величиной, обратной чувствительности, т. е.
Tmln
Tmax
где /с — показатель структурной прочности породы; тт1п и т,пах —
сопротивление сдвигу — прочность породы соответственно нару-
шенного и естественного сложения.
По показателю структурной прочности глинистые породы под-
разделяются на 4 группы: 1) ничтожно малая (7С = 1); 2) низкая
(/с = 0,5-т-1); 3) средняя (7С = 0,2 4-0,5); 4) высокая (/с — 0 4-0,2).
При вращательном срезе на угол поворота крыльчатки а может
влиять деформация (закручивание) штанг, и тем больше, чем
больше их длина. Чтобы исключить влияние этого фактора, вводят
поправку Да, устанавливаемую градуировкой снаряда. При вы-
полнении исследований слабых пород до глубины 10—15 м эта
183
.tVVlfpX.COTO
поправка мала и при полной исправности снаряда ее можно не
учитывать. Поэтому исследование пород в скважинах лопастным
прибором целесообразно выполнять до глубины 10—15 м.
В Советском Союзе для таких исследований наиболее широко
применяют приборы конструкции ЦНИИС ЛАинтрансстроя
(рис. IV-45), ГПИ Фундаментпроект (рис. IV-46), Калининского
политехнического института (рис. IV-47) и др. Из зарубежных ло-
пастных приборов известностью пользуется крыльчатка фирмы
Леонарда Фарнеля и К°. Кроме отдельных приборов в настоящее
Рис. 1V-45. Установка для исследования
сопротивления горных пород сдвигу УИГС-2
конструкции ЦНИИС Минтраисстроя.
1 — крыльчатка; 2 — стержень, несущий
крыльчатку; 3— штанги; 4—соединительная
муфта; 5 — центрирующая муфта; 6 — под-
веска; 7 — измерительное и вращательное
устройство; 8 — штатив прибора; 9 — тро-
совые оттяжки для дополнительного креп-
ления прибора
время применяют установки (ПНИИИС, Калининского политехни-
ческого института и др.), позволяющие проводить комплексные
исследования песчаных и глинистых пород в скважинах лопастным
прибором, прессиометром, зондированием конусом (см. ниже) и
пробной статической нагрузкой.
На рис. IV-45, IV-46 и IV-47 видно, что каждый прибор для вра-
щательного среза пород в скважинах состоит из крыльчатки,
штанг и измерительно-вращательного устройства. В большинстве
конструкций приборов измерительно-вращательное устройство
смонтировано на специальном штативе. Описание лопастных при-
боров приведено в ряде специальных руководств [28, 29, 31, 461.
Исследования сопротивления пород сдвигу по методу враще-
тельного среза целесообразно проводить в процессе бурения сква-
жины. В этом случае исключается необходимость учитывать влия-
ние трения штанг о породы при их вращении. Однако очень слабые
отложения, такие как илы, торфа, водонасыщенные породы, можно
исследовать и без бурения скважин. При исследовании пород
в скважинах их бурение чередуют с остановками для испытания
184
пород крыльчаткой. Исследования проводят либо через равные
интервалы по глубине (через 0,5; 1,0; 1,5 м), либо на определенных
глубинах с целью испытания отдельных слоев, зон и подзон пород.
Рис. IV-46. Установка СП-52
для испытания горных пород
на сдвиг в скважинах, конструк-
ции ГПИ Фундаментпроект.
1 — крыльчатка; 2 — штанга;
3 — центрирующие муфты; 4 —•
измерительное и вращательное
устройство; 5 — штурвал; 6
штатив.
Рис IV-47. Лопастной прибор-крыльчатка конструк-
ции Калининского политехнического института (мар-
ки СК-8).
1 — крыльчатка; 2 — зубчатое устройство для от-
ключения крыльчатки от штанг прн измерении трения
штанг о породу; 3 — штанги; 4 — рукоятка с изме-
рительным устройством; 5 — индикатор часового
типа; 6 — пластина упругая; 7 — винт, изменяющий
чувствительность прибора в зависимости от его по-
ложения {I, II, III}.
При исследованиях пород по методу вращательного среза,
как и при выполнении любых других опытных работ, необходимо
иметь точное представление о геологическом разрезе исследуе-
185
.tWlfpX.COI»
мого участка. Приступая к опытным работам, предварительно
устанавливают, какие слои, зоны, подзоны и на каких глубинах
будут испытываться крыльчаткой. В соответствии с этим устанав-
ливают необходимую длину штанг и глубину опускания крыль-
чатки. В зависимости от прочности пород выбирают и размер
крыльчатки. В слабых породах (сопротивление сдвигу до
0,5 кгс/см2) обычно применяют крыльчатки диаметром 75—
100 мм. В более прочных (сопротивление сдвигу до 1,0 кгс/см2)
применяют крыльчатки диаметром 55—65 мм. В породах с сопро-
тивлением сдвигу более 1,0 кгс/см2 применять лопастные приборы
нецелесообразно.
В соответствии с выбранным размером крыльчатки определяют
и диаметр опытной скважины, бурение которой в неустойчивых
породах производят с креплением обсадными трубами, а в устой-
чивых — без него. Погружение крыльчатки на забой скважины
в слабые породы обычно происходит под действием веса штанги,
а в более плотные породы ее задавливают. Породы на забое сква-
жины должны находиться в естественном сложении и физиче-
ском состоянии, т. е. не нарушенном при бурении. С этой целью
крыльчатку целесообразно погружать в породы на глубину не
менее 0,3—0,5 м ниже забоя скважины. При погружении крыль-
чатки штанги необходимо ориентировать строго по отвесу. Со-
ответствующим образом располагают на поверхности земли из-
мерительно-вращательное устройство. Зафиксировав показания
измерительных устройств, производят вращение крыльчатки со
скоростью, равной 0,1—0,2 градус/сек. Такая скорость близка
к скорости испытания пород па сдвиг в лабораторных условиях
по методике быстрого сдвига.
При вращении крыльчатки ведут наблюдения за показаниями
углов ее поворота и крутящих моментов. Как видно на рис. 1V-43,
вначале, когда крутящий момент крыльчатки возрастает, наблю-
дения проводят через каждые 1—2°, после среза пород по ци-
линдрической поверхности крутящий момент снижается, и с этого
момента наблюдения проводят через каждые 3—5°. Состояние
среза устанавливают по началу снижения крутящего момента.
Вращение крыльчатки продолжают до стабилизации показаний
крутящих моментов. Результаты наблюдений записывают в жур-
нал определенной формы [31, 46] в изображают в виде графика,
показанного на рис. 1V-44. По этим данным вычисляют значения
сопротивления пород сдвигу.
Исследование сопротмгления горных пород
сдвигу по методам выдавливания и раздавливания целиков. Эти
методы применяют для изучения прочности глинистых, песчаных,
крупнообломочных и некоторых разностей полускальных пород.
Они позволяют исследовать сопротивление пород сдвигу по пред-
полагаемой или заданной поверхности скольжения — поверх-
ности или зопе ослабления. Для их применения необходимы
определенные условия: откос или уступ шурфа, котлована, тран-
186
шеи, выемки или борта карьера. Они применимы также в под-
земных выработках. Схемы проведения испытаний показаны на
рис. IV-48 и IV-49, из которых видно, что целик породы с трех
сторон ограничен существу-
ющим уступом или откосом и
двумя прорезями на опреде-
ленную глубину. Выделенный
таким образом целик породы
Рис. IV-4S. Схема ис пинания горных пород
на сдвиг Mei одом выдавливания при горп-
зон1алыюм направлении приложения уси-
лим (Мсюд Свердловского НИИ по строи-
тельству).
Схема производства опыта: а — в разрезе;
б — в плайе; е — расчетная схема.
/ — целик выдавливаемых (сдвигаемых)
пород; 2 — подвижная опорная плита;
3 — упоригя плита; 4 — гидравлический
домкрат; 5 — динамометр; 6 — прорези,
заполненные перемятой породой; h —
высота уступа целика; а — длина целика
вдоль поверхности скольжения /; b — ши-
рина целик;- между прорезями.
Рис. IV-49. Схема испытания горных пород
па сдвиг методом выдавливания при верти-
кальном направлении приложения усилий
(метод ВНИМИ).
а — схема производства опыта в разрезе;
б — в плане; в — расчетная схема.
1 —• целик породы; 2 — прорези, запол-
ненные перемятой породой; 3 — опорная
плита; 4 — гидравлический домкрат; 5 —ди-
намометр; 6 — упорная балка; а — длина
целика; b — ширина целнка; h — высота
целика; / — поверхность скольжения.
сдвигают (выдавливают), причем сдвигающие усилия ориенти-
руют либо горизонтально (рис. IV-48), либо вертикально
(рис. IV-49), а иногда наклонно. Размер целика определяется
техническими возможностями его выдавливания — сдвига, т. е.
мощностью домкратов. Наиболее рациональным считается сле-
дующее соотношение его размеров: h = 0,3 4-0,5 м; а = (1,5 4-2,0) h;
187
ww Ж irpx. C OTO
b = (2,5 -4-3,0) h. В отдельных случаях выделение целика по-
роды производят с четырех сторон в виде вертикально стоя-
щей призмы размером 50x50x70 см (рис. IV-50). При при-
ложении вертикальных усилий происходит раздавливание (сдви-
жение) части целика породы по наклонной поверхности сколь-
жения.
По всем схемам испытаний сдвигающее усилие на породу пере-
дается ступенями по 0,3—0,5 кгс. Каждая ступень усилий выдер-
живается 15—20 мин. В результате устанавливается максималь-
ное давление в момент сдвига и pmln, развивающееся при
Рис. IV-50. Схема испытаний горных пород
на сдвиг методом раздавливания целика
пород.
/ — целик пород; 2 — опорная плита; 3
гидравлический домкрат; 4 — динамометр;
5— упорная балка; h— высота уступа цели-
ка; b ширина целика; / — поверхность
скольжения.
перемещении части целика по образовавшейся поверхности сколь-
жения /. Опыт считается законченным, если масса пород смести-
лась по поверхности скольжения на 10—15 см. После сдвига в дву х-
трех вертикальных сечениях сдвинутого целика вскрывают по-
верхность скольжения и определяют ее очертание. В тех случаях,
когда поверхность скольжения установить не удается, ее наме-
чают на чертеже как круглоцилиндрическую радиусом произволь-
ного размера между точками, определяющими границы сдвину-
того целика.
Расчет показателей, характеризующих сопротивление пород
сдвигу, производят в зависимости от принятой схемы испытаний.
По схеме, изображенной на рис. IV-48, сечение сдвинутой части
целика разбивают на блоки, как при расчете устойчивости ополз-
ней [31], и затем составляют уравнение предельного равновесия:
П п п
-f-JJgz-cosaz— sinat = tg<p (-J- Si’sin“z +
i 1 i
+ Eicosa,) 4-d,
где p — усилие сдвига, созданное домкратом, отнесенное к еди-
нице длины сдвинутого целика, равное р = Ргпах,1 см , кгс/см2;
188
by
g{— масса каждого блока, т; G—общая масса сдвигаемого це-
лика, равная ^gh т; tg <р— коэффициент внутреннего трения;
С — сцепление, равное - ; I — длина поверхности сколь-
Pmln ' 1 СМ
жения, .см; рг------—.
Найденное значение С подставляют в уравнение предельного
равновесия и решают его относительно tg ср:
р v
7- | ррcos ai — >, pt- sin а/
tg <P = 7---7,--!----------------\-----------
I vS n I
^7-2j Pr sin “/ + X Pi'cos a< j + (P~ Pi)
При испытаниях горных пород по схеме, изображенной на
рис. IV-49, производят сдвиг двух-трех целиков. После сдвига
выявляют поверхности скольжения и все это в определенном
масштабе изображают на чертежах, как показано на рис. IV-49.
Сдвинутые целики разбивают на блоки и составляют уравнения
равновесия, при совместном решении которых устанавливают
значения показателей сопротивления сдвигу <р и С:
1 1
п п
£7\ = fX/V2 + CF2,
1 1
где рА, р2 — удельное вертикальное давление, созданное действием
домкрата; Tt, Т2— сдвигающее усилие, равное Т1 = (Р1 +
+ gx) sin а,, Т2 = (Р2 + g2) sin а2 и т. д.; N lt N2 — нормальное
усилие, равное = (Pt + gj cos au N2 = (P2 +g2) cosa2
и т. д.; glt g2 — масса блоков; f — коэффициент внутреннего
трения пород по поверхности скольжения; С — сцепление; Flt
F2 — площади поверхностей скольжения целиков.
При выполнении испытаний по схеме, изображенной на
рис. • IV-50, показатели сопротивления пород сдвигу вычисляют,
как для случая действия силы при одноосном сжатии [181, т. е.
Р
°н — °1 — р •
Сдвиг части целика породы обычно происходит по наклонной
поверхности под углом а, поэтому
F - F
1 cos а *
189
.tWirpX.COTO
а составляющая силы P, ориентированная по касательной к этой
поверхности, равна
РК = Р sin а,
откуда
Рц Р sin a-cos а . , „
т = -F— = ---г----- = о, sin a -cos а = 1/20, sin2a.
Cj Г 1
Касательное напряжение достигает максимального значения при
такой ориентировке сечения, когда угол а между нормалью к по-
верхности скольжения и направлением полного сжимающего
усилия равен 45°. В этом случае sin 2а — 1, откуда
В глинистых породах, когда их разрушение имеет пластический
характер, можно допускать, что сопротивление сдвигу обусловлено
только силами сцепления, т. е.
Если разрушение целика пород имеет хрупкопластический ха-
рактер, то показатели сопротивления сдвигу вычисляют по фор-
мулам
ф = 2а — 90°;
2tg (45 + 4-)
Для получения достоверных значений, как и при испытаниях
по схеме на рис. IV-49, производят раздавливание двух-трех
целиков. Результаты исследований сопротивления горных пород
сдвигу методами сдвига целиков записывают в журналы опре-
деленной формы.
Исследование плотности и прочности гор-
ных пород методами зондирования. В настоящее время при инже-
нерных изысканиях широкое применение получили методы стати-
ческого и динамического зондирования. Это очень простые методы
исследований преимущественно песчаных и глинистых пород,
дающие широкую информацию об их плотности, прочности, де-
формационных свойствах и однородности. Кроме того, с помощью
этих методов можно устанавливать изменение геологического
разреза по глубине, выявлять глубину залегания и мощность
слабых слоев и зон плотных, прочных и коренных пород, а также
изменение степени уплотнения и упрочнения искусственно от-
сыпанных или намытых пород во времени. Методы зондирования
позволяют получать необходимые данные для проектирования
190
и оценки условий строительства свайных фундаментов, шпунтовых
ограждений и других видов строительных работ.
Опыты состоят в задавливании или забивании в горные породы
зонда с коническим наконечником (редко грунтоноса-пробоот-
борника). При статическом зондировании зонд залавливается
в породы, при динамическом — забивается. По тем сопротивле-
ниям, которые оказывают горные породы проникновению в них
зонда, судят об их плотности, прочности и других свойствах.
Естественно, что такие исследования горных пород не являются
достаточно точными, они дают предварительные, главным об-
разом приближенные представления об их свойствах. При соче-
тании методов зондирования с другими видами геологических
работ результативность их, т. е. точность и достоверность, зна-
чительно повышаются.
Статическое и динамическое зондирование — это полевые
экспресс-методы, для интерпретации результатов которых на
предварительных стадиях изысканий их надо обязательно соче-
тать с разведочными работами — геофизическими и горно-буро-
выми, а на детальных — использовать в качестве дополнительных
с целью повышения детальности изысканий в целом и решения
специальных вопросов (например, при проектировании свайных
фундаментов и др.).
ГОСТ 20069—74 и 19912—74 и «Указания по зондированию
горных пород для строительства» (СИ 448-72) рекомендуют при
инженерных изысканиях для конкретных зданий и сооружений
зондирование производить в пределах их контуров или не более
чем в 5 м от них. Для получения сопоставимых данных часть
точек зондирования рекомендуется располагать на расстояниях
не более 5 м от разведочных выработок, из которых производят от-
бор монолитов горных пород для лабораторных исследований
и выполняют другие нолевые исследования. Практика показы-
вает, что данные зондирования необходимо рассматривать сов-
местно с данными, получаемыми при бурении скважин и про-
ходке горных выработок. Этого требуют ГОСТ 20069—74 и
19912—74. Глубину зондирования определяют исходя из необ-
ходимости исследования определенной толщи горных пород как
оснований зданий и сооружений. Предельная глубина зонди-
рования не должна превышать 20 м. Область применения стати-
ческого и динамического зондирования в зависимости от вида и
физического состояния горных пород регламентируется данными,
приведенными в табл. IV-3.
При статическом зондировании основными показателями
свойств горных пород являются: а) общее сопротивление зондиро-
ванию ₽общ> кгс> б) сопротивление погружению конуса /?кон, кгс/см2;
в) удельное сопротивление погружению конуса /?уд. КО11, кгс/см2;
г) сопротивление трению по боковой поверхности зонда Ртр, кгс/см2.
Общее сопротивление горных пород — это то сопротивление,
которое они оказывают проникновению зонда. Оно равно тому
191
.сото
Т а б л и ц a IV-3
ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ СТАТИЧЕСКОГО И ДИНАМИЧЕСКОГО
ЗОНДИРОВАНИЯ ПО СН 448—72
Вид и физическое состояние горных пород Способ зондирования
статическиi динамический
Песчаные: крупно-, средне-, мелко- и тонко- зернистые влажные и мало- влажные; крупно-, средне- и мелкозерни- стые водоносные; тонкозернистые пылеватые водо- hoci ыг Допус Допускается каются » Не допускается *
Глинистые (супеси, суглинки и глины): твердой, полутвердой и тугопла- стичной консистенции; мя гкоп л асти чн ой, теку чеп л астич- ной и текучей консистенции Допускаются Допускается । Не допускается *
Песчаные и глинистые с содержанием крупнообломочного материала Не допускаются при более 25% | при более 40%
Песчаные водоносные При определении динамической устойчивости Не допускается * | Допускается
Все виды горных пород в мерзлом со- стоянии Скальные и полускальные Крупн ообл омочи ые Не допускаются » » » »
* Допускается по специально разработанной методике при проведении экспери*
ментальных работ.
усилию (кгс), которое передается зонду гидравлическим дом-
кратом или весом груза. При использовании современных гидрав-
лических установок оно равно
^общ = Р^а.1
где р — показание манометра, отражающее давление в цилиндре
гидравлического домкрата, кгс/см2; Гц — площадь поршня гид-
равлического домкрата, см2.
Часть усилий, расходуемых на вдавливание зонда, расходу-
ется на преодоление сил трения между зондом и породой. Если
исключить эти сопротивления, получим сопротивление горных
192
пород, оказываемое непосредственно проникновению конуса,
т. е. сопротивление погружению конуса Лкон
/^кои ^общ ^тр*
Современные установки для статического зондирования позволяют
производить измерение общего сопротивления зондированию по
показаниям манометра, а сопротивления проникновению конуса —
по показаниям динамометра и индикаторов часового типа.
Удельное сопротивление статическому зондированию кону-
сом равно
Г) __ -^кои
ЛуД “ Гк ’
где FK — площадь поперечного сечения конуса, см2.
Удельное сопротивление — это сопротивление горных пород
проникновению конуса, приходящееся на единицу его попереч-
ного сечения. Международными конгрессами по механике грунтов
и фундаментостроению (IV в 1957 г. в Лондоне и V в 1961 г. в Па-
риже) было рекомендовано использовать для статического зон-
дирования конус диаметром 36 мм, площадью 10 см2, с углом при
вершине 60°.
Сопротивление горных пород трению по боковой поверхности
зонда равно
Frp ^?общ ^кон*
Современные конструкции установок для статического зон-
дирования позволяют измерять либо общее сопротивление гор-
ных пород и сопротивление их погружению конуса, либо сопро-
тивление проникновению конуса и величину трения по боковой
поверхности зонда.
При динамическом зондировании горных пород основными
показателями являются: а) показатель динамического зонди-
рования N; б) глубина погружения зонда от определенного числа
ударов стандартного молота S (это число ударов принято назы-
вать залогом); в) условное динамическое сопротивление горных
пород /?д, кгс/см2 (по ГОСТ 19912-74 обозначается р , т. е. не
так, как оно обозначается международными индексами).
Показателем динамического зондирования принято называть
число ударов молота, необходимое для погружения зонда на опре-
деленную глубину. В Советском Союзе эта глубина принята рав-
ной 10 см. Отсюда показатель динамического зондирования ра-
вен
где п — число ударов в залоге; S — глубина погружения зонда
от принятого числа ударов молота в залоге.
Показатель динамического зондирования зависит не только
от сопротивления, оказываемого горными породами проникнове-
193
www .twirpx.coTO
нию зонда, но и от сил трения, развивающихся по боковой поверх-
ности зонда при его погружении, и от увеличения его веса с глу-
биной. Поэтому при обработке результатов испытаний вводят
соответствующие поправки на боковое трение пород и на уве-
личение веса зонда. Эти поправки приводятся в методических
руководствах [461.
Основным показателем свойств горных пород при динамиче-
ском зондировании в Советском Союзе теперь считается услов-
ное динамическое сопротивление горных пород /?д. Только этот
показатель предлагается ГОСТ 19912—74 и «Указаниями по зон-
дированию горных пород для строительства» (СН 448—72). Его
вычисляют по формуле
Р _ КП0Фп
s >
где К — коэффициент для учета потерь энергии при ударе, опре-
деляемый по специальной таблице; По — коэффициент для учета
влияния применяемого оборудования, определяемый по специаль-
ной таблице; Ф — коэффициент для учета трения штанг о горные
породы, определяемый по данным двух испытаний, в одном из
которых зондирование производится в процессе бурения; п —
число ударов в залоге; S — глубина погружения зонда от приня-
того числа ударов молота в залоге.
Для статического и динамического зондирования применяют
разнообразные установки и станки. В Советском Союзе для ста-
тического зондирования наиболее часто используют установки
конструкции ГПИ Фундаментпроект марки С-979, БашНИИ-
промстроя марки С-832 и ВСЕГИНГЕО марки СПК. Известны
установки конструкции и других организаций.
Установка статического зондирования С-979 (рис. 1V-51)
выпускается серийно Московским заводом строительных машин.
Она смонтирована на двух одноосных шасси: на первом сама уста-
новка, на втором—маслонасосная станция. Сама установка со-
стоит из следующих основных частей:
1) зонда, представляющего собой штангу диаметром 36/20 мм,
внутри которой перемещается стержень диаметром 18 мм с кони-
ческим наконечником в нижней части; диаметр основания нако-
нечника 36 мм, площадь 10 см2, угол при вершине 60°; эта кон-
струкция зонда позволяет измерять раздельно общее сопротив-
ление горных пород статическому зондированию и их сопротив-
ление погружению конуса; сопротивление горных пород трению
по боковой поверхности зонда определяется по разности;
2) залавливающего устройства, в свою очередь состоящего
из двух трубчатых направляющих стоек, соединенных верхней
и нижней траверсами, и гидравлического домкрата грузоподъ-
емностью 10 т, укрепленного на верхней траверсе и соединяюще-
гося шлангом с маслонасосной станцией;
194
а б
Рис. IV-51. Установка С-979 конструкции ГПИ Фундаментпроект для
производства статического зондирования.
а — j. абочее положение; б — конический наконечник; в — транспортное
положение установки (без маслоиасосной станции).
7 — рама; 2 — манометр; 3 — шланг; 4 — измерительная головка с дина-
мометров и индикатором часового типа; 5 — гидравлический домкрат; 6 —
верхняя траверса; 7 — направляющие стойки 8 — нижняя тргзверса; 9 —
шасси; 10 — винтовые анкерные сваи; 11 — зонд; 12 — конический нако-
нечник; 13 — внутренний стержень- /4 — наружная штанга зонда.
195
WWW.tWftpX.COI»
3) измерительной аппаратуры, включающей измерительную
головку с динамометром часового типа, рассчитанного на макси-
мальное усилие 5 тс, манометр и мерную рейку; манометром из-
меряют общее сопротивление зондированию, динамометром —
сопротивление погружению конуса, рейкой — перемещение зонда
при его задавливании;
4) рамы на одноосном шасси, на которой смонтирована вся
установка и два комплекта винтовых анкерных свай; один ком-
плект используют при испытаниях горных пород задавливанием,
второй подготавливают для зондирования на следующей точке.
Рис. IV-52. Установка С-832 конструкции БашНИИпрома для производ-
ства статического зондирования (в транспортном положении).
/ — зонд; 2 — подъемная мачта; 3 — гидравлическая система; 4 —
электрооборудование; 5— анкерная винтовая свая: 6 **» упорная тра-
верса.
Установка С-832 конструкции БашНИИпрома смонтиро-
вана на автомобиле ГАЗ-63 или ЗИЛ-157 (рис. IV-52). Зонд
и две анкерные винтовые сван погружаются в горные породы
гидравлическими домкратами. Гидравлический домкрат для
задавливания зонда установлен на мачте, поднимающейся в оа-
бочее положение из транспортного гидравлическим устройст-
вом. Диаметр штанг зонда 34 мм, площадь основания конического
наконечника 10 см2, угол при вершине конуса 60°. Конструкция
зонда позволяет измерять раздельно сопротивление горных по-
род погружению конуса и сопротивление их трению по боковой
поверхности зонда. Все измерения производятся датчиками, со-
единенными с самопишущими приборами электрическими про-
водами. Питание измерительной системы осуществляется от
аккумулятора.
Установка СПК — станция пенетрационного каротажа (см.
гл. III, рис. Ш-9) — позволяет исследовать одновременно плот-
ность горных пород гамма-гамма-методом, влажность нейтрон-
ным методом, плотность и прочность по сопротивлениям, оказы-
ваемым погружению зонда. Зонд, содержащий источник излу-
чения, навинчивают на колонну штанг, которые гидравлическим
устройством зада вливаются в породу. Эта установка для стати-
ческого зондирования смонтирована на автомобиле ЗИЛ-157.
В процессе погружения зонда интенсивность гамма-излучения
измеряется и по кабелю передается в лабораторию, организо-
196
ванную в специальном автобусе, где с помощью самописцев запи-
сывается в виде непрерывной диаграммы.
При динамическом зондировании зонд с коническим наконеч-
ником забивают в горные породы ударами молота. Стандартный
зонд состоит из штанг диаметром 42 мм и конуса с диаметром в ос-
новании 74 мм и углом при вершине 60°. Конус на штанге навин-
чивают (инвентарный конус) или свободно надевают и крепят
шпилькой (съемный конус), которая при подъеме штанг среза-
ется и конус остается в породе. Погружение конуса осуществля-
ется ударами молота массой 60 кг, сбрасываемого с высоты 80 см.
При испытаниях горных пород динамическим зондированием,
как и статическим, применяют разнообразные установки и станки.
В Советском Союзе для этих целей широко используются уста-
новки УБП-15 или УБП-15м конструкции Гидропроекта (рис.
1V-53). Кроме этих применяют установки с автоматическим уст-
ройством для регистрации числа ударов молота и глубины погру-
жения зонда (конструкции НИИОПС) и для подъема и сбрасы-
вания молота (конструкции Киевгипротранса). Эстонпроектом
сконструирована и многими организациями применяется легкая
переносная установка для динамического зондирования. При
работе с этой установкой подъем и сбрасывание молота осущест-
вляются вручную. Наконец, в ряде случаев для динамического
зондирования успешно применяют буровые станки ударного дей-
ствия — УГБ-50 (см. гл. III, рис. Ш-13) и БУКС-ЛГТ (см.
рис. Ш-15), для которых изготавливают навесные приспособле-
ния для подъема и сбрасывания молота при забивке зонда.
Требования, предъявляемые ГОСТ 20069-74 и 19912-74 к уста-
новкам для статического и динамического зондирования, при-
ведены в табл. IV-4 и IV-5. Как видно из этих таблиц, для стати-
ческого зондирования применяют три типа оборудования уста-
новок, характеризующихся следующими значениями кинети-
ческой энергии молота при ударе: 1) легкое, применяемое при
/?л менее 7 кгс/см2; 2) основное, применяемое при /?д от 7 до
175 кгс/см2, и 3) тяжелое, применяемое при /?д более 175 кгс/см2.
При подготовке к испытаниям горных пород статическим и
динамическим зондированием производят проверку исправности
всего оборудования и соответствие его градуировочным данным.
Плановое и высотное положение точек зондирования определяется
инструментально.
При статическом зондировании глубину погружения зонда
в горные породы определяют по мерной рейке или по ленте само-
писца, если установка оборудована автоматическим устройством.
Сопротивление горных пород погружению зонда измеряют в про-
цессе зондирования непрерывно, ориентировочно через каждые
0,2 м. Скорость погружения зонда должна быть около 1 м/мин.
Остановки допускаются только для наращивания штанг.
Динамическое зондирование выполняют путем последователь-
ной забивки зонда в горные породы свободно падающим молотом
197
WVW .tWirpX.COTO
$30 6
Рис. IV-53. Установка УБП-15 конструкции Гидропроекта для производства
динамического зондирования.
а — установка в рабочем положении; б — конические наконечники инвен-
тарный и съемным; в — навесное устройство для подъема и сбрасывания
ударного молота.
/ — ударный молот; 2 — кулачки для захвата и сбрасывания молота;
3 — направляющая штанга; 4 — траверса для подъема молота; 5 — мачта;
6 — трос; 7 лебедка; 8 двигатель; 9 — ручная лебедка; 10 — рама;
11 — опоры-
198
Т а б л и ц a IV-4
ТРЕБОВАНИЯ К УСТАНОВКАМ ДЛЯ СТАТИЧЕСКОГО ЗОНДИРОВАНИЯ
(ГОСТ 20069—74)
Состав оборудования
и его характеристика
Основные параметры
оборудования
Наконечник зонда:
геометрическая форма
диаметр основания конуса, мм
образующая конуса, мм
Штанга зонда:
диаметр, мм
длина звена, мм
Залавливающее устройство:
скорость погружения зонда, м/мпн
скорость извлечения зонда, м/мин
усилие задавливания зонда, тс
Измерительное устройство:
диапазон измеряемых усилий под конусом, тс
диапазон измеряемых усилий на зонд в целом
класс точности измерительных приборов, тс
Конус с углом при
вершине 60°
36
36
36
1000
0,2—2
Не ограничивается
Не менее 10
0,1—5
0.2—10
0,6
Т а б л и ц a IV-5
ТРЕБОВАНИЯ К УСТАНОВКАМ ДЛЯ ДИНАМИЧЕСКОГО ЗОНДИРОВАНИЯ
(ГОСТ 19912—74)
Основные параметры оборудования
в зависимости от его типа
Состав оборудования и его характеристика
Легкое Основное Тяжелое
Наконечник зонда: геометрическая форма Конус с углом при вершине 60°
диаметр основания конуса, мм Штанга зонда: диаметр, мм длина звена, мм Ударное устройство: масса молота, кг высота падения молота, см Измеритель»ое уст рой ство: цепа деления шкалы, см 30 40 74 42 1500 60 80 1±0,1 120 100
199
СкважинаД 8
Диаметр скважины Д-168мм, Способ бурения:ударно-канап
Рбс отм устья 99,62м. Ночато-окончено 5-b/VI 1970
200
Е
подошы'
слоя.м
0,30
38,72
1,50 38)20,80
1,30
2,8036,82
7,40
32,11
4,60
WZOJO
8J0
Галечники
с гравием
0,90
1но-канатный Точка зондирования СЗ-П
1г- Тип установки С-979
Рбс. отметка поверхности 99,59м
Дата зондирования 7//7 1970 г.
id 80 120 150 20д 2308у8,он, кгс/см1
5 8 нП.,тс
ПоЗзсч-
Описание
грунта
W0.
•2.1й
Суглинок серо
вато-коричне-
вый с включением
гальки и гравия,,
тугопластичной
консистенции,с
глубины 5,4 м -
полутвердой
консистенции
Песок желту-се
рыи, крупный,
кварцевый
Почвенно-расти
тельный слой
Песок серый,мел-,
кий,ожелезненный
Песок средней
крупности, силь-
но влажный
Н'жл
v3
•S$
ч8,к
•6.W
• • о
•800
Рис. IV-54. График изменения удельных сопротивлений горных пород погружению конуса (У?уд кон)
и сопротивления горных пород тренню по боковой поверхности зонда (ЛТр) с глубиной по резуль-
татам статического зондирования.
1—3 — места отбора проб; 1 — горных пород нарушенного сложения. 2 — горных пород естественного
сложения. 3 — грунтовой воды.
ю
Рис. IV-55. График изменения условного динамического сопротивления горных пород (Лд) с глубиной
по результатам динамического зондирования.
! — место отбора пробы горных пород нарушенного сложения: 2 — кривая изменения количества уда-
ров нарастающим итогом; 3 — место отбора проб горных пород естественного сложения; 4 — значения
/?д, осредненные по интервалам.
hVfrpx.coTO
T а б л п u a IV-6
ОРИЕНТИРОВОЧНЫЕ ЗНАЧЕНИЯ ПЛОТНОСТИ СЛОЖЕНИЯ ПЕСКОВ
ПО ДАННЫМ. СТАТИЧЕСКОГО ЗОНДИРОВАНИЯ (ПО CH 44S—72)
Состав в состояние песков Удельное сопротивление погружению конуса ^уд. кон’ кгс/см2 Плотность сложения песков
Крупно- и средиезернистые >150 50—150 <50 Плотные Средней плотности Рыхлые
Мел козерп и стые >120 40—120 <40 Плотные Средней плотности Рыхлые
Тонкозернистые маловлаж- ные >100 30—100 <30 Плотные Средней плотности Рыхлые
1 он козернистые водон асы- щенныс >70 20—70 Плотные Средней плотности Рыхлые
Т а б л п ц a IV-7
ОРИЕНТИРОВОЧНЫЕ ЗНАЧЕНИЯ ПЛОТНОСТИ СЛОЖЕНИЯ ПЕСКОВ
ПО ДАННЫМ ДИНАМИЧЕСКОГО ЗОНДИРОВАНИЯ (ПО ГН 44S—72)
Состав и состояние песков Условное динамическое сопротивление /?д, кгс/см2 Плоти ость сложения песков
Пески естественного сложения: крупно- и среднезернистые, независимо от влажности <35 35—125 >125 Рыхлые Средней Плотные плотности
мелкозернистые маловлаж- ные <30 30— 110 >110 Рыхлые Средней 11лотиые плотности
тонкозернистые маловлаж- пые и мелкозернистые во- донасыщенные <20 20—85 >85 Рыхлые Средней Плотные плотности
Пески свежен амытые (в первый месяц после намыва): мелко- и средиезернистые малоил ажпыс <35 35—110 >110 Рыхлые Средней Плотные плотности
мелко- и средиезернистые водонасыщенные <20 20—85 >85 Рыхлые Средней 11лотпые плотности
202
Т а б л и ц a IV-8
ОРИЕНТИРОВОЧНЫЕ ДАННЫЕ О КОНСИСТЕНЦИИ глинистых
ПОРОД ПО ДАННЫМ СТАТИЧЕСКОГО ЗОНДИРОВАНИЯ
(ПО Ю. Г. ТРОФИМЕНКОВУ И Л. Н. БОРОВКОВУ)_________
Удельное сопротивление глинистой породы погружению конуса «УД. КОН- |!гс/“'2 Консистенция
>50 Твердая
30—50 Полутвердая
10—30 Гугопластичная
<10 Мягкопластичная и текучепла- стичная
с измерением глубины погружения зонда от определенного числа
ударов молота (залога). В Советском Союзе, как уже было отме-
чено, эта глубина принята равной 10 см и измеряется с погреш-
ностью ±0,5 см. Динамическое зондирование производят непре-
рывно до заданной глубины или до резкого уменьшения скорости
погружения зонда (менее 2—3 см за залог). Перерывы в погруже-
нии зонда допускаются только для наращивания штанг.
При статическом и динамическом зондировании необходимо
постоянно контролировать вертикальность погружения зонда.
Все наблюдения при зондировании записывают в журналы опре-
деленной формы [43 ], и результаты оформляют в виде графиков
изменения показателей сопротивления зондированию (7?г>бщ, Л\он,
^уД. кон. S или Яд) с глубиной (рис. IV-54 и IV-55). Как стати-
ческое, так и динамическое зондирование наглядно показывает
изменение сопротивления горных пород с глубиной и соответ-
ственно изменение их плотности, прочности и др.
Многолетний опыт исследований песчаных и глинистых пород
позволил установить 148 I ориентировочные значения показателей
их плотности (табл. IV-6 и IV-7), консистенции (табл. 1V-8), проч-
ности (габл. IV-9 п IV-10) и деформационных свойств
Т а б л и ц a 1V-9
ОРИЕНТИРОВОЧНЫЕ ЗНАЧЕНИЯ УГЛА ВНУТРЕННЕГО ТРЕНИЯ
ПЕСКОВ КРУПНО-, СРЕДНЕ- И МЕЛКОЗЕРНИСТЫХ ПО ДАННЫМ
СТАТИЧЕСКОГО ЗОНДИРОВАНИЯ (ПО СН 448 — 72)________
Удельное сопротивление погружению конуса Яуд.кон, кгс/см2 Угол внутреннего трения (градусы) при глубине зондирования, м
<2 2—5 >5
10 28 27 26
20 30 29 28
40 32 31 30
70 34 33 32
120 36 35 34
200 38 37 36
300 40 39 38
203
.сото
Таблица IV-10
ОРИЕНТИРОВОЧНЫЕ ЗНАЧЕНИЯ УГЛА ВНУТРЕННЕГО ТРЕНИЯ
ПЕСКОВ ПО ДАННЫМ ДИНАМИЧЕСКОГО ЗОНДИРОВАНИЯ
(ПО СН 448—72)
Условное динамическое сопротивление Яд. кгс/см8 У-ол внутреннего трения песков градусы
крупно- и ср еднезери истых мелкозернистых тонкозернистых
20 30 28 26
35 33 30 28
70 36 33 30
ПО 38 35 32
140 40 37 34
175 41 38 35
(табл. IV-11 и IV-12). Используя результаты этих исследований,
необходимо помнить, что зондирование — это экспресс-методы,
дающие возможность быстро получать предварительные ориенти-
ровочные представления о свойствах песчаных и глинистых
пород. Поэтому его необходимо проводить в комплексе с другими
видами работ и на основе сопоставления результатов параллель-
ных исследований устанавливать корреляционные зависимости
Т а б л и ц a IV-11
МОДУЛЬ ОБЩЕЙ ДЕФОРМАЦИИ ПЕСЧАНЫХ И ГЛИНИСТЫХ
ПОРОД НО ДАННЫМ ЗОНДИРОВАНИЯ (ПО СН 448 — 72)
Горные породы Е„. -гс/см
Пески Глины и суглинки Глины и суглинки 3/?уд. кон (статическое) 7RуД. кон (статическое) 6А?д (динамическое)
Т а б л и ц a IV-12
ОРИЕНТИРОВОЧНЫЕ ЗНАЧЕНИЯ МОДУЛЯ ОБЩЕЙ ДЕФОРМАЦИИ
ПЕСКОВ ПО ДАННЫМ ДИНАМИЧЕСКОГО ЗОНДИРОВАНИЯ
(ПО СН 448—72)
Дд. кгс/см! Ео, кгс/см2 для лесков
крупно- и среднезернистых мелкозернистых тон козе р н истых
20 160—200 130 80
35 210—260 190 130
70 340—390 290 220
ПО 440—490 350 280
140 500—550 400 320
175 550—600 450 350
204
между сопротивлением горных пород определенных генетических
и петрографических типов зондированию и другими их свойствами
для конкретного участка или строительной площадки.
Исследование напряженного состояния гор-
ных пород в условиях естественного залегания методом разгрузки.
В курсе «Инженерной петрологии» [18 J уже обращалось внимание
на то, что горные породы в условиях естественного залегания
в земной коре находятся в напряженном состоянии. На это ука-
зывают землетрясения, неотектонические движения, проявле-
ния различных динамических форм горного давления в горных
выработках («стреляние», выбросы угля и газов, горные удары),
разуплотнение пород, появление трещин, систем трещин и зон
трещин упругого отпора в горных породах при их разгрузке,
аномально высокое пластовое давление на нефтяных и газовых
месторождениях и другие явления. Поэтому при проектировании
и строительстве различных сооружений и выполнении инженер-
ных работ общепризнанной является необходимость учета на-
пряженного состояния горных пород и связанных с ним яв-
лений.
Напряженное состояние горных пород в условиях естественного
залегания имеет геологическую природу и связано с существова-
нием глобального поля напряжений, обусловленного преиму-
щественно современным сжатием Земли. Это поле напряжений
неоднородно не только по природе сил, его вызывающих (грави-
тационные, тектонические и др.), но и по ориентировке в простран-
стве его составляющих. Во многих случаях оно характеризуется
значительной анизотропией горизонтальных сжимающих напря-
жений. Распределение избыточных горизонтальных напряжений
в горных породах земной коры показывает, что они связаны
преимущественно с областями активных новейших и современных
тектонических движений.
Обобщение данных измерений напряжений в горных породах,
выполненное рядом исследователей (П. Н. Кропоткиным, Н. К. Бу-
лииым и др.), показывает, что избыточные горизонтальные на-
пряжения наблюдаются повсеместно на всех континентах, глав-
ным образом в горных породах складчатого фундамента плат-
форм, независимо от их возраста, т. е. в породах твердых (скаль-
ных) и частично в относительно твердых (полускальных). Рассчи-
тать, такие напряжения практически невозможно, их необходимо
измерять.
Распределение напряжений в горных породах осадочного
чехла древних и молодых платформ иное, чем в твердых (скаль-
ных) породах фундамента. Многочисленные измерения показы-
вают, что вертикальная составляющая регионального поля Земли
в таких породах полностью определяется нагрузкой вышеле-
жащих пород. Значение вертикальной составляющей напряжений
линейно возрастает с глубиной и соответствует гравитационным
напряжениям, рассчитанным по данным средней плотности вы-
205
шележащих горных пород. Такое изменение напряжений, как
правило, хорошо контролируется изменением физического со-
стояния и свойств пород: их плотности, пористости, влажности,
прочности в связи с изменением степени их литификации, и только
в отдельных аномальных случаях такого соответствия не наблю-
дается в связи с особыми геохимическими условиями.
Таким образом, при проектировании сооружений или инже-
нерных работ в областях активных новейших и современных тек-
тонических движений можно ожидать избыточное (по отношению
к весу вышележащих масс) напряженное состояние твердых
(скальных) горных пород. Рассчитать это напряжение, как уже
было отмечено, нельзя, его надо измерять. В других группах
горных пород естественное напряженное состояние определяется
главным образом гравитационными силами, и сравнительно
легко рассчитывается. Поэтому когда ставится задача исследо-
вать напряженное состояние горных пород в условиях естествен-
ного залегания, обычно имеются в виду те избыточные напряжения,
которые возникают в горных породах под влиянием тектонических
движений.
Результаты измерений естественных напряжений разной при-
роды (тектонической, гравитационной и др.) показывают, что
в зоне строительных и горных выработок, так же как и в зонах
эрозионных врезов, наблюдаются изменения напряженного со-
стояния горных пород.
В курсе «Инженерной петрологии» 118] отмечалось, что в од-
них случаях наблюдается концентрация сжимающих и растяги-
вающих напряжений, в других они ослабевают, «рассасываются».
Так, например, распределение напряжений вокруг горных вы-
работок зависит как от геологических условий участка, состоя-
ния и свойств слагающих его горных пород, так и от формы и
размеров поперечного сечения выработок, скорости их проходки
и крепления. Поэтому при проектировании подземных сооруже-
ний важно иметь данные о распределении напряжений в горных
породах и связанных с ними явлениях. Все это также вызывает
необходимость производить специальные работы с целью измерения
напряжений в горных породах.
Существующие полевые методы исследования напряженного
состояния горных пород можно подразделить на структурно-ге-
ологические, геофизические п непосредственных измерений. Пер-
вые дают возможность получать представления о вероятном
направлении тектонических сжимающих и растягивающих на-
пряжений в горных породах на основании анализа структурно-
тектонических условий, неотектонических движений и сейсмич-
ности района. Известно, что тектонические сжимающие и растя-
гивающие напряжения обычно ориентированы вкрест прости-
рания складок, тектонических разрывов, систем трещин и других
структур. Все это позволяет делать заключение об ориентировке
действующих в горных породах напряжениях.
206
Геофизические методы дают косвенные представления об
ориентировке напряжений в разных точках геологической струк-
туры и их величине. Основой для таких представлений служат
изменения скорости распространения упругих продольных волн
в горных породах и некоторых других их физических свойств в за-
висимости от напряженного состояния. Измеряя скорость распро-
странения упругих волн, преимущественно акустической и ультра-
звуковой частоты, получают схему ориентировки напряжений
в горных породах и их значение.
Рис. IV-56. Принципиальные схемы методов непосредственных измерений
напряжений в горных породах.
А — методы разгрузки, сопровождаемые измерениями: а —. торцевых
деформаций керна; б — напряжений в цилиндрическом керне; в — напря-
жений в скважине.
Б — методы нагрузки, сопровождаемые измерениями: г — деформаций
в плоскости прорези; д — деформаций в скважине* 1 — измеритель де-
формаций; 2 — измеритель напряжений; 3 — прибор для нагружения
пород — гидроподушка или домкрат; 4 —. прибор для нагружения пород
в скважине — динамометр или прессиометр.
Методы непосредственных измерений основаны на использо-
вании специальных приборов (тензометров) для измерения на-
пряжений по величине возникающих деформаций в породах и
жестких датчиков (деформометров) для прямого измерения на-
пряжений в горных породах в процессе их разгрузки или путем
их нагружения до устранения возникших после разгрузки де-
формаций. Это достаточно точные методы, позволяющие решать
разнообразные общегеологические и практические инженерные
задачи. Принципиальные схемы методов непосредственных из-
мерений напряжений в горных породах показаны на рис. 1V-56.
Из всех разновидностей методов непосредственных измерений
напряжений в горных породах наибольшее распространение
получил метод разгрузки, сопровождающийся измерением торце-
вых деформаций керна. Этим методом можно измерять напряже-
ния не только на обнаженных поверхностях горных пород, но
и на значительных глубинах от их обнажения. Схема таких из-
мерений показана на рис. IV-57. Последовательность проведения
207
.ЫПфХ.СОТО
этих измерений следующая: бурят опытную скважину диаметром 75,
105 или 111 мм и более до необходимой глубины и на вертикальную
пришлифованную поверхность забоя с помощью специального
досылочного устройства наклеивают электротензометры с про-
волочными датчиками сопротивления. Описание таких датчиков
приведено в руководствах [36,37,41,50]. Тензодатчики на забое
скважины ориентируют так, чтобы они измеряли линейные де-
формации в направлении действия главных напряжений: верти-
Рис. IV-57. Схема измерений напряжений в горных породах методом разгрузки
с измерением торцевых деформаций керна.
1 — штольня; 2 — буровой станок; 3 — буровые штанги; 4 — колонковая труба; 5 —*
прибор для измерения электрических сопротивлений; 6 — соединительные провода;
7 — буровая скважина, на забое наклеены тензометры; 8 — тензометры; 9 — керн,
разгруженный с наклеенными тензометрами.
кальных oz = О! и горизонтальных = о2 и о9 — о3. Затем
производят измерение начальных (нулевых) омических сопро-
тивлений по каждому тензометру и обуривают керн на глубину
1—2 диаметров скважины. Этим самым производят разгрузку
горных пород, слагающих керн. После этого производят повторное
измерение омических сопротивлений по каждому тензометру.
Определив приращение омических сопротивлений, вычисляют
линейную деформацию керна по каждому тензометру. Определив
линейную деформацию, вычисляют соответствующие напряжения
согласно законам теории упругости:
£
= °1 — 1 I |,2 (е1 + Нег);
1 т И
£
= О2 == Т+рГ
где ог, — главные напряжения; еъ е2 — главные деформации;
Е — модуль упругости горных пород; у — коэффициент попереч-
208
ной деформации горных пород. Упругие постоянные горных пород
Е и р определяют по керну лабораторным способом [19] или
полевыми методами (см. гл. III).
Исследование напряженного состояния горных пород по каж-
дой скважине обычно производят несколько раз по мере ее углуб-
ления. По значениям напряжений, полученным в разных точках
вдоль каждой скважины, вычисляют среднее значение напряжений.
Для определения более полного пространственного распределения
напряжений в горных породах на том или ином участке измерения
производят в двух пли трех опытных скважинах, ориентированных
Рис. 1V-58. Ориентация направлений опыт-
ных скважин для более полного определе-
ния пространственного распределения на-
пряжений в горных породах.
2, х, у — осн главных напряжений.
взаимно перпендикулярно, в соответствии с его структурно-тек-
тоническими условиями (pnc.IV-58). Подробное описание методики
исследований напряженного состояния горных пород методами
разгрузки и другими приводится в соответствующих руковод-
ствах [36, 50].
Другие виды опытных работ. В практике
инженерных изысканий кроме опытных работ, описание которых
приведено выше, приходится выполнять и другие с целью решения
разнообразных специальных задач. Так, известны примеры ис-
следования степени трещиноватости и водопроницаемости горных
пород путем нагнетания в них сжатого воздуха. Сравнительно
часто выполняют опытную цементацию горных пород с целью
установления необходимых параметров для проектирования про-
изводственных работ на конкретном участке. Выбор цементного
раствора, режима цементации (давление, продолжительность на-
гнетания цементного раствора), способа цементации (зонами
снизу вверх или сверху вниз), радиуса распространения цемент-
ного раствора в породе, а следовательно, и расстояния между
цементационными скважинами в каждом конкретном случае
должны обосновываться данными опытной цементации.
При проектировании зданий и сооружений теперь очень часто
выполняют опытные работы по статическому и динамическому
испытанию свай. С помощью этих опытов определяют несущие
8 В. Д. Ломтадзе
209
www.twirpx.com
способности свай и размер возможных их перемещений (деформа-
ций) под нагрузкой. Согласно ГОСТ 5686—69 сваи в полевых
условиях испытывают следующими видами нагрузок: статиче-
ской — осевое вдавливание, горизонтальное перемещение и осе-
вое выдергивание свай (для всех видов свай, кроме бетонных);
динамической (ударной) — забивка и добнвка.
Применяются и другие виды опытных работ, описание которых
здесь привести не представляется возможным. Заметим только,
что при геологическом обосновании проектов зданий и сооруже-
ний и инженерных работ, рационального использования геоло-
гической среды и ее охраны целесообразность и экономическая
выгодность принимаемых инженерных решений должны быть
достаточно обоснованными и доказанными. В этом плане роль
опытных работ исключительно велика. Поэтому в каждом кон-
кретном случае надо уметь найти целесообразный вид и метод
работ для такого обоснования и доказательства. Это есть показа-
тель творческой инженерной подготовленности и инициативы
инженера-геолога, выполняющего инженерные изыскания.
ГЛАВА V
РЕЖИМНЫЕ
СТАЦИОНАРНЫЕ НАБЛЮДЕНИЯ
ПРИ ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИХ
ИССЛЕДОВАНИЯХ
Назначение режимных стационарных наблю-
дений при инженерных изысканиях и их состав. Для геологиче-
ского обоснования проектов сооружений и инженерных работ
требуется полная характеристика инженерно-геологических ус-
ловий территорий или строительной площадки, причем не только
их фактического состояния, по и динамики развития, т. е. изме-
нений отдельных элементов этих условий во времени. Например,
необходимо представлять, как изменяются уровни воды в реке,
озере, водохранилище, уровни подземных вод и связанные с ними
явления затопления и подтопления территорий, как изменяются
характер и скорость развития геологических процессов, осадки
и деформации сооружений и другие явления. Все такие качест-
венные и количественные изменения инженерно-геологических
условий территорий в целом или отдельных элементов этих ус-
ловий во времени характеризуют их динамику (см. гл. I). Дина-
мика процессов и явлений может иметь определенный режим,
когда их изменения закономерны во времени и обусловлены, на-
пример, климатическими, гидрологическими или в целом физико-
географическими условиями.
Наблюдения за динамикой процессов и явлений на наблюда-
тельных стационарах — участках, точках, пунктах — с целью
выявления их закономерностей и обусловленности составляют
определенный, очень важный вид геологических работ, называ-
емый режимными стационарными наблюдениями. Эти наблюде-
ния необходимы также для того, чтобы получать возможность
предвидеть (прогнозировать) тенденцию и масштаб развития тех
или иных процессов и явлений под влиянием естественных или
искусственных условий.
Наблюдения за развитием процессов и явлений во времени
при инженерных изысканиях обычно выполняют с целью: 1) по-
лучения их качественных и количественных характеристик и
оценок; 2) установления закономерностей развития процессов
и явлений и выявления причин, их обусловливающих; 3) преду-
преждения опасных и катастрофических проявлений процессов;
4) составления прогноза развития процессов и опасных явлений;
Б) обоснования необходимых мероприятий по охране геологиче-
8:
211
‘WVW.tWtrpX.COTO
ской среды, обеспечению устойчивости сооружений, жизни и
деятельности людей, управлению геологическими процессами и
явлениями в нужном для человека направлении. Таково главное
назначение режимных стационарных наблюдений. Они имеют
очень важное значение, так как во многих случаях только в ре-
зультате их выполнения можно установить причины, условия
и закономерности развития неблагоприятных или опасных про-
цессов и явлений и обосновать пути и средства управления ими.
При проектировании, строительстве и эксплуатации соору-
жений и хозяйственном использовании территорий чаще всего
приходится выполнять следующие виды режимных стационарных
наблюдений: а) метеорологические и гидрологические; б) гидро-
геологические; в) геотермические; г) за деформациями масс гор-
ных пород на склонах, в откосах, на оползневых участках, в под-
земных выработках и котлованах; д) за осадками и деформациями
сооружений; е) за скоростью и характером развития процессов
выветривания, эрозии, абразии, пучения горных пород, за
их физическим состоянием и другими процессами и явлениями.
Роль режимных стационарных наблюдений на разных стадиях
инженерных изысканий неодинакова. Как видно на рис. 1-6
(см. гл. I), основной их объем обычно производят на стадии де-
тальных исследований. Они дополняют другие виды геологиче-
ских работ и поэтому обеспечивают полное и детальное изучение
инженерно-геологических условий при решении тех или иных
инженерных задач. В небольшом объеме эти наблюдения иногда
выполняют па стадиях предварительных и рекогносцировочных
исследований, когда без материалов стационарных режимных
наблюдений невозможно решить поставленные задачи. Их выпол-
няют также при дополнительных изысканиях для обоснования
рабочих чертежей и очень часто в период эксплуатации сооруже-
ний и территорий, в отличие от других видов геологических ра-
бот. В этом последнем состоит одна из характерных особенностей
режимных стационарных наблюдений.
Метеорологические и гидрологические наблю-
дения. Как уже было показано в курсе «Инженерной геодина-
мики» [9], климат, реки, озера, водохранилища и моря могут
существенно определять развитие геологических процессов и явле-
ний и формирование инженерно-геологических условий террито-
рий. Поэтому характеристика, оценка этих условий и прогноз
их изменений во времени немыслимы без учета некоторых данных,
характеризующих климат и гидрологические особенности рек и
водоемов рассматриваемого района.
Из метеорологических данных первостепенное значение обычно
имеют следующие.
1. Количество (сумма) атмосферных осадков и их распределение
по временам года, в том числе высота снежного покрова в пределах
разных элементов рельефа, норма осадков, коэффициент, норма
и модуль стока. При характеристике распределения осадков
212
во многих случаях важно обращать внимание на их интенсивность
в летние месяцы.
2. Абсолютная и относительная влажность воздуха, влияющие
на испарение и испаряемость влаги, водный баланс местности,
влажностный режим горных пород в зоне аэрации и другие явле-
ния.
3. Распределение температуры воздуха по отдельным пери-
одам времени года, их средние, максимальные и минимальные
значения, годовые, сезонные и суточные колебания.
4. Направление и скорость ветра, периоды продолжительного
действия ветров господствующих направлений. Розы ветров:
годовая и для характерных периодов года.
5. Глубина сезонного промерзания горных пород на разных
элементах рельефа и разной их экспозиции, на поверхностях,
покрытых снегом и обнаженных, в разных горных породах.
Все эти метеорологические данные, характеризующие клима-
тические особенности района, можно получить из справочников,
специальных изданий (ежегодники, кадастры) гидрометеороло-
гической службы СССР, на метеостанциях и в гидрометеоуправ-
лениях. Однако иногда возникает необходимость в1 учете местных,
локальных микроклиматических условий. В этих случаях при
производстве инженерных изысканий организуют наблюдения
за отдельными элементами или комплексом элементов метеороло-
гических условий. При организации таких наблюдений необ-
ходимо руководствоваться «Наставлениями гидрометеорологи-
ческим станциям и постам гидрометеорологической службы СССР».
При этом важно учитывать, что в Советском Союзе вся техника и
методика метеорологических наблюдений строго регламентиро-
вана. Поэтому для того чтобы обеспечить должный уровень ин-
женерных изысканий, необходимо прежде всего строго придержи-
ваться правил метеорологических наблюдений, приведенных в ука-
занных п аста плен и я х.
Для решения инженерно-геологических задач представляют
интерес следующие гидрологические параметры рек и водоемов:
1) уровенный режим и связанные с ним явления затопления и
подтопления; 2) скорости и расходы воды речных потоков. Для
интересующего конкретного участка важно устанавливать зна-
чения размывающих и критических скоростей потоков и макси-
мальные расходы по многолетним данным; 3) ледовый режим;
4) минерализация, химический состав и агрессивность поверхност-
ных вод; 5) твердый сток, его состав и условия формирования;
6) волновые явления на водоемах и их параметры — высота волны
h = f (W, t, D, H); энергия волны E = 1/8Л2Л; высота вскаты-
вания волны ht = 3,2 kh tg а; сила удара волны Р =•= yBV2/g.
Определения и роль всех этих параметров гидрологических усло-
вий рек и водоемов, оказывающих влияние на развитие геоло-
гических процессов и формирование инженерно-геологических
условий территорий, приведены в курсе «Инженерной геодина-
213
мики» [91, в работах и руководствах по гидрологии, океанологии
И др.
Сбор, обобщение и оценка гидрологических данных, а в отдель-
ных случаях организация соответствующих наблюдений — непре-
менное условие эффективности решения задач инженерных изы-
сканий для обоснования проектов сооружений и инженерных
работ. При проектировании крупных объектов в состав экспеди-
ций, выполняющих инженерные изыскания, привлекаются гидро-
логи для выполнения гидрологических изысканий. Инженер-
геолог должен понимать значение гидрологических данных для
решения инженерных задач, уметь пользоваться ими и быть
знакомым с организацией и методикой таких наблюдений. Гидро-
логические данные, включающие исходные материалы наблюдений
за режимом поверхностных вод рек, озер, водохранилищ, мо-
рей, болот, и их научное обобщение приведены в специальных
выпусках и справочниках гидрометеорологической службы СССР.
Эта служба в настоящее время издает новый водный кадастр
Советского Союза, публикуемый под общим названием «Ресурсы
поверхностных вод СССР».
Гидрогеологические наблюдения. Подземные
воды являются важнейшим элементом инженерно-геологических
условий той или иной территории. При проектировании и стро-
ительстве сооружений, рациональном использовании территорий,
геологической среды подземные воды всегда имеют только ин-
женерно-геологическое значение. Поэтому изучение подземных
вод — их распространения, условий залегания, гидравлических
особенностей, условий питания и разгрузки, запасов (ресурсов),
режима, химизма и т. д. — необходимо производить на всех
стадиях инженерных изысканий. Без должного учета влияния
подземных вод на развитие геологических процессов и явлений,
влажности и водоносности горных пород не могут быть сделаны
правильная оценка инженерно-геологических условий террито-
рий и прогноз их изменений. При инженерных изысканиях изу-
чение подземных вод, как и других природных элементов, должно
быть само собой разумеющимся. Такая постановка вопроса со-
вершенно не исключает использование при инженерных изы-
сканиях методов гидрогеологии, как и других наук, но говорить
и ставить вопрос о необходимости выполнения одновременно
с инженерно-геологическими исследованиями специальных гидро-
геологических неправомерно и неправильно. Поэтому сле-
дует обратить особое внимание специалистов по инженерной
геологии на необходимость хорошей их подготовки в области
гидрогеологии и на важность изучения подземных вод, их режима
при инженерных изысканиях.
При инженерно-геологических исследованиях режимные ста-
ционарные гидрогеологические наблюдения приходится выпол-
нять для решения разнообразных задач. Наиболее часто их про-
изводят с целью изучения: 1) положения уровня и пьезометри-
214
ческих уровней подземных вод. В большинстве случаев особый
интерес представляет установление периодов максимальных и
минимальных положений уровней и пьезо.метров подземных вод
и их обусловленность природными климатическими, гидрологи-
ческими или искусственными факторами; 2) условий питания
подземных вод и их запасов — ресурсов; 3) связи подземных вод
с поверхностными и зависимости режима первых от режима
вторых; 4) взаимосвязи между отдельными горизонтами и зонами
подземных вод, наличия и надежности водоупоров как местных
(локальных), так и региональных; 5) изменений режима под-
земных вод (уровней, ресурсов, химизма и др.) под влиянием
существующих водозаборов, эксплуатации сооружений и дру-
гих факторов; 6) изменений минерализации и химизма подземных
вод; 7) влияния режима подземных вод на развитие геологических
процессов и явлений — подтопление и заболачивание территорий,
засоление горных пород, развитие оползневых и просадочных яв-
лений, изменение микросейсмических условий и др.
Перечисленные сведения о режиме подземных вод обычно поз-
воляют: а) давать более обоснованную оценку инженерно-геоло-
гических условий территорий; б) определять условия произ-
водства строительных и горных работ, условия эксплуатации
сооружений, оценивать возможные масштабы водопритоков и
прорывы воды в котлованы и подземные выработки и их агрессив-
ное воздействие на подземные части конструкций сооружений;
в) разрабатывать рациональные мероприятия по осушению тер-
риторий, по борьбе с явлениями подтопления территорий и соору-
жений, по борьбе с подземными водами при проходке котлованов
и подземных выработок, с потерями воды на фильтрацию, по улуч-
шению мелиоративного состояния орошаемых земель и т. д.;
г) разрабатывать рациональные мероприятия по охране окружаю-
щей геологической среды, сооружений, жизни и деятельности
людей от опасного развития геологических процессов, и в том
числе защите поверхностных и подземных вод от загрязнения,
истощения при эксплуатации сооружений и выполнении ин-
женерных работ.
Таким образом, режимные стационарные гидрогеологические
наблюдения при инженерных изысканиях могут давать очень важ-
ные материалы для технически наиболее правильного и экономи-
чески выгодного решения инженерных задач. Для постановки
таких наблюдений обычно используют источники, т. е. естествен-
ные выходы подземных вод на поверхность, скважины, шурфы,
колодцы, водозаборы, горные выработки. В горных выработках
используют определенные участки водосборных лотков, улавли-
ватели, зумпфы, водоприемники, насосные станции и др. По
каждому пункту наблюдений необходимо иметь точные сведения
о его высотном, плановом и геологическом положении, о режиме
вскрытых водоносных горизонта или зоны, находящихся под
наблюдением.
215
Для успешного выполнения стационарных работ каждый
пункт (точка) наблюдений должен быть соответствующим образом
оборудован [13]. Источники расчищены и каптированы, сква-
жины и шурфы закреплены, а в отдельных случаях оборудованы
уровнемерами, лимниграфами, водосливами, водомерами и дру-
гими техническими средствами. На каждом пункте наблюдения
-J— 1--2-— 3 —77—5
Рис. V-I. Графики колебания уровня грунтовых вод на
/ —сумма осадков за декаду, мм; 2 — график недостатка насыщения воздуха, %; 3 — гра
данным наблюдений в колодцах, расположенных в зоне влияния реки: I—I — колодец
ложей ном вне зо
устанавливают точку, сечение или уровень, от которых произ-
водят то или иное измерение при наблюдениях. При выборе пунк-
тов наблюдений необходимо, чтобы каждый из них был располо-
жен в типичных гидрогеологических условиях, вблизи зоны влия-
ния проектируемого или эксплуатируемого сооружения или
в ней, в пределах осваиваемой территории, и быть доступным
в любой период времени года.
Основными гидрогеологическими параметрами, за изменени-
ями которых обычно ведут наблюдения, являются уровни и пьезо-
метрические уровни подземных вод, дебнты источников, сква-
жин, водозаборов, расходы и притоки воды, ее минерализация,
химический состав и температура. Наблюдения ведут по установ-
216
ленному графику, который определяется особенностями режима
изучаемого водоносного горизонта или зоны, характером и ам-
плитудой колебания их параметров, стадией инженерных изы-
сканий и решаемыми задачами. График наблюдений должен обес-
печивать выявление закономерностей режима подземных вод
во времени (суточного, сезонного, годового, многолетнего, эпи-
одном из участков по данным многолетних наблюдений,
фик колебания уровня воды в реке; 4 — графики колебания уровня грунтовых вод по
I-й, II— II — 9-й, III—III — 12-й, V—V — Ю-й; IV—IV —* то же, в колодце, распо-
пы влияния реки.
зодического) и в пространстве, в естественных условиях и нару-
шенных различными искусственными факторами.
В соответствии с «Методическим руководством» Всесоюзного
научно-исследовательского института гидрогеологии и инженер-
ной геологии [131 в начальный период наблюдений, когда режим
подземных вод еще неизвестен, наблюдения за режимом грунтовых
вод рекомендуется проводить 10 раз в месяц (3, 6, 9, 12, 15,
18, 21, 24, 27 и 30-го числа), а за режимом напорных вод — 5 раз
в месяц (6, 12, 18, 24 и 30-го числа). В периоды паводков, снего-
таяния, ливневых или продолжительных дождей или интенсив-
ного искусственного нарушения режима наблюдения на отдель-
ных характерных точках рекомендуется проводить ежедневно,
217
.wirpx.cem
а иногда не менее 2—3 раз в день до тех пор, пока не прекратится
резкое изменение гидрогеологических параметров, характери-
зующих режим водоносного горизонта или зоны.
Закономерности режима подземных вод и их обусловленность
могут быть выявлены только в том случае, если режимные
гидрогеологические наблюдения сопровождаются соответствую-
щими другими наблюдениями: метеорологическими, гидрологи-
ческими, за развитием оползневых явлений, работой сооружений
и др. Выявляя плавные или резкие изменения в режиме подзем-
ных вод и рассматривая их на фоне изменений других природ-
ных или искусственных явлений, обычно можно объяснить при-
чины и масштабы изменений параметров подземных вод во времени
и в пространстве. Это позволяет принимать обоснованные ин-
женерные решения по управлению режимом подземных вод
и предупреждению их вредного или опасного влияния.
Многочисленные наблюдения на самых различных участках
указывают на тесную связь периодов интенсивных и повсемест-
ных оползневых подвижек на склонах и откосах с периодами обиль-
ных и продолжительных дождей, интенсивного таяния снега,
высокого стояния уровня воды в водоемах, а также с разнооб-
разными формами проявления подземных вод. Это свидетельст-
вует о несомненной причинной связи образования оползней с кли-
матическими условиями местности и подземными водами.
На рис. V-1 приведены графики колебания уровня грунтовых
аллювиальных вод па одном из участков, составленные по резуль-
татам наблюдений в течение почти 4 лет. Из анализа этих графиков
следует, что уровенный режим грунтовых вод па участках, при-
легающих к реке (колодцы 6, 9, 12, 16), полностью определяется
ее уровенным режимом. На участке, удаленном от реки (колодец
10), уровенный режим грунтовых вод определяется климатиче-
скими факторами— распределением осадков в течение года и не-
достатком насыщения воздуха. Из графиков виден не только ха-
рактер обусловленных закономерностей в уровенном режиме
грунтовых вод, но и размеры изменений, характеризующие мас-
штаб явлений. В колодцах, расположенных на участках, приле-
гающих к реке, амплитуды колебаний уровня грунтовых вод
достигают почти 3 м, а в колодцах, удаленных от реки, они
меньше 1 м.
На рис. V-2, V-3, V-4 и V-5 показан план рассматриваемого
участка с гидроизогипсами на характерные периоды стояния уровня
грунтовых вод — зимний минимум, зимний максимум, весенний
минимум и летний максимум. Такие планы дополняют графики
(см. рис. V-1) и позволяют полнее представить изменения поло-
жения уровня грунтовых вод на рассматриваемом участке не
только во времени, но и в пространстве. Практическое значение
изменений положения уровня грунтовых вод для оценки
инженерно-геологических условий территорий иллюстрируют
рис. V-6 и V-7.
218
Рис. V-2. План участка с гидроизогипсами, характеризующими положение уровня
грунтовых вод на 30/Ш 1974 г. (зимний минимум).
1 горизонтали рельефа поверхности; 2 — гидроизогнпсы через 1м; 3
колодец и его номер.
Рис. V-3. План участка с гидроизогипсами, характеризующими положение уровня
грунтовых вод иа 22/1 1975 г. (зимний максимум),
Усл. обозначения см. на рис. V-2.
219
Рис. V-4. План участка с гидро изо гипсам и, характеризующими положение
уровня грунтовых вод на 12/V 1975 г. (весенний минимум).
Усл. обозначения см на рис. V-2.
Рис. V-5. План участка с гидроизогипсами, характеризующими положение
уровня грунтовых вод на 18/VIII 1975 г. (летний максимум).
Усл. обозначения см. на рнс V-2
220
Ьу еЬГотЬ_вК
На рис. V-8 приведены графики, характеризующие режим на-
порных водоносных горизонтов кунгурской толщи отложений
на одном из участков Русской платформы. Изменение положения
Рис. V-6. Влияние колебаний уровня грунтовых вод на подтопление
территории.
1 — поверхность рельефа; 2 — уровень заложения подошвы фун-
даментов сооружений; 3 — уровень поверхности грунтовых вод
в разные периоды времени. Римские цифры — месяцы года.
наблюдений полностью соответствует изменениям уровня воды
в реке. Это указывает на их полную взаимосвязь и зависимость
режима водоносных горизонтов от режима реки. Так как реки
имеют одни основной источник питания — атмосферные осадки,
то можно полагать, что режим реки и верхних водоносных гори-
зонтов в целом определяются климатическими условиями.
Рис. V-7. Влияние речного паводка на подтопление территории.
1 — уровень воды в реке в межень; 2 — уровень воды в реке
в паводок; 3 — положение уровня грунтовых вод в межень;
4 — положение уровня грунтовых вод при их подпоре в паво-
док; 5 — 6 — уровни заложения подошвы фундаментов соору-
жений; 7 — зона влияния паводка.
Уровенный режим нижних водоносных горизонтов также от-
ражает его зависимость от режима реки, но, как видно на гра-
фиках, пьезометрические уровни этих горизонтов непрерывно
снижаются. Такая тенденция четко сохранялась начиная с ап-
реля — мая 1945 г. более 2,5 лет. Выяснение причин такого состоя-
ния режима нижних водоносных горизонтов показало, что зона
влияния крупного водозабора непрерывно распространялась и
в 1945 г. достигла рассматриваемого участка.
221
wvw.tvirpx.com
222
Приведенные примеры наглядно подтверждают положение
о том, что нельзя гидрогеологические наблюдения проводить
вне связи с изучением других природных или искусственных фак-
торов. В то же время они показывают, как следует обрабатывать
результаты режимных стационарных гидрогеологических наблю-
дений. При такой обработке полезно составлять хронологические
графики (рис. V-1 и V-8), разнообразные гидрогеологические карты
(например, рис. V-2, V-3, V-4, V-5) и другие графики и чертежи.
Для анализа изменений отдельных параметров водоносных го-
ризонтов и зон полезно применять вероятностно-статистические
методы обработки материалов наблюдений.
Геотермические наблюдения. Для решения
разнообразных инженерных задач большое значение имеют данные
о температуре горных пород на той или иной глубине их залега-
ния. Так, например, во многих случаях глубина заложения фун-
даментов зданий, сооружений и некоторых подземных коммуни-
каций должна быть не менее расчетной глубины промерзания
горных пород [18], чтобы предупредить опасное воздействие на
них сил морозного пучения [9]. Следовательно, для решения
таких массовых инженерных задач необходимо располагать на-
дежными данными о глубине промерзания горных пород (мощ-
ность деятельного слоя), т. е. о распределении в них температуры
по глубине.
Принципы строительства соор ужений в районах распространения
многолетней мерзлоты определяются ее режимом. Различают
участки с многолетней мерзлотой, имеющей более или менее
устойчивый режим и низкие температуры (для песков и супесей
соответственно ниже —0,3 и —0,6° С, для суглинков и глин ниже
-—1,0 и —1,5° С) и участки с многолетней мерзлотой, имеющей
неустойчивый режим, с температурой пород, близкой к 0° С,
т. е. от 0° до —0,1, —0,2, —0,3е С). В любом случае необходимо
располагать надежными данными о распределении температуры
в горных породах.
В приповерхностных горизонтах земной коры ниже зоны по-
стоянных годовых температур горных пород прослеживается зона
постепенного их повышения с глубиной. В разных районах ско-
рость повышения температуры горных пород с глубиной раз-
лична — от 3—5° С на 100 м в молодых складчатых областях
(Тихоокеанский пояс, Копетдаг, Кавказ, Крым, Карпаты) до 1°С
на 100 м в районах кристаллических щитов (Балтийский, Укра-
инский). В соответствии с этим в отдельных районах на глуби-
нах, представляющих практический интерес, т. е. с глубины
400—500 м и глубже, температура горных пород может дости-
гать 25—30° С и выше, могут быть вскрыты горячие подземные
воды. Высокие температуры горных пород и подземных вод могут
существенно влиять на производство строительных и горных
работ и эксплуатацию сооружений. Поэтому при проектировании
подземных сооружений (шахт, туннелей и др.) и соответственно
223
.twn?px.cei»
средств проветривания, вентиляции, охлаждения подземных вы-
работок необходимо располагать точными данными о распреде-
лении температуры горных пород и подземных вод с глубиной.
Таким образом, при инженерных изысканиях геотермические
наблюдения необходимо проводить в первую очередь в следующих
случаях: 1) при определении мощности деятельного слоя; 2) при Д
определении принципа строительства зданий и сооружений в рай-
онах многолетней мерзлоты; 3) при проектировании и строитель-
стве подземных сооружений на больших глубинах. Кроме того,
необходимость в таких наблюдениях может возникнуть при ре-
шении других специальных задач, например при изучении взаимо-
связи подземных вод с поверхностными, между отдельными водо-
носными горизонтами и зонами, при выявлении и оконтурива-
нии областей и очагов подтока подземных вод к отдельным участ-
кам и др. Систематические плановые геотермические наблюде-
ния в Советском Союзе выполняются на метеорологических,
мерзлотных и гидрогеологических станциях. Поэтому некоторые
данные о распределении температуры в горных породах по тому
или иному району можно получить на этих станциях, а также из
фондовых и литературных источников. Для конкретного же
участка расположения сооружений или осваиваемой территории
геотермические наблюдения организуют при инженерных изыска-
ниях.
В состав геотермических наблюдений обычно входит измерение
температуры горных пород на тех пли иных глубинах. При об-
общении и анализе результатов таких наблюдений и соответствую-
щих инженерных расчетах переноса тепла в горных породах
необходимы данные об их тепловых свойствах — теплопровод-
ности, температуропроводности и теплоемкости. Некоторые из
этих данных приведены в соответствующем разделе «Инженерной
геодинамики» и других работах [9, 20]. Определение показателей
этих свойств горных пород (коэффициента теплопроводности,
коэффициента температуропроводности и удельной теплоемкости)
производят в лабораторных условиях по образцам, отобранным
из естественных обнажений, буровых скважин и горных вырабо-
ток. Геотермические же наблюдения проводят в полевых усло-
виях — в скважинах и подземных горных выработках.
Выбор пунктов геотермических наблюдений определяется ре-
шаемыми задачами. Как и при гидрогеологических наблюдениях,
они должны быть расположены на наиболее типичных по инже-
нерно-геологическим условиям участках, вблизи мест располо-
жения сооружений и быть доступными для наблюдений. Наиболее
точные данные получают при производстве измерений в скважи-
нах, пробуренных с поверхности земли или из подземных горных
выработок. Для наблюдений необходимо выбирать те скважины,
которые находились в покое после бурения в течение 8—15 дней,
т. е. в которых восстановился естественный тепловой режим гор-
ных пород. Бурение наблюдательных скважин должно произ-
224
водиться способами, до минимума устраняющими нарушение
естественных температурных условий горных пород. Поэтому
в таких скважинах нельзя производить опытные работы — от-
качки воды, нагнетания, прогрев скважин и др. На каждом ха-
рактерном участке площадью до 1000 м2 желательно иметь не
менее 2—3 наблюдательных скважин.
Глубины, на которых производят измерения температуры гор-
ных пород, определяются составом решаемых задач. Для уста-
новления мощности деятельного слоя, т. е. суточных и сезонных
колебаний температуры горных пород, следует придерживаться
порядка, соблюдаемого на метеорологических станциях Гидро-
метеослужбы СССР. На этих станциях измерения температуры
горных пород производят на глубинах: 0,2; 0,4; 0,8; 1,2; 1,6;
2,4 и 3,2 м. В некоторых районах, например в Забайкалье, мощ-
ность деятельного слоя может достигать 4 м. Соответственно
увеличивается и глубина режимных наблюдений за температу-
рой горных пород в таких районах.
В районах распространения многолетней мерзлоты надо стре-
миться охватить геотермическими наблюдениями по возможности
всю зону ее распространения — от верхней границы до нижней.
Если мощность зоны мерзлых пород достигает многих десятков
и сотен метров, то при обычных инженерных изысканиях измерять
температуру мерзлых пород до нижней границы ее распростра-
нения обычно не представляется возможным. В таких случаях
данные о температурном режиме нижних горизонтов мерзлой зоны
необходимо получать из литературных и фондовых материалов и
из наблюдений на мерзлотных и гидрогеологических станциях.
Измерения температуры мерзлых горных пород в верхних
их горизонтах, до глубины 15—20 м, следует производить через
каждый метр, а глубже — через каждые 2—3 м, стараясь полу-
чить характеристику температуры каждой петрографической раз-
ности, выделяющейся в геологическом разрезе. Для проектиро-
вания подземных сооружений температурные наблюдения должны
давать характеристику горных пород на проектных отметках
размещения этих сооружений. Желательно геотермическими на-
блюдениями охватывать всю зону горных пород, в пределах
которой намечается проходка горных выработок.
Сроки и продолжительность наблюдений определяются имею-
щимися возможностями. Для того чтобы получить график пол-
ного цикла изменений температуры горных пород в пределах
деятельного слоя или в зоне многолетнемерзлых пород, продол-
жительность наблюдений должна быть не менее одного года.
Практически же их часто приходится ограничивать более корот-
ким сроком, соответствующим полевому периоду инженерных
изысканий. В этом случае их необходимо дополнять данными
наблюдений на государственной стационарной сети метеороло-
гических и гидрогеологических станций, расположенных в дан-
ном районе или соседних е ним. При определении сроков наблю-
225
WWW.tWlTpX.COI»
Рис. V-9. Изоплеты, характе-
ризующие изменение температу-
ры горных пород на разной глу->
бине в течение года на одной
из строительных площадок.
Римские цифры — месяцы года.
Рис. V-10. Кривые изменения влажности и температуры
горных пород с глубиной на одной из строительных площадок
(по Н. А. Цытовичу и М. Н. Сумгину).
1 — суглинок с примесью песка; 2 — супесь с галькой; 3 —
суглинок с песком; штрих-пунктирная линия— граница дея-’
тельного слоя на 9/Х 1934 г.
226
дений необходимо исходить из того, на каких глубинах они про-
водятся. В зоне суточных колебаний температуры наблюдения
проводят ежедневно, в зоне сезонных колебаний—один раз в 5
или 10 дней, в зоне постоянных температур — не чаще одного
раза в 10—15 дней.
Заметим, что волна холода в пределах деятельного слоя до-
стигает максимальной глубины обычно к маю — июню или даже
июлю, поэтому чтобы получить представление о мощности дея-
тельного слоя в данном году, желательно охватить наблюдениями
этот период. Естественно, что в полученные результаты надо
внести соответствующие поправки на степень холодности про-
шедшей зимы и другие факторы, влияющие на процесс промерза-
ния горных пород. Рекомендации по определению нормативных
и расчетных значений глубины сезонного промерзания горных
пород приведены в «Строительных нормах и правилах» [18].
Для измерений температуры горных пород используют раз-
личные термометры. Наибольшее распространение в практике
инженерных изысканий имеют: ртутные заленивленные, термо-
электрические (термопары) и полупроводниковые термометры
сопротивлений — резисторы, обычно называемые термистрами.
Описание технических средств, применяемых для геотермиче-
ских наблюдений, приведено в специальной литературе 120, 211.
Погрешность измерений должна быть не более 0,05—0,1° С.
Результаты геотермических наблюдений обычно представляют
в виде разнообразных графиков (рис. V-9, V-10), разрезов
(рис. V-11) и карт.
Наблюдения за деформациями масс горных
пород на склонах и в откосах. В курсе «Инженерной геодина-
мики» [9] уже было отмечено, что деформации горных пород
на склонах и в откосах проявляются в первую очередь в образо-
вании оползней, обвалов и осыпей. Каждый из этих видов явле-
ний характеризуется перемещением масс горных пород. Механизм
таких перемещений, т. е. вид, способ, характер, у каждого из
них особый: у оползней происходит скольжение (сползание)
пород или течение подобно вязкой жидкости, у обвалов — об-
рушение или падение, у осыпей — осыпание. Знание механизма
явлений позволяет понять физику процесса, выявить наиболее
реальную расчетную схему и выбрать инженерные мероприятия
для предупреждения их развития или защиты от их опасного воз-
действия.
Для установления механизма перемещения масс горных по-
род необходимо иметь детальные представления о геологическом
строении склонов и откосов, составе и свойствах горных пород,
их слагающих, и динамике развития процесса перемещения,
т. е. о закономерностях изменения его величины и скорости во
времени и его обусловленности. Следовательно, изучение дина-
мики развития процессов деформации склонов и откосов необхо-
димо для оценки и прогноза их устойчивости.
227
WVW.WirpX.COTO
Самым эффективным методом изучения динамики гравитаци-
онных процессов являются стационарные режимные наблюдения,
по результатам которых обычно складываются определенные пред-
ставления о тенденции и активности развития процесса: прогрес-
сирует, нарастает, затухает, приостанавливается, закончился
и т. д. Стационарные наблюдения позволяют судить о скорости,
равномерности, абсолютных и относительных масштабах смеще-
ний масс горных пород или отдельных их частей. Они позволяют
предупреждать аварии, катастрофы и обеспечивают безопасность
выполнения строительных работ, эксплуатации территорий и
сооружений. Все это и определяет широкое использование метода
стационарных режимных наблюдений при инженерных изыска-
ниях для оценки и прогноза устойчивости склонов и откосов.
При режимных стационарных наблюдениях за оползневыми
деформациями на склонах и откосах производят следующие
основные виды работ.
1. Повторные наблюдения, описания и картирование элемен-
тов рельефа поверхности уклонов, откосов и оползневых участ-
ков, их крутизны, уступов, трещин, бугров, валов, а также водо-
проявлеиий, состояния дернового покрова, устойчивости деревьев,
сооружений и т. д. Сопоставление результатов разных сроков
наблюдений служит основой для установления тенденции развития
оползневых процессов и оценки их угрожаемое™ (рис. V-12).
2. Повторные нивелирования рельефа поверхности по харак-
терным профилям и створам, по которым каждый раз разбивают
пикеты. Сопоставление профилей позволяет устанавливать про-
исшедшие изменения в рельефе поверхности и оценивать ско-
рость и масштаб перемещений масс горных пород со склонов,
откосов и оползневых участков (рис. V-13).
3. Повторные топографические съемки отдельных участков
склонов, откосов и оползней. Такие съемки производят в масштабе
от 1 : 500 до 1 : 5000 с сечением рельефа через 0,5—1 м. Сопостав-
ление полученных планов позволяет судить о масштабах и ско-
рости смещения масс горных пород (рис. V-14).
4. Систематические инструментальные наблюдения за плановым
и высотным положением поверхностных реперов, установленных
на небольшой глубине в приповерхностных горизонтах горных
пород. Опорные реперы устанавливают по характерным профилям
и створам, и они образуют определенную наблюдательную сеть
(рис. V-15, V-16). Наблюдения по ним ведут по определенному
графику — раз в квартал, в месяц, в декаду, учащая их в периоды
интенсивных деформаций. Результаты наблюдений изображают
в виде разнообразных графиков и разрезов, позволяющих оце-
нивать устойчивость склонов и откосов, скорости и масштаб
их деформаций (рис. V-17, V-18).
5. Систематические инструментальные наблюдения за плановым
и высотным положением глубинных реперов, установленных на
разной глубине в толще горных пород. В качестве глубинных ре-
228
Рис. V-12. ЛАакет карты динамики развития оползней за 1951 г.
(по Е. П. Емельяновой).
/ — оползни, возникшие в 1951 г.; 2 — оползни, давшие в 1951 г.
значительные подвижки; 3 — оползни, давшие в 1951 г. незна-
чительные подвижки; 4 — оползни, подвижки которых в 1951 г.
точно не установлены; 5—оползни несомненно неподвижные в 1951 г.
Рис. V-13. Изменение профиля склона после значительной оползне-
вой подвижки 20 — 21/IV 1964 г.
229
www.twirpx.com
Рис. V-I4. Пример сопоставлении планов участка склона разных сроков
сьемки (но В. Ф. Пчелинцеву).
1 — горизонтали съемки 1927 г.; 2 — горизонтали съемки 1929 г.
Рис. V-15. Пример расположения опор-
ных поверхностных реперов на ополз*
невом участке (no Е. П. Емельяновой).
I, II, III—профили; IV, V — створы.
Рис. V-16. Пример расположения опор-
ных поверхностных реперов на оползне-
вом участке (no Е. 11. Емельяновой).
I, II — профили; III, IV, V, VI —
створы.
230
Рис. V-17. Графики измене-
ния высотного положения
опорных реперов на оползне-
вом участке.
3, 4, 7 — положение реперов.
Рис. V-18. План крупного
оползневого участка.
Длина и ориентировка век-
торов показывают величину
н направление смещения ре-
перов, расположенных вдоль
наблюдательных створов,
за определенный период.
Рис. V-19. Зарисовка стенки шурфа, вскрыв-
шего оползневые накопления. Показано по-
ложение глубинных реперов до и после
Смещения оползня (по Е. П. Емельяновой).
1 — глины желто-бурые, слабопластичные,
с обломками песчаника; 2 — глины серые,
пластичные; 3 — крупные обломкн песча-
ника; 4 — поверхность скольжения; 5 —
первоначальное положение скважины,
в которой установлены реперы из деревян-
ных чурок; 6 — положение глубинных
реперов, вскрытых в стенке шурфа после
подвижки оползня
О 0,5 1,0м
।__________1_________I
231
ww .Шхгрх.сото
перов используют деревянные чурки (столбики), отрезки метал-
лических и бетонных труб, бетонные блоки, металлические шары,
гибкие резиновые шланги, электрические и радиоактивные марки—
датчики и др. На рис. V-19 и V-20 приведены примеры применения
глубинных реперов для наблюдений за деформациями масс гор-
ных пород на оползневых участках. Материалы таких наблюдений
позволяют определять мощность смещающейся толщи горных по-
род, положение поверхности скольжения и выявлять скорость
их смещения. На рис. V-21 показаны схемы установки в буровых
Рис. V-20. Геологический разрез части оползня. Показано по-
ложение глубинных реперов до и после подвижки оползня (по
П. Ф. Бабкину).
1 — глина желто-бурая, сильновлажная; 2 — то же, с облом-
ками аргиллита; 3 — элювий аргиллита.
скважинах глубинных реперов из гибкого резинового шланга
и обрезков металлических или бетонных труб. Опуская в скважину
штангу-щуп или отвес, можно установить глубину, на которой
произошло искривление скважины вследствие деформации масс
горных пород на склоне или откосе. Вскрывая такую скважину
шурфом, можно получить полную характеристику развития де-
формаций. На рис. V-22 показан пример установки в буровой
скважине глубинного репера из бетонного блока. Смещение масс
горных пород фиксируется по перемещению троса, перекинутого
через блоки.
6. Наблюдения за развитием заколов и раскрытием трещин
с помощью различных установок. На рис. V-23 видно, как с помо-
щью временных реперов и простейших устройств можно наблюдать
за подвижками масс горных пород на склонах и в откосах, за рас-
крытием трещин и заколов.
7. Наблюдения за изменением влажности и плотности горных
пород. Для этого производят повторные отборы проб горных
пород с разных глубин на характерных участках или применяют
232
Рис. V-21. Глубинные реперы.
а — из резинового гибкого шланга;
б — нз обрезков металлических
или бетонных труб.
1 — обсадная труба-кондуктор; 2 —
положение резинового шланга до
подвижки масс горных пород; 3 —
то же, после подвижки; 4 — поло-
жение обрезков труб до подвижки
масс горных пород; 5 — то же, после
подвижки; 6 — штанга-щуп.
Рис. V-22. Глубинный репер из
бетонного блока, установленный
в буровой скважине.
1 — бетонный блок; 2 — металли-
ческий трос; 3 — обсадные тру«
бы — кондуктор; 4 — блок; 5 —
указатель деформаций, закреплен-
ный на тросе; 6 — мерная рейка.
Рис. V-23. Простейшее устрой-
ство для наблюдения за подвиж-
ками масс горных пород на
склонах и в откосах, за ра-
скрытием заколов н трещин.
/ — временный репер (кол);
2 — мерная рейка; 3 — мерная
рейка раздвижная; 4 — блочное
устройство с металлическим
тросиком и противовесом.
233
WWW .twirpx.eem
геофизические ядерные методы (см. гл. III). Такие наблюдения
особенно важны, если склоны и откосы сложены глинистыми
породами, так как их прочность и устойчивость в значительной
степени зависят от физического состояния.
8. Наблюдения за поровым давлением. При оценке устойчи-
вости и прогнозе возможных оползневых деформаций склонов и
особенно откосов земляных сооружений — плотин, дамб, насы-
пей, отвалов и др., а также оползней, сложенных глинистыми
Рис. V-24. Схема установки датчика в буровой скважине для
наблюдения за развитием норового давления в глинистых
породах.
а — буровая скважина; б — схема датчика для измерения
порового давления.
1 — песок; 2 — глина; 3 — колонна обсадных труб; 4 —•
датчик порового давления; 5 — перемятая глина; 6 — ка-
бель; 7 — измерительная станция; 8 — корпус датчика; 9 —.
мембрана; 10 — пористая пластина; 11 — электромагнит и
усилитель; 12 — струна; 13 — вывод кабеля к измеритель-
ной станции
породами, наблюдения за развитием порового давления имеют
большое значение. В курсах «Инженерной петрологии» [8] и «Ин-
женерной геодинамики» 191 уже обращалось внимание на то, что
поровое давление снижает эффективное давление и существенно
влияет на прочность и устойчивость глинистых пород. Поэтому
наблюдения за развитием порового давления бывают крайне необ-
ходимыми и полезными. На рис. V-24 показана схема установки
датчика в буровой скважине для наблюдений за развитием по-
рового давления в глинистых породах.
На участках склонов и откосов, опасных в связи с развитием
обвалов, при режимных стационарных наблюдениях проводят
периодические их обследования (по определенному графику)
с целью выявления опасных неустойчивых глыб и блоков горных
пород, обнаженных в откосах и на склонах. При этих обследо-
ваниях составляют план или карту и специальную ведомость
234
расположения опасных глыб и блоков, производят их марки-
ровку и устанавливают контрольные маяки. На особо опасных
участках организуют охрану (например, на дорогах путевые
сторожа) с целью обнаружения мест возможных обвалов и вывалов
Рис. V-25. План обвального участка и организации противо-
обвальных режимных стационарных наблюдений.
1 — откосы; 2 — обвальные склоны; 3 — места обвалов; 4 —
улавливающая стенка; 5 — улавливающие канавы; 6 — под-
порная стенка; 7 — контрольные маяки н их номера; 8 — места
возможных обвалов; 9 — обвальный пост; 10 — телефон; /7 —-
автоматическая сигнализация.
и немедленного предупреждения аварий. С этой же целью приме-
няют автоматическую сигнализацию (световую, звуковую и др.).
На рис. V-25 приведен план обвального участка, на котором видна
организация стационарных режимных наблюдений. На рис. V-26,
V-27 и V-28 показаны схемы автоматической сигнализации для
Рнс. V-26. Схема автоматической сигнализации на обвальном участке»
1 — металлическая сетка, подвешенная вертикально вдоль откоса; 2 —<
контрольный электрический провод; 3 — реле включения сигнализации
при обвалах (при вертикальном положении сетки).
обвальных участков, металлическая сетка или сеть проводов,
подвешенных вдоль полотна дороги или над ним. В нормальном
положении они включены в электрическую цепь. Как только в ре-
зультате обвала сетка отклонится от нормального положения
или произойдет обрыв проводов, цепь разомкнется, а специальное
реле, лишившись тока, приведет в действие световую и звуко-
вую сигнализацию или заградительный семафор.
235
Шхгрх.сото
Рис. V-27. Схема автоматической сигнализации на обвальном участке.
а — продольный профиль; б — поперечный профиль; в — план.
/ — продольные провода, подвешенные над полотном дороги вдоль откоса;
2 — положение проводов перед порталом туннеля. Прн разрыве проводов
от обвала-специальное реле включает сигнализацию.
Р ис. V-28. Схема сигнализации механического действия инженера А. М. Ара-
келова для обвального участка.
1 — баллон со сжатым воздухом; 2 — сигнал; 3 — клапан; 4 — пружина;
5 — сетка; 6 >— трос; 7 — петардоподавателн; 8 —» противовес; 9— загради-
тельный диск.
236
На участках склонов и откосов, устойчивость которых нару-
шается образованием осыпей, ведут режимные стационарные на-
блюдения за интенсивностью их формирования. Мерами интенсив-
ности формирования осыпей являются: 1) объемы масс горных
пород, образующих осыпь в единицу времени на 1 м простирания
склона или откоса; 2) скорость уменьшения закюветных и улавли-
вающих площадок в выемках и полувыемках в результате накоп-
1 — кювет; 2 — закювстпая улавливающая площадка; 3 — осыпь; 4 — реперы
для наблюдений за интенсивностью формирования осыпи; 5 — разрушенная часть
уступа в результятс осыпания пород; 6 — первоначальное положение бровки
уступа; 7 — реперы для наблюдении; 8— предохранительная берма; 9— осыпь;
10 — разрушенная часть верхнего уступа; 11 — первоначальное положение
бровки откоса; 12 — репер для наблюдении; а, — угол естественного откоса
осыпи; а2 — угол заложения откоса уступа; — ширина закюветпой площадки;
L2—ширина предохранительной бермы; //х—высота уступа; высота откоса.
ления рыхлого материала, образующего осыпь; 3) скорость умень-
шения ширины предохранительных берм на откосах выемок,
полувыемок, бортов карьеров, насыпей в результате осыпания
пород с верхних их частей.
Все эти данные наблюдений обычно позволяют устанавли-
вать более надежно обоснованные конструкции откосов, т. е.
оптимальные углы их заложения, ширину закюветных, улавли-
вающих площадок и предохранительных берм и выбирать инже-
нерные мероприятия для придания склонам и откосам необ-
ходимой устойчивости.
При режимных стационарных наблюдениях за развитием осы-
пей на склонах и откосах выбирают характерные участки, разли-
чающиеся по высоте, крутизне, экспозиции, в горных породах,
237
wvw.twirpx.ceTO
различных по петрографическому составу, строению, условиям
залегания и степени нарушенности физического состояния аген-
тами выветривания, тектоническими и другими воздействиями.
С целью определения необходимых параметров осыпания на
таких участках намечают наблюдательные профили, по которым
устанавливают реперы — металлические штыри (рис. V-29). На-
блюдения по этим профилям проводят один раз в квартал или два
раза в год — осенью и весной. Одновременно дают детальные
описания изменений состава, строения и физического состояния
горных пород в условиях естественного залегания (с выделением
зон и подзон выветривания) и отбирают пробы для соответствующих
петрографических исследований и изучения физико-механических
свойств.
Наблюдения за деформациями масс горных
пород в подземных выработках. Рациональное использование гео-
логической среды предполагает все более широкое использование
подземного пространства. В связи с этим в настоящее время под-
земные сооружения строят не только для разработки месторожде-
ний полезных ископаемых, но и в большом объеме, как никогда
раньше, для других самых разнообразных целей — для транспорт-
ных и гидротехнических туннелей, подземных гидроэлектростан-
ций, размещения заводов и предприятий, силовых установок,
складов, стоянок автомобилей, зрелищных, торговых предпри-
ятий и др. Теперь при проектировании и строительстве подзем-
ных сооружений, как временных, так и постоянных, предъявля-
ются все более высокие требования к инженерно-геологическому
обоснованию их проектов. Круг вопросов, связанных с таким об-
основанием, достаточно широк, они рассматриваются особо. Здесь
же только отметим, что при инженерно-геологическом обосновании
проектов и строительстве подземных сооружений главным, цент-
ральным вопросом являются оценка и прогноз устойчивости
горных пород, величины и распределения горного давления
с целью управления им. Этим определяется порядок проведения
горных выработок, необходимость их крепления, выбор типа и
мощности крепления и безопасность производства горных работ.
Для изучения и оценки горного давления, т. е. давления
горных пород на крепь в связи с их деформациями и сдвижением,
эффективными являются режимные стационарные наблюдения,
которые организуют на характерных по инженерно-геологиче-
ским условиям участках подземных выработок или в специально
для этого пройденных камерах. На таких участках намечают
профили — поперечные сечения, по которым и ведут наблюдения
за величиной и изменениями напряженного состояния горных
пород, видами появляющихся деформаций в них в кровле выра-
ботки, почве, боках и забое, за изменением формы и поперечного
сечения выработок в связи со сдвижением пород, за деформаци-
ями крепи, величиной и распределением давления горных пород
на крепь.
238
В гл. Ill мы уже обращали внимание на то, что когда ставят
задачу исследовать напряженное состояние горных пород в усло-
виях естественного залегания, обычно имеют в виду те избыточ-
ные напряжения, которые возникают в них под влиянием текто-
нических напряжений. Рассчитать это напряжение невозможно,
его надо измерять. Во всех других случаях напряжение в горных
породах полностью определяется нагрузкой вышележащих пород,
линейно возрастающей с глубиной, и легко рассчитывается по сред-
ней плотности горных пород и коэффициенту их бокового давления.
Из всех разновидностей методов непосредственных измерений
напряжений в горных породах наиболее распространен метод
разгрузки, описание которого приведено в гл. III. Такие изме-
рения при режимных наблюдениях полезно производить несколько
раз по мере развития горных работ, чтобы получить данные не
только о величине напряжений в породах и их анизотропии, но
и о том, как эти напряжения изменяются во времени. Одновре-
менно па характерных участках производят описание, зарисовки
и повторное картирование всех видов деформаций, появляющихся
в .горных породах — трещин и их расширений, осыпаний, вывалов,
образований куполов, отслаивания пород, их выдавливания,
разжижения, поддувания, набухания и др. По повторным съем-
кам поперечных сечений выработок, выполненным в разные сроки
наблюдений, при их сопоставлении можно установить проис-
шедшие изменения формы и размеров выработок и масштабы
сдвижений горных пород.
Наблюдения за деформациями крепи выработок позволяют
предупреждать их аварийное состояние, а также судить о вели-
чине давления на крепь. Для непосредственных измерений дав-
ления на крепь по ее периметру устанавливают динамометры.
Известно несколько конструкций динамометров, пригодных для
таких измерений (мембранные, с электротеизодатчиками, с упру-
гой резиной, струпные и др.), их описание приведено в специаль-
ной литературе. Рекомендуется устанавливать по периметру
крени возможно большее число динамометров, чтобы получать
более полную картину распределения давления. На рис. V-30
показаны графики распределения давления на крепь горизон-
тальной выработки через 30, 60, 90 и 120 суток после проходки.
На рис. V-31 видно распределение давления на крепь вертикаль-
ного шахтного ствола, которое очень неравномерно.
Наблюдения за деформациями масс горных по) од в подземных
выработках сопровождаются детальными описаниями изменений
физического состояния горных пород и отбором проб для изуче-
ния их физико-механических свойств.
Наблюдения за осадками и деформациями
I сооружений. Это очень важный вид работ, так как позволяет наи-
более правильно судить о деформационных свойствах горных
пород, слагающих основания зданий и сооружений, об их одно-
родности и изменчивости в пространстве. Эти наблюдения дают
239
WW .tWlfpX.COTO
Рис. V-30. Графики распределения давления на крепь горизонтальной
выработки (по А. П. Максимову).
Эпюры распределения давления: 1 — через 30 суток, 2 — через 60
суток, 3 — через 90 суток, 4 — через 120 суток; 5 — приборы (месдозы)
для измерения давления па крепь.
Рис. V-31. Эпюра распреде-
ления давления на крепь вер-
тикального шахтного ствола
(по А. П. Максимову).
240
возможность контролировать расчетно-теоретические прогнозы
возможных осадок сооружений, делать заключения о надежности
применяемых методов расчета, расчетных схем и расчетных дан-
ных. Ими можно убедительно подтверждать заключения об устой-
чивости зданий и сооружений, а также об опасности развиваю-
щихся явлений. Для проектировщиков и строителей они дают
сведения для правильного выбора конструкций зданий и соору-
жений в тех или иных геологических условиях строительных
площадок, а также для выбора строительных материалов.
В общем материалы режимных стационарных наблюдений
за осадками и деформациями сооружений должны постоянно
обогащать наши знания об инженерно-геологических условиях
их строительства и обеспечения устойчивости. Значение их трудно
переоценить. Тем не менее, к большому сожалению, инженеры-
геологи уделяют еще совершенно недостаточно внимания органи-
зации и выполнению таких наблюдений и использованию их
результатов. Обычно их выполняют геодезические службы разно-
образных организаций по заданиям и под руководством проекти-
ровщиков и строителей.
Согласно существующим правилам 12, 14] наблюдения за осад-
ками, просадками п подъемами оснований фундаментов проводят
преимущественно с помощью повторных нивелировок специаль-
ных реперов — марок, закрепленных на зданиях и сооружениях.
Точность таких измерений для уникальных зданий и сооруже-
ние, а также построенных на скальных и полускальных породах
должна быть ^-1 мм, для любых зданий и сооружений, построен-
ных на сжимаемых породах, ~2 мм, а на насыпных, просадочных,
заторфованных и других сильносжимаемых породах ±5 мм.
Реперы-марки обычно закрепляют по периметру зданий и
сооружений (в отдельных случаях и внутри их) примерно на од-
ном уровне в стенах, на колоннах и фундаментах, по углам,
по обе стороны осадочных швов, в местах примыкания попереч-
ных и продольных стен, в пределах отдельных секций. Реперы
устанавливают на расстоянии 10—15 м один от другого в местах,
благоприятных для нивелировок. При выполнении наблюдений
все реперы-марки привязывают к опорным реперам, расположен-
ным вне обследуемых зданий и сооружений. Наблюдения про-
водят раз в месяц, в квартал или чаще, в зависимости от скорости
развития осадки.
ho участку, на котором ведутся наблюдения за осадками зда-
ний и сооружений, необходимо иметь детальные сведения о его
инженерно геологических условиях. На геологических разрезах
должны быть показаны глубина заложения фундаментов и дей-
ствующие нагрузки в их основании. На рис. V-32 приведен при-
мер изображения результатов наблюдений за осадкой здания
на одном из участков.
По результатам наблюдений вычисляют максимальные, ми-
нимальные и средние значения осадки, устанавливают степень
9 В. Д. Ломтадзе
241
wvw.twirpx.ceTO
ec неравномерности или равномерности, наличие кренов, подъемов
и т. д. и сравнивают ее с предельно допустимыми для рассматри-
ваемых типов сооружений, приведенными в «Строительных нор-
мах и правилах» [18 J или в проекте сооружения.
Рис. V-32. График развития
осадки здания, построенного
на мягких глинистых поро-
дах.
а — геологический разрез?
1 — супеси; 2 — глины; 3—*
моренные суглинки; 4— фун-
дамент здания.
б — эпюра изменения дей-
ствующих нагрузок в осно-
вании фундамента здания.
в — график развития осадки
здания по результатам на-
блюдений по реперу № 5.
Римские цифры — месяцы
года.
Одновременно с наблюдениями за осадками зданий и сооруже-
ний желательно проводить наблюдения за всеми их деформаци-
ями — появлением трещин и разрывов и их расширением и дру-
Рис. V-33. Зарисовка трещин в зда-
нии. образовавшихся вследствие его
неравномерной осадки.
I, 2, 3 — маяки из алебастра для
наблюдения за возможными изме-
нениями ширины трещин.
гимн разрушениями и повреждениями с целью установления сте-
пени их опасности. При таких наблюдениях производят разно-
образные измерения, зарисовки, фотографирование деформаций,
устанавливают или наклеивают различные маяки (стеклянные,
алебастровые и др.) и дают детальное описание всех деформаций
(рис. V-33).
242
Наблюдения за скоростью и характером вы-
ветривания горных пород, морозным пучением, эрозией, абразией
и другими явлениями. При инженерных изысканиях кроме тех
режимных стационарных наблюдений, описание которых при-
ведено выше, выполняют наблюдения за развитием и других
разнообразных процессов и явлений. Так, известен ряд примеров
организации и проведения наблюдений за скоростью и характером
выветривания горных пород. Такие наблюдения ведут на специ-
ально выбранных площадках, расположенных на различных
петрографических типах горных пород, на различных участках
склонов и откосов. По результатам этих наблюдений дают сравни-
тельную оценку устойчивости горных пород на склонах и в от-
косах, скорости формирования в них зоны сильного разрушения,
ее характеристику и другие параметры, представляющие практи-
ческий и научный интерес.
В Советском Союзе самыми различными организациями на
разнообразных и многочисленных объектах ведутся наблюдения
за развитием морозного пучения — появлением и динамикой
развития пучив на дорогах, пучением фундаментов сооружений,
трубопроводов, лилий связи и др., за скоростью и характером про-
явления эрозионных, абразионных и других процессов. Однако
единой общепринятой методики наблюдений за этими процессами
пока не разработано. В каждом отдельном случае в зависимости
от конкретных геологических, климатических, гидрологических
и других природных условий выбирают или разрабатывают мето-
дику наблюдений, измерений и применяют для этого соответст-
вующие технические средства. Задача инженера-геолога состоит
в том, чтобы исходя из конкретных природных условий выбрать
наиболее рациональные методы наблюдений, правильно их про-
вести и использовать полученные результаты для решения опре-
деленных задач, возникших в связи с проектированном и стро-
нгельегв >м тех и.'in иных сооружений.
9*
.twirpx.cow
ГЛАВА VI
СОСТАВ И ЗАДАЧИ ЛАБОРАТОРНЫХ
И камеральных РАБОТ
ПРИ ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИХ
ИССЛЕДОВАНИЯХ
Общие положения. В составе геологических
работ на разных стадиях инженерных изысканий (см. рис. 1-6)
наряду с теми, описание которых приведено выше, определенное
место занимают лабораторные, камеральные и некоторые другие
виды работ (научно-исследовательские, паспортизация сооруже-
ний, экспертизы, организационные и др.). Однако особо следует
остановиться только на лабораторных и камеральных работах,
без которых невозможно обойтись ни на одной стадии инженер-
ных изысканий.
Лабораторным работам, и в частности методике петрогра-
фических исследований горных пород и их физико-механических
свойств, посвящен специальный раздел в книге «Инженерная
петрология» [19, 201. При инженерных изысканиях в числе ла-
бораторных работ значительное место могут занимать также ис-
следования химического состава поверхностных и подземных
вод, свойств горных пород как строительных материалов, иссле-
дования, связанные с разработкой методов искусственного улуч-
шения свойств горных пород, моделирование различных процес-
сов и явлений, палеонтологические исследования для стратиграфи-
ческого обоснования геологических разрезов и др. К выполнению
таких исследований привлекаются не только инженеры-геологи,
но и другие специалисты —- петрографы, палеонтологи, химики
и др. Методики этих исследований приведены в многочисленной
литературе, поэтому нет необходимости останавливаться на их
описании. Обратим главное внимание на те вопросы лаборатор-
ных исследований, которые существенно влияют на организацию
и результаты инженерных изысканий.
Некоторые вопросы камеральной обработки материалов также
частично уже были нами рассмотрены. Так, например, методика
статистической обработки данных исследований физико-механиче-
ских свойств горных пород приведена в «Инженерной петрологии».
[19, 201, методика составления инженерно-геологических карт —
выше, в гл. II, геологических разрезов, аксонометрических про-
екций и др.—в гл. III, вопросы обработки данных опытных
работ и стационарных режимных наблюдений рассмотрены в гл. IV
и V. Поэтому здесь главное внимание уделяется рассмотрению
244
состава, задач и плана подготовки отчетных материалов инже-
нерных изысканий для обоснования проектов сооружений, раци-
онального использования геологической среды и ее охраны.
Лабораторные исследования физико-механи-
ческих свойств горных пород. Изучение горных пород проводится
как в процессе выполнения инженерно-геологической съемки, так
и при разведочных и опытных работах и стационарных наблюде-
ниях. В этом состоит существенная особенность инженерно-
геологического изучения горных пород. Полевое их изучение по-
стоянно и обязательно сопровождается лабораторными иссле-
дованиями. Материалы этих исследований дополняют и уточняют
характеристику, классификацию и оценку горных пород, в ре-
зультате чего повышаются достоверность и детальность инженерно-
геологического изучения территорий, геологических условий
строительства сооружений, условий развития геологических про-
цессов и явлений и т. д.
Однако важно учитывать, что для характеристики и оценки
различных групп горных пород данные лабораторных исследо-
ваний физико-механических свойств имеют неодинаковое зна-
чение. Так, при изучении скальных и некоторых полускальных
пород они имеют важное, но подчиненное значение. Эти данные
позволяют несколько расширить характеристику их свойств и
уточнить полевую характеристику, но они не могут существенно
изменить их полевую оценку, а следовательно, и оценку места рас-
положения сооружения, условия его строительства и устойчи-
вости.
В отличие от скальных пород для характеристики и оценки
многих петрографических типов полускальных (аргиллитов, мер-
гелей, глинистых известняков, песчаников и др.), а также связ-
ных глинистых, рыхлых несвязных песчаных и пород особого
происхождения, состава и свойств данные лабораторных иссле-
дований физпко-мехаиическнх свойств имеют несравненно большее
и нередко решающее значение.
При лабораторных исследованиях о физико-механических
свойствах горных пород судят на основании изучения и испы-
тания отдельных их образцов и проб, соответствующим образом
отобранных (см. гл. III). Ответственные заключения и оценка
свойств горных пород не могут базироваться на единичных опре-
делениях и измерениях, для этого требуется минимально необ-
ходимое число определений, обеспечивающее полную характери-
стику каждой толщи, слоя, пачки, зоны или разности горных
пород и получения для них средних, обобщенных или, как при-
нято их называть в «Строительных нормах и правилах СССР»,
нормативных показателей. На стадиях детальных и дополни-
тельных исследований (выполняемых для обоснования проектов
конкретных объектов) кроме обобщенных показателей необходимо
устанавливать еще расчетные, особо обоснованные, используемые
й окончательных расчетах. Методика определения обобщенных
245
.tWffpX.COTO
и расчетных показателей физико-механических свойств горных
пород рассмотрена в «Инженерной петрологии» [191 и специаль-
ных руководствах [13, 18, 20].
Таким образом, главными, основными задачами изучения
физико механических свойств горных пород при инженерных
изысканиях, и в том числе при их лабораторных исследованиях,
являются:
1) получение данных для полной и детальной характеристики,
описания и классификации горных пород каждой толщи, слоя,
пачки, зоны или разности, выделенных в геологическом разрезе
рассматриваемой территории, установление степени их одно-
родности и изменчивости с глубиной и по простиранию;
2) установление обобщенных (нормативных) показателей для
предварительной оценки физического состояния и свойств горных
пород;
3) установление расчетных показателей, главным образом
таких свойств, как плотность, водопроницаемость, прочность,
деформируемость и устойчивость, необходимых для окончатель-
ной оценки условий строительства и устойчивости конкретных
территорий, зданий и сооружений.
При решении различных инженерно-геологических задач,
связанных с рациональным использованием территорий, с ра-
ботами по их улучшению, с проектированием и строительством
разнообразных сооружений и т. д., кроме общих сведений о гор-
ных породах (об их принадлежности к той или иной группе по
инженерно-геологической классификации; условиях и формах за-
легания; напряженном состоянии; особенностях, отражающих
их неоднородность и анизотропность, расположение и ориенти-
ровку поверхностей и зон ослабления, зон разгрузки, выветре-
лости и трещиноватости) представляют интерес следующие кон-
кретные характеристики: 1) вещественный состав (минеральный,
гранулометрический, химический); 2) особенности строения (струк-
тура, текстура, сложение); 3) физические свойства (плотность,
пористость, влажность, консистенция глинистых пород, отно-
сительная плотность песчаных пород); 4) водные свойства (водо-
устойчивость, влагоемкость и водоемкость, капиллярность и
водопроницаемость); 5) механические свойства (прочность на сжа-
тие и разрыв, сопротивление скалыванию и сдвигу, общая дефор-
мируемость, сжимаемость и просадочность, ползучесть и дли-
тельная прочность); 6) специального назначения (крепость, твер-
дость, истираемость, износ, абразивность, сопротивление реза-
нию, разрыхляемость, морозоустойчивость). Примерные указания
о требующемся сложении и размерах образцов и проб горных
пород для получения перечисленных характеристик приведены
в табл. VI-1.
Лабораторным исследованиям физико-механических свойств
любых горных пород должны предшествовать детальное макро-
скопическое их изучение и описание с применением простейших
246
приемов и методов, позволяющие уточнять их состав, строение
(структуру и текстуру), физическое состояние и свойства. После
макроскопического изучения пород начинают собственно лабо-
раторные исследования их физико-механических свойств с при-
менением различных специальных методов 120 J.
В зависимости от решаемых задач и технических возможностей
в программу исследований может входить изучение полного
комплекса свойств горных пород (вещественного состава н стро-
ения, физических, водных и механических свойств) или по сокра-
щенной программе, когда определяют, например, только вещест-
венный состав, строение и физические свойства. В обоих случаях
надо иметь полное представление о самой горной породе, т. е.
о ее вещественном составе, строении и физическом состоянии,
являющихся закономерным следствием истории и условий ее
образования. Эти данные позволяют предвидеть и прогнозировать
свойства горных пород, правильно выбирать методику их изу-
чения и более надежно оценивать.
На крупных объектах при большом объеме лабораторных
работ организуют полевые лаборатории, в которых исследования
физико-механических свойств горных пород выполняют по про-
граммам полного комплекса. В этом случае в стационарные (цент-
ральные) лаборатории организаций отправляют пробы только для
контроля данных полевых лабораторий и выполнения тех видов
исследований, которые не представляется возможным организо-
вать в полевых лабораториях. При инженерных изысканиях иа
объектах, территориально разрозненных, следует более широко
использовать передвижные портативные лаборатории, с помощью
которых можно производить массовые определения показателей
физических свойств горных пород (влажность, плотность, конси-
стенцию п др.). Рациональные схемы последовательности изучения
физпко-мс.хапичсскпх свойств горных пород в лабораторных ус-
ловия.'; показаны па рис. VI-1 и VI 2.
При лабораторных исследованиях физико-механических
свойств горных пород необходимо ясно представлять, для каких
целей изучается то или иное их свойство и соответственно обра-
щать большое внимание на выбор методики исследований. В на-
стоящее время разработаны и предложены следующие методики:
а) стандартные, регламентируемые ГОСТ 11—14]; б) специальные,
применяемые при исследовании специфических свойств горных
пород или для решения специальных задач проектирования и
строительства сооружений; в) упрощенные полевые, позволяющие
исследовать горные породы упрощенными приемами и способами
для получения массовых предварительных данных об их свой-
ствах (например, испытания пенетрометрами и др.). Противопо-
ставлять методики не следует, необходимо выбирать ту или иную
из пих пли применять их в сочетании.
Общие и специальные указания о выполнении лабораторных
исследований состава, строения и физико-механических свойств
247
Таблица VI-1
СЛОЖЕНИЕ, ФОРМА, МАССА ИЛИ РАЗМЕР ОБРАЗЦОВ ГОРНЫХ ПОРОД
ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ИХ СОСТАВА, СТРОЕНИЯ И ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ
Показатели Породы Сложение и влажность породы в образце Форма образца Масса или размер образца Число образцов
Состав и строение
Минеральный состав Скальные, полускаль- ные и связные (гли- нистые) Естественное Любая 200—300 г 2—3
№ «и СО Глинистые (тонкодис- персная часть) Любые » 100—200 г 1-2
Пески и другие обло- мочные Нарушенное » 100—200 г 1—2
Содержание водораство- римых солей Глинистые и некоторые полускальные Любые » 100—200 г 1—2
Содержание органиче- ского вещества Преимущественно гли- нистые » 100—200 г 1—2
Емкость поглощения и состав обменных ионов То же » » 100—200 г 1-2
Гранулометрический со- став Гравелистые и другие более грубозернистые Нарушенное 600—3000 смй 1
Пески » » 200—600 см3 1
Глинистые Естественное » 50—200 см; 1
249
Физические свойства Влажность и естествен- ная влажность Все породы Влажность ственная, ние любое есте- сложе- 20-50 г 1
Плотность Все породы Пески рыхлые и плот- ные и другие рыхлые обломочные породы Естественное Нарушенное, сухие, воздушно-сухие Неправильная форма, кубик, цилиндр Любая <1000 см3 200—3000 см3 1 1
Плотность минеральной части пород Все породы Нарушенное » 20—50 г 1
Пористость Определяется расчетом
Пористость открытая * Пески и некоторые дру- гие породы Сложение любое в зависимости от за- дач Любая или ку- бик, цилиндр <500 г или 5Х 5Х 5 см 1-3
Пределы пластичности Глинистые Сложение влажность ственная любое, есте- Любая 300— 500 г 1
Липкость То же 200—300 г 1
Водные свойства
Размокание Глинистые Естественное Кубик, цилиндр 5Х 5Х 5 см 1-3
Набухание Усадка » Естественное или нарушенное в за- висимости от за- дач То же » Диаметр 50—70 мм, высота 15—20 мм 5Х 5Х 5 см 1—3 1-3 % о 3"
Продолжение табл. V1-1
Показателя Породы Сложение и влажность породы в образце Форма образца Масса или размер образца Число образцов
Полная влагоемкость Определяется расчетом
Полная водоемкость ** Пески и другие рых- лые обломочные Нарушенное Любая 200—300 см" 1
Водопоглощен не и водо- насыщение Скальные и полускаль- ные Естественное Кубик, цилиндр 5Х 5Х 5 см 3-5
Максимальная молеку- лярная влагоемкость Гл и н и сты е п ор о ды и пески мелко- и тонко- зернистые Нарушенное Любая 300 г 1—3
Максимальная молеку- лярная водоем- кость *** Водоотдача Пески и другие грубо- зернистые Пески и другие грубо- обломочные » » Определяется ра 500—1000 г счетом 1
Капиллярное поднятие Пески и отчасти гли- нистые Нарушенное, по мо- жет быть и есте- ственное Любая к ли ци- линдр До 1000 г
Водопроницаемость Песчаные Нарушенное или естественное Любая 500—2000 см3
Глинистые Естественное Цилиндр Диаметр 50—70 мм, высота 15—20 мм
Проницаемость Скальные, полускаль- ные, глинистые » » Диаметр 35—50 мм. высота 15—50 мм
Механические свойства Прочность и а сжатие Скальные, полускаль- ные, глинистые Кубик, цилиндр 5Х5Х5см-10Х10Х X 10 см 3-5
Прочность иа скалы- вание Скальные, полускаль-1 ные » Кубик, цилиндр, призма Диаметр и высота 50—70 мм 3-5
Прочность на растяже- ние Скальные, полускаль- ные, глинистые » Цилиндр, призма Диаметр 50—70 мм, длина 100—200 мм 3—5
Упругие характеристики Скальные, полускаль- ные » Кубик, цилиндр, призма 5X5X5—10Х10Х X 10 см 1-3
Компрессионные свой- ства Глинистые, песчаные Естественное или нарушенное в за- висимости от за- дач Цилиндр Диаметр 50—70 мм, высота 15—20 мм
£ Сопротивление сдви- ру * * Л » Глинистые, песчаные То же Диаметр 50—70 мм, высота 15—20 мм 3-5
Угол естественного от- коса Пески и другие грубо- обломочные Нарушенное Любая 1000—3000 см3 3—5
Сопротивление пенетра- ЦП и Глинистые, песчаные Естественное или нарушенное Цилиндр, кубик Диаметр 50—70 мм, высота 40—50 мм 3—5
* Определяется методом насыщения.
** Определяется методом пипетки.
•** Определяется методом высоких колонн.
**** при испытаниях в стабнломстрах.
.сото
горных пород даны в специальных руководствах [1—14, 201.
Поэтому здесь обратим внимание только на следующее. В связи
с решением практических задач по рациональному использованию
территорий, геологической среды, оценке геологических условий
строительства разнообразных сооружений и других показателей
требуется изучение горных пород в инженерном аспекте. В стро-
ительной и горной практике горные породы используются как
Проба
Рис. VI-1. Схема последовательности изучения вещественного состава,
строения и физико-механических свойств скальных и полускальных горных
пород.
естественное основание, среда пли строительный материал для
различных, сооружений. Поэтому в инженерной геологии изуче-
ние горных пород в конечном итоге всегда направлено на получе-
ние данных об их прочности, деформируемости, устойчивости и
водопроницаемости. Именно для решения этих задач изучают
также и их состав, строение, физическое состояние и т. д. В связи
с этим при выборе методики лабораторных исследований физико-ме-
ханических свойств горных пород, как и полевых, совершенно
особое внимание следует уделять изучению их прочности, дефор-
мируемости, устойчивости и водопроницаемости. Показатели,
характеризующие эти свойства горных пород, зависят не только
от их состава, строения, физического состояния и других при-
родных особенностей, но и от того, при каких нагрузках и усло-
виях они будут находиться — работать в основании фундаментов
сооружений, в откосе выемки, в подземной выработке и т. д.
Условия испытаний (исследований) горных пород должны по
252
возможности полнее отражать (моделировать) их поведение при
воздействии на них внешних усилий или собственного веса. В со-
ответствии с этим применяют различные методики и схемы испы-
таний горных пород и получают различные результаты.
Рис. VI-2. Схема последовательности изучения вещественного состава,
строения и физико-механических свойств песчаных и глинистых пород.
Например, при изучении прочности скальных и полускаль-
ных пород определяют временное сопротивление их сжатию, ска-
лыванию и растяжению. Исследования компрессионных свойств
песчано-глинистых пород в зависимости от их состава, состояния,
физических свойств и особенностей проектируемых сооружений
могут производиться по следующим схемам при условии:
а) сохранения естественной влажности пород в процессе ис-
пытаний при обязательном определении эффективной нагрузки —
структурной прочности;
253
WVW.tWtrpX.COTO
б) уплотнения пород под водой после определения эффектив-
ной нагрузки — структурной прочности;
в) первоначального свободного разуплотнения при заливке
водой.
При компрессионных испытаниях для определения уплот-
нения и разуплотнения пород рекомендуется пользоваться высотно-
весовым методом или методом непосредственного определения по-
ристости (по плотности и влажности породы до и после опыта).
При компрессионных испытаниях лёссовых пород желательно
исследовать два образца: один естественной влажности и сложе-
ния, другой — под водой.
Модуль общей деформации песчано-глинистых пород можно
определять по данным компрессионных испытаний, а глинистых —
также методом одноосного сжатия с измерением продольных и
поперечных деформаций. По данным одноосного сжатия можно
определить и коэффициент поперечного расширения, а затем вы-
числить коэффициент бокового давления. Оба эти коэффициента
можно определять также при испытании песчано-глинистых
пород в приборах на трехосное сжатие.
При исследовании сопротивления песчано-глинистых пород
сдвигу наиболее часто применяют два метода: а) испытание пород
в срезных приборах и б) испытание пород в приборах трехосного
сжатия. Из них наиболее широко распространен первый, он
рекомендуется ГОСТ 12248—66 при исследованиях пород для
строительства всех видов зданий и сооружений.
Исследование сопротивления песчано-глинистых пород сдвигу
можно проводить по следующим основным схемам.
1. По схеме быстрого сдвига без предварительного уплотнения
при уплотняющих нагрузках, не превышающих структурной
прочности пород, природной нагрузки или веса сооружений. В этом
случае сдвигающее (разрушающее) усилие передается равномерно
и непрерывно в возрастающем порядке до разрушения породы.
Данные испытаний по этой схеме точнее характеризуют природ-
ную прочность пород или их прочность в начальный момент воз-
действия на них нагрузок от сооружений.
2. По схеме медленного сдвига после предварительного пол-
ного уплотнения — в условиях завершенной консолидации, при
уплотняющих нагрузках, соизмеримых с весом сооружений. В этом
случае сдвигающая (разрушающая) нагрузка передается ступенями
в возрастающем порядке до разрушения породы. Каждая новая
ступень нагрузки прикладывается после завершения деформаций
от предыдущей.
Данные таких испытаний характеризуют прочность пород
при гидростатическом их состоянии. Эту схему часто называют
стандартной, она рекомендуется ГОСТ 12248—66.
3. Испытание пород при условии свободного оттока воды в те-
чение опыта, или, как принято говорить, в условиях открытой
системы. При такой схеме обеспечивается полная консолидация
254
by Morb_ert
породы от каждой ступени нагрузки. Следовательно, эта схема
применима только при медленном сдвиге.
4. Испытания пород в условиях невозможного оттока воды,
т. е. в условиях закрытой системы. В этом случае не вся внешняя
нагрузка является эффективной, так как часть ее воспринимается
норовой водой. Эта схема выполнима при быстром сдвиге.
При выборе схемы испытаний песчано-глинистых пород необ-
ходимо учитывать их состав, особенно минеральный, физическое
состояние, степень водопасыщспности, склонность к набуханию
пли просадкам. Важно знать прочность структурных связей
(эффективная нагрузка по компрессионным испытаниям), вели-
чину природной нагрузки, которую они испытывали, и предпола-
гаемую нагрузку от сооружений.
Государственным стандартом при проектировании и строитель-
ст ве всех видов зданий и сооружений рекомендуется схема 2 — испы-
таппя после полного предварительного уплотнения при медленном
сдвиге. В этом случае целесообразно применять главным образом
срезные приборы, испытания вести в условиях открытой системы
под водой или при естественной влажности пород, при уплотняю-
щих нагрузках, соизмеримых с предполагаемыми от веса соору-
жений или природными
Иа стадиях предваригельпых исследований, когда важно иметь
представление о природной прочности пород, целесообразно кроме
схемы 2 использовать также схему 1.
При проектировании сооружений на слабых водонасыщенных
глинистых породах кроме основной схемы изучения сопротивле-
ния сдвигу желательно такие породы исследовать в стабилометрах,
в условиях закрытой системы при быстром и медленном темпе раз-
рушения.
Для определения сопротивления глинистых пород сдвигу мо-
iy г применяться также метод II. II Маслова и метод А. А. Ничи-
поровича. Метод II 11 Маслова позволяет определять сопротив-
ление пород сдвтп у для любою промежуточного состояния их
уплотнения под нагрузкой от сооружения. По методу А. А. Ни-
чпиоровича сопротивление пород сдвигу определяется при опре-
деленной плотности (пористости), т. е. при состоянии, отвечаю-
щем условиям их естественного залегания или искусственно соз-
данным.
Существующие методы исследования сопротивления пород
сдвигу нельзя противопоставлять друг другу, так как каждый
, из них учитывает различные особенности работы породы под
нагрузкой. Поэтому каждый метод должен применяться в зависи-
мости от конкретных условий — состава, состояния пород и осо-
бенностей проектируемого сооружения. В каждом из этих случаев
характеристики прочности горных пород будут разные.
Вот почему когда мы даем определение понятия «физико-механи-
ческие свойства», отмечаем, что это такие свойства, которые харак-
теризуют физическое состояние горных пород, их отношение к воде
255
.tWirpX.COTO
и закономерности изменений прочности и деформаций [19,20]. Не
просто поведение их под нагрузкой, а закономерности изменений
прочности и деформаций. Этим самым мы подчеркиваем, что ни о ка-
ких константах этих свойств горных пород говорить не следует.
Исследования деформационных свойств песчано-глинистых по-
род в приборах трехосного сжатия (стабилометрах) должны про-
водиться только для решения специальных задач, они не могут
быть рекомендованы для массовых определений сопротивления
пород сдвигу или других характеристик.
Описание лабораторных методов исследований прочности,
деформаций и водопроницаемости горных пород и схем их испыта-
ний приведено в специальном руководстве [20].
Камеральная обработка материалов. После
завершения инженерных изысканий окончательно обрабатывают
материалы, составляют отчет с графическими и текстовыми прило-
жениями. Все это выполняют в период, который в нормативных до-
кументах на изыскательские работы [151 именуется камеральной
обработкой материалов. Состав, содержание и объем этих работ
в значительной степени определяются их назначением, размерами
и ответственностью объекта, для обоснования проекта которого
выполнялись изыскания, и их стадией.
При проектировании крупных объектов кроме основного от-
чета, являющегося самостоятельным томом проекта (т. 3. «Инже-
нерная геология ...»), составляют еще сокращенную записку
(«Инженерно-геологические условия строительства ...»), которая
входит в т. 1 проекта («Общие положения»). При изысканиях для
отдельных небольших объектов (например, отдельное здание)
результаты представляются в виде «Заключения об инженерно-
геологических условиях строительства ...», которое сопровожда-
ется необходимой графикой.
При нормальном развитии инженерных изысканий для объ-
ектов сравнительно крупных и крупных, как и при региональных
инженерно-геологических исследованиях, выполняемых по плану
геологической службы СССР, камеральная обработка материалов
должна начинаться с составления плана и календарного графика
выполнения работ, оформления и выдачи материалов для проекти-
рования. В таком плане (графике) камеральных работ ориенти-
ровочно должны быть следующие основные разделы.
I. Оформление полевых материалов — геологических коло-
нок, разрезов, карт, материалов опытных работ, режимных ста-
ционарных наблюдений и др.
II. Составление новых (дополнительно к составленным при
полевой камеральной обработке) геологических разрезов, карт;
планов, проекций и других графических материалов.
III. Статистическая обработка данных полевых и лабораторных
исследований, установление расчетных схем, обобщенных (нор-
мативных) и расчетных данных и выполнение различных рас-
четов.
256
IV. Анализ всех материалов и формулировка основных выво-
дов и заключений.
V. Выдача графических материалов, расчетных схем и расчет-
ных данных для проектирования.
VI. Составление отчета и приложений к нему, иллюстрирую-
щих, подтверждающих и доказывающих его выводы и заключения.
При описании методики выполнения различных видов полевых
работ уже обращалось внимание па необходимость непрерывного
выполнения полевой камеральной обработки материалов. При
инженерных изысканиях полевые работы должны быть не формаль-
ным актом выполнения планового объема работ, а целесообразным
исследованием для полного, надежного, достоверного и однознач-
ного решения задач, связанных с рациональным использованием
территорий, проектированием и строительством сооружений.
Контролем и средством, позволяющим именно так решать задачи,
являются непрерывное ежедневное, ежесменное, в процессе всего
полевого периода построение карт, планов, геологических раз-
резов и других материалов и их анализ. Поэтому, приступая к окон-
чательной обработке материалов, необходимо все эти карты,
планы, геологические разрезы и другие материалы довести до
полной кондиции. Обычно анализ этих материалов в поле обеспе-
чивает рациональное выполнение полевых работ, а после их за-
вершения они являются надежной основой сложившихся науч-
ных и практических выводов и заключений по результатам вы-
полненных инженерных изысканий.
Материалы изысканий служат не только иллюстрацией, под-
тверждением и доказательством научных и практических выводов,
по и ответственным документом, обосновывающим проекты соору-
жений п инженерных работ. Многие из них служат расчетными
схемами, а большинство — геологической основой для проектиро-
вания, па которой показывают врезки сооружений, глубину их
заложения, план компоновки и т. д. Все это вызывает необходи-
мость дополнительного построения разнообразных планов, схем,
аксонометрических проекций, геологических разрезов в период
камеральной обработки материалов, в период составления npoL
ектов сооружений.
Важным разделом камеральных работ являются статистическая
обработка данных полевых и лабораторных исследований горных
пород, подземных вод и других данных и установление обобщенных
(нормативных) и расчетных показателей свойств горных пород
для каждой толщи, слоя, зоны и разности, слагающих основание
конкретного сооружения, откос выемки, участок расположения
сооружения и т. д. [18, 19, 201. Параллельно со статистической
обработкой материалов могут производиться различные расчеты:
осадки и устойчивости сооружений, устойчивости откосов и под-
земных выработок, притоков воды в котлованы, потери воды на
фильтрацию, дренажей и строительного водопонижения, а также
прогнозы переработки берегов, зон подтопления и др.
257
WW. WITpX.COI»
Анализ полученных таким образом геологических материалов,
расчетных схем и других данных должен завершаться окончате-
льной формулировкой основных выводов и заключений относите-
льно рационального использования территорий, выбора места
расположения сооружений, компоновки сооружений на строи-
тельной площадке, организации строительных и горных работ,
условий строительства, устойчивости и эксплуатации сооружений
и т. д. Независимо от решаемых задач на той или иной стадии
инженерных изысканий выводы и заключения должны быть крат-
кими,- четкими, конкретными и совершенно однозначными. По-
сле такой камеральной обработки материалы изысканий можно
передавать для проектирования.
Заметим, что в процессе камеральной обработки материалов
все основные принципиальные выводы и заключения, сложивши-
еся при полевых работах, не должны изменяться. Они могут быть
расширены, дополнены рекомендациями, например, об исполь-
зовании обобщенных и расчетных показателей и другими, но в них
нельзя вносить при камеральной обработке коренных принци-
пиальных изменений. В противном случае надо считать, что поле-
вые работы выполнены недоброкачественно, не обеспечили до-
стоверность, надежность и однозначность решений с той степенью
детальности, которая необходима на данной стадии изысканий.
В окончательном отчете о результатах инженерных изыска-
ний должен быть учтен весь комплекс природных инженерно-
геологических условий, определяющих рациональное использо-
вание территорий, выбор района п участка расположения проек-
тируемых сооружений, их компоновку и конструкцию, условия
строительства, устойчивости и эксплуатации. Особое внимание
следует уделять рассмотрению мероприятий по охране окружаю-
щей среды. Все эти сведения необходимо освещать полно, кон-
кретно и на высоком научном уровне. Их следует иллюстрировать,
а выводы и заключения подтверждать и доказывать соответству-
ющими графическими материалами, результатами выполненных
расчетов, выявленными закономерностями, корреляционными свя-
зями и др., которые могут также служить основой для проекти-
рования.
Отчет об инженерных изысканиях обычно состоит из двух ос-
новных частей — общей и специальной, в которых весь материал
располагается в строгой и логической последовательности. В об-
шей части рассматриваются вопросы изученности района, его
естественно-историческое развитие и особенности инженерно-геоло-
гических условий, предопределяющие направленность инженер-
ных изысканий и решение поставленных задач. В этой части не
рекомендуется упрощать освещение общих геологических вопро-
сов, но вместе с тем не следует и перегружать ее дискуссионными
рассуждениями общего характера.
Общая часть подготавливает читателя к пониманию вопросов,
излагаемых в специальной части. Все сведения, приводимые в ней,
258
необходимы для углубленного анализа инженерно-геологических
условий, для заключений о правильности выполненных изыска-
ний и сделанных выводов.
Специальная часть отчета является обоснованием проекта.
В ней необходимо дать ясное и конкретное описание инженерно-
геологических условий изучаемой территории, их оценку, прогноз
возможных изменений и рекомендации по использованию этой
территории, выбору района или участка для строительства, ус-
ловиям строительства комплекса и отдельных его сооружений.
Если общая часть отчета на любой стадии проектирования и ин-
женерных изысканий имеет в основном одни и те же схему и задачи,
то специальная часть в зависимости от стадии проектирования
и инженерных изысканий, особенностей природных условий рай-
она или участка и индивидуальности проектируемых сооружений
должна иметь различные содержание, план, рубрикацию на главы.
Так, например, при обосновании проекта застройки города
па стадии предварительных изысканий рассматриваются условия
строительства в пределах первоочередного микрорайона или квар-
тала, на стадии детальных изысканий — условия строительства,
т.. е. фундирования конкретного здания. При проектировании
гидроузла на стадии предварительных исследований обосновы-
ваются выбор створа — строительной площадки в данном районе,
общие вопросы компоновки и условий строительства, а на стадии
детальных исследований — детальнее рассматриваются инженер-
но-геологические условия выбранной строительной площадки и
условия строительства каждого конкретного сооружения, вхо-
дящего в состав гидроузла.
Поэтому специальная часть в каждом отдельном случае должна
иметь свое содержание, план и т. д. В специальной части отчета
проектировщик должен найти все необходимые для проектиро-
вания инженерно-геологические данные п обоснования в качествен-
ной п количественной форме с той степенью детальности, кото-
рая требуется для рассма 1 рнвасмой стадии проектирования.
'Гаковы общие установки, определяющие состав и содер-
жание отчета об инженерных изысканиях. При этом необходимо
учитывать, что главными потребителями всех инженерно-геоло-
гических материалов при региональных, рекогносцировочных и
частично предварительных изысканиях являются геологи, ко-
торые будут вести изыскания на последующих, более детальных
стадиях, и частично проектировщики, а при предварительных
и особенно детальных исследованиях — проектировщики, а за-
тем строители. Поэтому задача геолога .— максимально и полно
удовлетворить их запросы. В этом случае геолог вправе считать
себя соавтором в общем коллективном труде, направленном на
решение той или иной задачи или проблемы.
Исходя из приведенных общих положений можно рекомендо-
вать следующий состав отчета: текст, графические приложения
и материалы.
259
ww .tvtftrpx.coi»
Текст отчета ориентировочно состоит из введения, семи глав
и заключения. Примерное содержание их следующее.
Во введении прежде всего раскрывают сущность решаемой
народнохозяйственной проблемы и указывают, в соответствии
с какими решениями и заданиями выполнялись инженерные изы-
скания. Затем формулируют задачи инженерных изысканий,
условия их выполнения, состав и объем выполненных работ.
Кратко рассматривают основные материалы, использованные
при составлении отчета, перечисляют авторский состав участников
изысканий и отчета.
В главе о физико-географических условиях района указывают
географическое и административное положение района или участ-
ка, его границы, площадь, ближайшие населенные пункты и пути
сообщения. Приводят выкопировку из мелкомасштабной карты,
на которой отмечают местоположение района или участка. Затем
дают описание орографических и гидрографических особенностей
района в самом сжатом виде, но позволяющее получить четкое
представление о рельефе района и геоморфологическом положении
участка проектируемого объекта. В отдельном параграфе сооб-
щают основные сведения о климатических условиях района, вли-
яющих на режим поверхностных и подземных вод, развитие гео-
логических явлений или имеющих прямое инженерное значение,
например глубина сезонного промерзания и др. Эту главу по-
лезно иллюстрировать гипсометрической схемой или обзорной
геоморфологической картой района, фотографиями форм рельефа,
а также некоторыми графиками, характеризующими гидроло-
гические и климатические его особенности.
Главу о геологических условиях начинают с краткого описа-
ния геологической и инженерно-геологической изученности рай-
она. Оно должно показать современные представления о принятой
стратиграфии отложений, тектонике, изученности подземных вод,
истории геологического развития района и других геологических
вопросах. Следовательно, этот раздел должен содержать не про-
стое хронологическое перечисление дат и авторов, выполнявших
исследования, а главным образом результаты исследований и
степень геологической изученности района. При изысканиях,
имеющих региональный характер, желательно включать пара-
граф, посвященный изученности района, иллюстрировать его
картограммой.
Описание геологического строения района надо начинать с ука-
зания на его структурно-тектоническое положение согласно су-
ществующему тектоническому районированию, а затем давать
характеристику геологического разреза в стратиграфической по-
следовательности, т. е. от более древних пород к более молодым.
При описании геологического разреза очень важно не перегружать
его характеристикой горизонтов, никак не определяющих геологи-
ческие условия решаемых задач. Например, в отчетах об инже-
нерных изысканиях для обоснования проектов промышленных
260
и гражданских сооружений, дорог, мелиоративных работ на
полях сельскохозяйственного производства обычно нет необхо-
димости приводить описание горизонтов, залегающих на глубине
многих десятков и сотен метров от поверхности земли. Здесь важно
дать более полное описание распространения и условий залегания
приповерхностных горизонтов или разностей горных пород геоло-
гического разреза, залегающих в пределах первых десятков мет-
ров от поверхности земли, начиная с горизонта, отмечающего
определенный этап геологического развития района, а горизонты,
залегающие на большей глубине, достаточно только перечислить.
При описании геологического разреза полезно давать краткую
петрографическую характеристику горных пород, отражая при
этом самые главные, существенные их особенности, имеющие ин-
женерно-геологическое значение.
Описание геологического строения района должно завершаться
рассмотрением сто тектоники, т. е. основных форм и условий за-
легания горных пород, распространения тектонических структур,
тектонических разрывов, трещиноватости, новейших и современ-
ных юк топических движений п сейсмичности. Эту часть главы
полезно иллюстрировать тектонической схемой, диаграммами и
розами трещиноватости горных пород, зарисовками и фотогра-
фиями. Главу в целом следует сопровождать стратиграфической
колонкой, геологической картой района и одним или двумя гео-
логическими разрезами по характерным направлениям. В отдель-
ных случаях эта глава кроме геологической карты коренных по-
род сопровождается еще картой четвертичных отложений. Весь
этот материал (текст и графические приложения) должен да-
вать полное и четкое представление о геологическом строении
района.
Особым параграфом в главе выделяют описание подземных вод,
их распространения, приуроченности к определенным страти-
графическим и петрографическим горизонтам, условий залегания,
гидравлических особенностей, водообильности, условий питания
п разгрузки, приводят ориентировочные данные о режиме, мине-
рализации и солевом составе. Здесь необходимо давать оценку
влияния каждого водоносного горизонта, зоны или комплекса
на устойчивость местности, развитие геологических процессов,
а также возможности их использования в качестве временных или
постоянных источников водоснабжения.
В следующем параграфе дается описание истории формиро-
вания рельефа и тех геологических процессов и явлений [21 ],
которые обусловили современное строение поверхности района.
Обобщающим описание геологических условий района является
параграф, посвященный четкому и сжатому рассмотрению исто-
рии его геологического развития.
Глава заканчивается описанием месторождений полезных иско-
паемых н в том числе месторождений строительных материалов.
Этот параграф должен содержать оценку влияния строительства
26)
лтлллШл^грх.сото
п эксплуатации проектируемого объекта на условия вскрытия
и разработки месторождений полезных ископаемых, а также ре-
комендации по использованию месторождений строительных ма-
териалов.
Общая часть отчета завершается главой — «Общие особенности
инженерно-геологических условий района». Она является обоб-
щением и заключением по этой части отчета, показывающим и
подчеркивающим главные, существенные особенности инженерно-
геологических условий района в целом и отдельных его частей,
предопределившие направленность инженерных изысканий и
решение поставленных задач. Эту главу полезно сопровождать
инженерно-геологической картой или картой инженерно-геоло-
гического районирования, схемой типизации инженерно-геологи-
ческих условий, фотографиями и другими иллюстрациями.
Специальная часть отчета начинается главой, в которой при-
водится характеристика и дается оценка инженерно-геологических
условий участка, строительной площадки, трассы линейных
сооружений и др. Если отчет составляется по результатам пред-
варительных исследований, то в этой главе приводятся характе-
ристика и сравнительная оценка конкурирующих вариантов участ-
ков, площадок, створов и т. д. и дается геологическое обоснование
выбора одного из них.
В том и другом случае в этой главе прежде всего показывают
расположение участка (или участков), компоновку проектируемых
сооружений в дают краткую характеристику их конструктивных
особенностей. Затем перечисляют состав и объем выполненных
работ и используемые материалы для обоснования проекта соору-
жения или инженерных работ на рассматриваемой стадии и
приводят характеристику организационных условий и методики
выполнения работ.
Следовательно, если во введении к общей части отчета раскры-
вают сущность решаемой проблемы или задач, то здесь, в первом
параграфе специальной части, более детально и конкретно пока-
зывают, как реализуется решение поставленных задач.
Эту главу иллюстрируют планом участка обычно в масштабе
1 : 2000—1 : 10 000 или планом вариантов участков в масштабе
1 : 10 000, реже 1 : 25 000, на которых показывают расположение
сооружений, линий геологических разрезов, разведочных и опыт-
ных выработок и другие данные, подтверждающие представитель-
ность материалов инженерных изысканий.
В следующем параграфе дают описание рельефа участка,
строительной площадки. Оно должно быть кратким и достаточно
конкретным, содержать указания о расположении наивысших
и наинизших абсолютных отметок поверхности земли, превыше-
ниях и уклонах элементов рельефа и их деталях, влияющих па
план разведочных работ, расположение сооружений, необхо-
димость выполнения работ по планировке территории, регуляции
поверхностного стока и др. При описании рельефа участка необ-
262
ходимо делать ссылки на план (в масштабе 1 : 2000 или 1 : 5 000
с сечением рельефа через 0,5—1,0 м) и конкретные его
точки.
При описании геологического строения участка прежде всего
необходимо сказать о распространении, общей мощности и осо-
бенностях геологического разреза четвертичных отложений (гене-
тических и петрографических типах), о геологическом разрезе
коренных пород, глубине их залегания и характере рельефа по-
верхности. Все это сразу должно дать представление об инженер-
но-геологических условиях участка и о том, какие породы будут
служить естественным основанием или средой для проектируемых
сооружений.
Затем приводят сверху вниз описание геологического разреза
четвертичных отложений и коренных пород, развитых в пределах
участка, строительной площадки, трассы и т. д. При этом дают
подробную характеристику условий залегания горных пород
и их выдержанности по мощности и простиранию. При описании
делают ссылки на конкретные разведочные выработки, геологи-
ческую карту или карты участка, характерные геологические раз-
резы, аксонометрическую проекцию и другие материалы.
При характеристике участка совершенно особое внимание надо
уделять всему тому, что определяет неоднородность его геологи-
ческого строения — неоднородности геологического разреза, не-
выдержанности условий залегания толщ, слоев, пачек, зон гор-
ных пород по мощности и простиранию, неровности рельефа по-
верхности коренных пород, наличию тектонических нарушений
и разрывов, трещиноватости и отдельных трещин, зонам выветри-
вания и разуплотнения пород и др. Эта характеристика должна
давать четкое, ясное и совершенно определенное однозначное
представление о геологическом строении участка, т. е. о последо-
вагс’п,ногти и шластовапия горных пород, условиях их зале-
i линя и степени их однородности или неоднородности.
С той же детальностью приводят описание гидрогеологических
условий При этом уделяют внимание главным образом тем водо-
носным горизонтам, зонам и комплексам, которые попадают в зону
влияния проектируемого сооружения и могут отразиться на ус-
ловиях производства строительных работ, устойчивости и условиях
эксплуатации сооружений. Важно также дать оценку и прогноз
влияния проектируемого сооружения на изменение гидрогеологи-
ческих условий участка (изменение глубины залегания подземных
вод, их запасов, качества) или на развитие опасных геологических
процессов
В большинстве случаев гидрогеологические условия конкрет-
ного участка или площадки определяются подземными водами
первых от поверхности земли водоносных горизонтов, зон или
комплексов. Поэтому именно о них приводят все данные, опреде-
ляющие не только их пространственное и геологическое положение,
по и все количественные параметры, характеризующие их режим
263
.EWirpX.COTO
(глубину залегания, мощность, напоры, водообильность, показа-
тели водопроницаемости, химического состава и агрессивности
воды). Описание должно сопровождаться данными расчетов воз-
можных водопритоков, потерь воды на фильтрацию, величины
подтопления и подпора и др., а также ссылками на геологические
разрезы, схемы, карты. Следовательно, характеристика гидрогео-
логических условий должна быть конкретной, количественной
и совершенно однозначной.
Важнейшим параграфом первой главы специальной части от-
чета являются описание разультатов изучения и оценка физико-
механических свойств горных пород, выделенных в геологическом
разрезе участка или строительной площадки. Это описание должно
обобщать результаты лабораторных и полевых опытных работ,
а также имеющиеся материалы, характеризующие поведение гор-
ных пород при воздействии на них существующих сооружений
и выполняемых инженерных работ.
Описание следует давать каждой разности пород, существенно
отличающейся в геологическом разрезе по своим стратиграфи-
ческим и петрографическим признакам и строительным качествам,
независимо от широты их распространения, причем особое внима-
ние надо обращать на выделение и характеристику слабых со
строительной точки зрения разностей пород. При мощных толщах
тонкопереслаивающихся пород следует давать описание каждой
пачки с однотипным чередованием слоев пород, одинаковых или
близких по составу и состоянью. При петрографически однород-
ных мощных толщах пород следует выделять отдельные зоны и
подзоны, различающиеся по физическому состоянию, т. е. степени
влажности, плотности, выветрелости, трещиноватости, водопро-
ницаемости и другим показателям.
Следовательно, при описании горных пород надо строго соблю-
дать правило их геологической однородности в генетическом,
стратиграфическом и петрографическом отношениях. При этом
для каждой толщи, слоя, пачки, зоны и разности горных пород,
выделенных в геологическом разрезе, их описание и оценка долж-
ны включать: характеристику внешнего облика, цвета и оттенков,
вещественного состава, строения, физического состояния и фи-
зико-механических свойств. Только такое комплексное специали-
зированное описание горных пород, по существу, может называть-
ся инженерно-геологическим.
Обобщение и анализ массовых данных исследований свойств
горных пород, сопровождающиеся статистической их обработкой,
завершают рекомендациями установленных обобщенных, а в необ-
ходимых случаях и расчетных показателей свойств горных пород.
Описание физико-механических свойств горных пород должно
сопровождаться фотографиями и микрофотографиями, графиками
распределения значений показателей свойств, графиками различ-
ных зависимостей, диаграммами и различными обобщающими
таблицами.
264
Завершающим параграфом первой главы специальной части
отчета является оценка — заключение об инженерно-геологи-
ческих условиях строительства сооружений или выполнения ин-
женерных работ на рассматриваемом участке — строительной пло-
щадке. Здесь должно получить отражение все то, что определяет
размещение (компоновку) сооружений, особенности их конструк-
ций, общие условия производства строительных или горных ра-
бот, выбор глубины врезки сооружений, их общую устойчивость
и условия эксплуатации. Заключение должно также содержать
рекомендации относительно выбора принципа строительства соо-
ружения, соблюдения определенных правил и инженерных меро-
приятий, обеспечивающих безопасность ведения работ и устой-
чивость территории и сооружений.
Следующая глава специальной части отчета посвящается оценке
инженерно-геологических условий строительства каждого здания
или сооружения, проектируемого на рассматриваемом участке
или строительной площадке. Например, применительно к про-
мышленным или гражданским зданиям в ней должен быть рас-
смотрен геологический разрез участка расположения здания,
дано обоснование выбора естественного основания фундамента
и глубины его заложения, обоснование выбора нормативных
(расчетных) нагрузок по подошве фундамента и прогноз возможной
осадки здания, приведена характеристика условий вскрытия
котлована, даны оценки устойчивости его откосов, возможных
притоков воды и ее агрессивности и прогноз изменений гидрогеоло-
гических условий при эксплуатации здания.
Описание и оценка условий строительства должны сопрово-
ждаться обоснованием выбора расчетных нагрузок и показателей,
используемых при расчете возможных осадок здания (Еп, у),
и ссылками па геологические разрезы, аксонометрическую проек-
цию, каргу среза па отметке заложения иодошвы фундаментов,
схему расчета осадок и другие графические материалы, иллюстри-
рующие и доказывающие сделанные выводы. В необходимых слу-
чаях заключение должно содержать рекомендации о необходимых
инженерных мероприятиях, обеспечивающих устойчивость здания
и нормальные условия его эксплуатации.
Из этого примера видно, какие конкретные инженерные воп-
росы и решения должен содержать материал этой главы по каждому
проектируемому сооружению. Эти материалы должны полностью
отвечать одному из основных общих положений инженерной гео-
логии — обосновывать при проектировании выбор самых опти-
мальных инженерных решений и гарантировать строительство
от всяких геологических неожиданностей.
В следующей главе- приводится описание месторождений ми-
неральных строительных материалов, разведанных с целью обес-
печения ими строительства. Выше уже обращалось внимание
па то, что при инженерных изысканиях необходимо уделять
самое серьезное внимание поискам, разведке и промышленной
265
.EWirpX.COW
оценке месторождений естественных минеральных строительных
материалов, требующихся для строительства, особенно крупных
сооружений. При характеристике каждого месторождения необ-
ходимо дать сведения о его местоположении, геоморфологическом
положении, геологическом строении, гидрогеологических усло-
виях, условиях залегания полезной толщи, запасах, качестве
стройматериалов, мощности вскрыши и составе слагающих ее
пород, условиях вскрытия, разработки и эксплуатации месторож-
дения.
При изысканиях для крупных объектов эта глава иногда оформ-
ляется в виде самостоятельного тома. При инженерных изысканиях
для массовых видов строительства в городских или промышленных
районах, где обеспечение строительными материалами осуществля-
ется в централизованном порядке из существующих разрабаты-
ваемых месторождений, специальной главы «Месторождения
строительных материалов» в отчете приводить не следует.
Заключительная глава отчета должна быть посвящена прог-
нозу изменений инженерно-геологических условий участка, строи-
тельной площадки и окружающих территорий при эксплуатации
проектируемых сооружений и выполнении инженерных работ.
Такие изменения происходят нередко в связи с развитием тех
или иных геологических процессов и явлений, например подтоп-
ления, просадочных, оползневых и др. Прогноз развития каждого
явления должен быть конкретным, по возможности количествен-
ным, сопровождаться рекомендациями мероприятий по предупре-
ждению его развития, локализации воздействия или защиты от
его влияния.
Таково содержание основных глав отчета. Оно не является
абсолютной схемой и может изменяться в зависимости от стадии
изысканий и проектирования, типа сооружений или инженерных
работ, особенностей инженерно-геологических условий района,
участка или строительной площадки.
Заключение по отчету должно содержать обобщающие выводы
по общей и специальной его частям, по каждой главе. В нем необ-
ходимо рассмотреть: все те выводы и рекомендации, которые были
переданы для проектирования, вытекающие пз характеристики
инженерно-геологических условий района, особенности поста-
новки инженерных изысканий; обоснование выбора первоочеред-
ного района для строительства и участка или площадки в его
пределах; оценку их инженерно-геологических условий; рекомен-
дации по вопросам расположения сооружений, условиям их
строительства и устойчивости, правилам эксплуатации, выбору
расчетных показателей, параметров и расчетных схем, а также
необходимых инженерных мероприятий по обеспечению устой-
чивости сооружений и охраны окружающей среды.
Отчет сопровождается графическими и текстовыми приложе-
ниями, дополняющими каждую главу, а также и другими матери-
алами, использованными при проектирован ил сооружений.
ПБу ^eто_етt
РАЗДЕЛ ВТОРОЙ
ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ
ПРИ ПРОЕКТИРОВАНИИ И СТРОИТЕЛЬСТВЕ
РАЗЛИЧНЫХ СООРУЖЕНИЙ
ГЛАВА VI!
ПРОЕКТИРОВАНИЕ
И СТРОИТЕЛЬСТВО
ГОРОДОВ И ПОСЕЛКОВ
Общие положения. По состоянию на 1965 г.
численность населения земного шара составляла 3,3 млрд, чело-
век, из которых 60—85% — городского. Поданным ООН, к концу
нынешнего столетия население Земли превысит 7 млрд, человек,
соответственно возрастет и население городов. Непрерывный рост
численности населения городов наблюдается почти во всех стра-
нах мира. В настоящее время в мире насчитывается более 1000
городов с населением, превышающим 100 тыс. человек, и более
100 городов с населением более 1 млн. человек. В Советском Союзе
таких городов сейчас 16—Москва, Ленинград, Киев, Ташкент,
Баку, Харьков, Горький, Новосибирск, Куйбышев, Свердловск,
Минск, Тбилиси, Одесса, Омск, Челябинск, Днепропетровск.
Более 40 советских городов имеют население свыше 500 тыс. че-
ловек из них в семи оно приближается к 1 млн. человек (Донецк,
Пермь, Казань, Ереван, Уфа, Волгоград, Ростов-на-Дону).
На начало 1976 г. городское население в СССР составляло
61%, через 5 лет оно возрастет до 70—75%. За годы советской
власти построено более 1000 новых городов и 2000 поселков го-
родского типа. Ежегодно в нашей стране появляется 20—23 но-
вых города. Сейчас в СССР насчитывается около 2000 городов
и 3600 поселков городского типа. При таких масштабах градо-
строительства происходят большие качественные изменения и
в облике городов, и в их строении.
Рост численности городского населения обусловливает необ-
ходимость реконструкции и расширения существующих городов,
строительства новых и соответственно развития разнообразных
видов городского строительства. Теперь в крупных городах важно
рационально использовать не только наземное, но и подземное
267
www.twtrpx.coTO
пространство. Сложную задачу составляют проектирование и
строительство городов в особых инженерно-геологических усло-
виях — в условиях развития карста, оползней, просадочных и
слабых неустойчивых пород, затопления и подтопления, высокой
сейсмической активности, распространения многолетней мерзлоты,
на территориях, подрабатываемых подземными выработками и др.
Наконец, при планировании и строительстве городов необходимо
в полной мере решать вопросы охраны окружающей природы и
геологической среды. В связи со всем перечисленным перед ин-
женерной геологией возникла новая сложная проблема — ин-
женерная геология городов.
Стадии проектирования городов и инженер-
ных изысканий. Проектирование городов производится в опре-
деленной последовательности, отличающейся от обычной стадий-
ности проектирования различных зданий и сооружений. Главным
исходным градостроительным документом является генеральный
план, который определяет размещение (компоновку) всех видов
жилищного, общественного, промышленного строительства, распо-
ложение транспортных магистралей и других элементов город-
ского хозяйства, обеспечивающих удовлетворение растущих ма-
териальных и культурных потребностей населения, деятельность
промышленных-, транспортных, энергетических и других предпри-
ятий и учреждений [8, 16, 18].
Генеральный план — это план использования территории
в пределах проектируемых границ города (обычно в масштабе
1 : 10 000—1 : 25 000), составляемый в соответствии с планами
развития народного хозяйства, социального развития и научно-
технического прогресса страны, республики, края, области или
района. Генеральные планы городов с проектной численностью
населения 500 тыс. человек и более разрабатываются в два этапа:
1) технико-экономическое обоснование развития города с эски-
зом генерального плана (ТЭО) и 2) генеральный план города.
Генеральные планы остальных городов разрабатываются в одну
стадию. Для городов с численностью населения 250 тыс. человек
и более, а также городов-курортов одновременно с разработкой
генерального плана разрабатывают проект планировки приго-
родной зоны в масштабе 1 : 25 000—1 : 50 000. Для городов
меньших размеров и поселков городского типа генеральный план
дополняется схемой планировки пригородной зоны.
При составлении каждого генерального плана обычно разра-
батывают проект размещения строительства первой очереди
в масштабе 1 : 5000—1 : 10 000, причем если генеральный план
составляют на 25—30 лет, то проект строительства первой очереди —
на каждую пятилетку. Таким образом, первой стадией проектиро-
вания городов является составление генерального плана, т. е.
плана использования территории.
Рациональное использование территории города и перспектива
•4ю развития в значительной степени обосновываются данными,
В68
характеризующими инженерно-геологические условия этой тер-
ритории в целом и отдельных ее частей. Для получения этих дан-
ных выполняют инженерные изыскания для обоснования проектов
планировки города и размещения строительства первой очереди.
По существующей геологической схеме подразделения инженер-
ных изысканий на стадии (см. гл. I) эти изыскания являются
рекогносцировочными и частично предварительными на участке
строительства первой очереди. В задачи, решаемые на этой стадии,
должны входить изучение и оценка инженерно-геологических
условий территории города с целью рационального размещения
всех видов застройки и использования без учета конструктивных
особенностей отдельных зданий и сооружений.
Генеральный план города является основой для выполнения
второй стадии проектирования — составления проектов детальной
планировки города и его промышленных районов. Эти проекты
разрабатывают либо на отдельные части территории города —
жилые районы, либо на микрорайоны, районы отдельных промыш-
ленных предприятий и др., подлежащие застройке, реконструкции
или благоустройству на ближайшие 3—5 лет в соответствии с про-
ектами размещения строительства первой очереди. Этими проек-
тами определяются архитектурпо-плаппровочпое и пространствен-
ное размещение комплексов зданий и сооружений, положение тран-
спортных магистралей, улиц, площадей, отметки поверхности
земли па различных участках и другие вопросы детальной плани-
ровки.
Инженерные изыскания для обоснования проектов детальной
планировки города и промышленных районов проводят в порядке
дополнения и уточнения материалов изысканий, выполненных для
обоснования генерального плана города. Материалы этой стадии
изысканий должны обосновывать проект строительства намечае-
мого комплекса зданий и сооружений на данном участке, обеспе-
чивать сопоставление и выбор возможных вариантов естественных
оснований и фундаментов для них и служить обоснованием про-
екта организации производства строительных работ.
Таковы задачи второй стадии инженерных изысканий при
проектировании и строительстве городов. По своему существу эта
стадия в полном смысле является предварительной, она как бы
определяет степень пригодности территории, благоприятного
ее расположения и возможные условия строительства проекти-
руемого комплекса зданий и сооружений.
Третьим этапом проектирования городов является проект
застройки нового или реконструкции существующего города.
Его разрабатывают на основе проекта детальной планировки
города, промышленного района, определенного участка жилого
района, микрорайона, кварталов, отдельных зданий и сооружений,
общественных комплексов и т. д. на топооснове масштаба от
1 : 500 до 1:10 000 в зависимости от инженерно-геологических
условий участков застройки, типов проектируемых зданий и
269,
WWW.tWirpX.COX»
сооружений и других условий. В проекте застройки окончательно
определяют границы участков строительства, планировочные
отметки и уклоны поверхности земли, типы зданий и сооружений,
их фундаментов и организацию производства работ по каждому
из них. Этот проект обычно разрабатывают в две стадии: техни-
ческий проект и рабочие чертежи.
Для обоснования проекта застройки города, т. е. проектов жи-
лых, общественных, промышленных зданий и сооружений, вы-
полняют детальные инженерные изыскания с целью полного,
детального изучения инженерно-геологических условий их строи-
тельства. Заметим, что при инженерных изысканиях для инже-
нерно-геологического обоснования проекта застройки городов и
поселков приходится решать разнообразные и сложные задачи,
но первоочередными являются задачи, связанные с проектиро-
ванием фундаментов для перечисленных зданий и сооружений
массовых типов строительства. Поэтому заключения по таким
изысканиям должны содержать: рекомендации о глубине зало-
жения фундаментов и о горных породах (естественных основаниях),
на которых их следует располагать, о нормативных и расчетных
характеристиках свойств горных пород; оценку устойчивости
проектируемых зданий и сооружений и возможных их осадок;
данные об условиях вскрытия котлованов и производства строи-
тельных работ. В необходимых случаях в особо сложных инже-
нерно-геологических условиях определяется состав инженерных
мероприятий, обеспечивающих долговечность и устойчивость тех
пли иных зданий и сооружений и нормальные условия их эксплу-
атации, а также мероприятий по охране окружающей природы
и геологической среды.
Гражданские и промышленные здания и сооружения строят
не только в пределах городов и поселков городского типа, но и
на других строительных площадках за пределами города или
поселка. Поэтому вопросы об инженерно-геологических условиях
строительства таких зданий и сооружений рассматриваются
особо в гл. VIII. Здесь же остановимся на вопросах и проблемах,
связанных с оценкой и прогнозом инженерно-геологических усло-
вий территорий при планировании и строительстве городов в целом.
Главные вопросы инженерной геологии при
проектировании и строительстве городов. Как уже было отмечено,
инженерно-геологическое обоснование проектирования и строи-
тельства городов — это не только новая, во и сложная проблема,
в которую входит много разнообразных геологических вопросов.
Рассмотрим важнейшие из них, определяющие существо, содер-
жание проблемы.
При планировании городов прежде всего возникает задача
рационального использования территорий с их инженерно-геоло-
гическими условиями, т. е. с их рельефом, геологическими обра-
зованиями, процессами и явлениями. Поэтому изучение, описание,
инженерно-геологическое картирование территории и на этой
270
основе ее инженерно-геологическое районирование и оценка вы-
деленных районов — первый вопрос рассматриваемой проблемы.
При проектировании города, т. е. многочисленных обществен-
ных, гражданских, промышленных и других зданий и сооружений,
инженерная геология призвана решать разнообразные вопросы
геологического обоснования проектов их размещения, как и дру-
гих элементов города (проездов, площадей, парков и др.), в пре-
делах отдельных районов, микрорайонов, кварталов, участков.
В конечном же счете для всех видов массового городского строи-
тельства требуется производить выбор естественных оснований
и давать геологическое обоснование проектов фундаментов. Сле-
довательно, в инженерно-геологической проблеме строительства
городов одним из ведущих является вопрос о геологических усло-
виях строительства фундаментов (фундаментостроение). Именно
под этим углом зрения следует изучать и оценивать геологические
условия территории города и отдельных ее частей.
Города, особенно крупные, с их пригородными зонами зани-
маю! огромные площади. При региональном инженерно-геологи-
ческом изучении таких площадей всегда необходимо стремиться
к конкретности в характеристике и оценке как всей территории
города в целом, так и отдельных ее частей. Этому, как было от-
мечено в гл. III, обычно способствует их типизация, т. е. выявле-
ние главного, существенного, обобщающего оценку их инженерно-
геологических условий. Такая типизация особенно полезна,
когда на территории города выделяется несколько или много
групп участков, одинаковых или сходных по тем или иным глав-
ным, существенным признакам.
При планировании городов типизация территорий позволяет
применять определенный комплекс защитных инженерных меро-
приятий при развитии разнообразных геологических процессов
и явлении. При шетропке городов типизация позволяет опре-
делять выбор оснований и типов фундаментов для различных зда-
ний и сооружений и обосновывать решение всех вопросов, свя-
занных с геологическими условиями фундаментостроительства.
Поэтому типизацию инженерно-геологических условий террито-
рий города и его пригородной зоны следует также считать важ-
нейшим вопросом рассматриваемой проблемы.
В связи с геологической историей развития того или иного
района на территориях, занимаемых городами, могут быть распро-
странены горные породы различного состава, состояния и свойств.
Так, например, в районах Ленинграда, Архангельска, Риги,
Таллина, Пярну и многих других городов широко распространены
слабые глинистые породы поздие- и послеледникового возраста.
В связи с этим возникла сложная проблема строительства зданий
и сооружений на слабых водонасыщенных, сильносжимаемых
глинистых породах. Строительство на таких породах постоянно
требует соблюдения определенной осторожности, ограничений,
применения особых конструктивных решений, фундаментов глу- '
271
MWV?.tVCtrpX.COTO
бокого заложения и особенно широко фундаментов свайного типа.
Вопросы строительства сооружений на слабых сильносжимаемых
глинистых породах рассматривались на трех всесоюзных кон-
ференциях (Таллин, 1965 г.; Рига, 1972 г.; Одесса, 1975 г.).
Таким же специальным вопросом является строительство зда-
ний и сооружений на лёссовых просадочных породах. В СССР
сотни городов и поселков городского типа построены и строятся
на лёссовых породах. Условия строительства и эксплуатации
сооружений на таких породах, как известно, необычные, они до-
статочно подробно рассмотрены в «Инженерной геодинамике»
[13] и другой специальной литературе [4, 6, 7]. Этой сложной
проблемой строительства занимался ряд всесоюзных конференций
и совещаний. Строительство сооружений на лёссовых породах
в Советском Союзе регламентируется специальными «Строитель-
ными нормами и правилами» [17].
Большие трудности возникают при строительстве зданий и
сооружений в районах распространения многолетнемерзлых гор-
ных пород. Об этом свидетельствует опыт строительства многих
городов, и в том числе таких, как Воркута, Норильск, Чита,
Якутск, Магадан и многих других. Строительство городов па
многолетнемерзлых горных породах — специальный вопрос. Стро-
ительство зданий и сооружений в таких условиях регламентирует-
ся специальными Строительными нормами и правилами 120].
Во многих районах при строительстве городов встречаются
совершенно особые условия, связанные с распространением элю-
виальных глинистых неоднородных образований и набухающих
глинистых пород.
В пределах многих городов здания и сооружения приходится
строить на искусственно отсыпанных строительных, промышлен-
ных и хозяйственно-бытовых отходах (бывших свалках) или на
планомерно отсыпанных либо намытых породах. Это совершенно
особый, но исключительно важный вопрос использования неблаго-
приятных территорий для застройки или создания для этих целей
новых территорий. В этом отношении хорошим примером может
служить Япония, где ведутся огромные работы по созданию новых
территорий путем отсыпки и намыва горных пород на прибрежной
отмели и таким образом отвоевывается пространство у моря.
Перечисленная группа вопросов об условиях строительства
городов на разных типах горных пород, несомненно, является
важнейшей в рассматриваемой проблеме, так как с нею приходится
встречаться повседневно при массовом строительстве.
Следующая группа вопросов связана с условиями строитель-
ства городов в районах развития геологических процессов и яв-
лений. Так, например, в пределах городов Ульяновска, Вольска,
Киева, Одессы и многих других распространены оползни, которые
постоянно угрожают устойчивости территорий, сооружений, жизни
и деятельности людей. В пределах городов Уфы, Альметьевска,
Кунгура, Дзержинска, Риги, Паневежиса и других большую
272
опасность представляет карст. О значении этого геологического
явления для строительства уже было достаточно подробно сказано
и (Инженерной геодинамике» [13], ярким дополнительным сви-
те гельством этому являются рис. VI1-1.
|( )жпые и дальневосточные районы нашей страны расположены
и пределах альпийской зоны складчатости, отличающейся повы-
шен нон сейсмической активностью. Поэтому при планировании
п строительстве городов в этих районах первостепенное значение
имеют изучение и оценка сейсмической активности территорий
и выполнение их сейсмического микрорайонирования. Недавние
I’iu. VII I. Карстовый провал в августе 1972 г. в дер. Ростригино Горо-:
донецкого района Владимирской области. Фото И. А. Саваренского.
землетрясения в городах Ашхабаде, Ташкенте, Махачкале, Газли
и др., а также во многих зарубежных странах постоянно об этом
IIJIIKIMIIB.TIOI'.
В «Инженерной геодинамике» [13] мы уже обращали внимание
и i к», 'по огромное число городов и поселков, и в том числе сто-
лицы к>< уд.1р( in, республик, краев п областей, расположены в до-
лин. <х р< । пл наших водоразделах, пологих склонах и терра-
сах Lii.oc их расположение как бы указывает на то, что жизнь
и кик ti.ikk и. hi un i к.। в Н1.1ЧПГСЛЫ1ОЙ степени сосредоточена
и 'io'iiiii.1\ рек. Однако в них широко развиты некоторые геологИ-
че< кие процессы п пиления. При планировании, строительстве и
р.н шпреппп городов здесь важно учитывать явления затопления
н поД11ШЛ1 пня территорий при паводках и половодьях, а на гор-
ных реках возможность развития селевых явлений. Кроме того,
в пределах юродов часто широкие пространства занимает пойма,
прикрыт in слабыми гумусированными или заторфованными пой-
менными отложениями и торфяниками. Местами происходят ин-
11 ш niiiii.ni подмыв и разрушение берегов, размыв склонов — ов-
ражнобалочные явления и др.
Таким образом, на территориях существующих или планируе-
мых городов встречаются разнообразные геологические процессы
и явления, без учета, изучения и оценки угрожаемое™ которых
немыслимы рациональное использование территорий городов и
их охрана.
Ю В. Д. Ломтадзе
273
www.twlrpx.cei»
Заканчивая рассмотрение вопросов, составляющих проблему
инженерной геологии городов, обратим внимание также и на сле-
дующие.
1. В пределах городов часто строят разнообразные и очень
крупные сооружения — мосты, подземные переходы, гаражи,
хозяйственные объекты, автодорожные туннели, метрополитены,
аэропорты и многие другие. Так, например, в нашей стране уже
6 городов имеют метрополитены — Л1осква, Ленинград, Киев,
Баку, Тбилиси, Харьков. В столице нашей Родины действует
6 линий — радиусов метро общей протяженностью 169,5 км со
103 станциями. Сейчас ведется строительство трех новых радиу-
сов — Рижского, Калининского и Серпуховского. Очень скоро
начнется строительство метрополитена в городах Минске и Горь-
ком. Ведутся изыскания трасс метро в Свердловске и Куйбышеве.
Закопчен техничес кий проект первой линии метрополитена в г. Но-
восибирске. Инженерно-геологическое обоснование проектов та-
ких ответственных сооружений — задача специальная и сложная,
причем для каждого из них требуется решение особых, специ-
фических геологических вопросов.
2. В некоторых горнопромышленных районах развитие гор-
ных работ сопровождается подработкой территорий городов, что
приводит к возникновению явлении проседания, провалов и дру-
гих видов деформаций поверхности земли и сооружений. В миро-
вой практике известны многочисленные примеры осадки поверх-
ности земли и деформаций зданий п сооружений в связи с интен-
сивной откачкой подземных год, пефтн и газа 1131. Поэтому при
проектировании и строительстве в горнопромышленных районах
новых городов и реконструкции старых перед инженерной геоло-
гией встают также совершенно специфические вопросы.
3. Широкий круг вопросов связан с обеспечением строительства
городов естественными минеральными строительными материалами,
питьевой и технической водой, с выполнением разнообразных работ
по благоустройству территорий и решением многих других задач.
Вот далеко не полный круг вопросов, с которыми в первую
очередь приходится сталкиваться инженеру-геологу при проекти-
ровании и строительстве городов.
Таким образом, главными, первоочередными вопросами рас-
сматриваемой проблемы являются: 1) региональное инженерно-
геологическое изучение территорий и их районирование с целью
обоснования проектов планировки городов и пригородных зон;
2) инженерно геологическая типизация территорий с целью уста-
новления принципов строительства разных групп зданий и соору-
жений, видов естественных оснований, типов фундаментов и схем
их расчетов, комплексов защитных инженерных мероприятий;
3) обоснование проектов фундаментов зданий и сооружений на
горных породах, относящихся к различным группам и видам,
их устойчивости и нормальных условий эксплуатации; 4) изуче-
ние, оценка и прогноз геологических процессов и явлений, влия-
274
by Xorb_ert
КИЦ11Х на условия,строительства, сохранность территорий, зданий
и сооружений и угрожающих жизни и деятельности люден; 5) обо-
сновапие проектов разнообразных специальных сооружений —
мостов, метрополитенов, аэропортов и многих других; 6) выполне-
ние поисков, разведки и промышленной оценки месторождений
естественных минеральных строительных материалов и источни-
ков питьевого и технического водоснабжения; 7) обоснование
проектов различных инженерных работ по благоустройству тер-
I нторнй, охране природы и геологической среды.
Основы инженерно-геологического райони-
рования территорий при планировании городов. Основой регио-
нального изучения территорий является инженерно-геологическая
съемка с сопровождающими ее другими видами геологических
работ (см. гл. II). Она заключается в изучении, описании и объ-
ективном изображении на карте инженерно-геологических усло-
вий тех пли иных территорий. Выполнив инженерно-геологиче-
скщо । комку территории города (обычно в масштабе 1 ; 10 000—
I : 25 000) и его пригородной зоны (в масштабе 1 : 25 000—
1 : 50 000) п сш гавпв соответствующую карту, мы получим пол-
ную, но общую характеристику п оценку инженерно-геологиче-
ских условий территории. Для планирования городов этих дан-
ных бывает недостаточно и их приходится дополнять специальной
оценкой отдельных частей рассматриваемой территории с учетом
требований массовых видов строительства или, конкретнее,
с учетом геологических условий строительства фундаментов.
Так возникает необходимость в выполнении на основе регио-
нального Ш1женерно-геологического изучения территории города
и гю 11р1нородпоп зоны специального инженерно-геологического
районирования. При районировании четко выделяются все те
oio6i.ii условия, которые необходимо учитывать при проектиро-
। ihiiii и строителю гие щаппп и сооружений города. Районпро-
। шнс д.к । 11н<|юрмацн1о о планировочных ограничениях по ин-
женерно геологическим условиям. Районирование необходимо так-
же в связи с неоднородностью и изменчивостью инженерно-геоло-
гпческнх условий территорий, проявляющихся в рельефе, геоло-
гическом строении, распространении тех или иных групп и видов
горных пород, подземных вод и геологических процессов.
Для планирования городов и других населенных пунктов,
т. е. для массового жилищного, общественного и промышленного
строительства, в Советском Союзе принято проводить райониро-
вание территорий по степени их пригодности (благоприятности
условий) для таких видов строительства. Как видно из табл. VI1-1,
при этом учитывается влияние на их оценку важнейших эле-
ментов инженерно-геологических условий. При таком райониро-
вании, как показывает опыт, целесообразно использовать геомор-
фологический метод, в соответствии с которым в первую очередь
выделяют элементы рельефа первого порядка (водоразделы,
склоны, террасы и др.) и затем их подразделяют на части по
10* 275
276
Т а б л и ц a VII-1
ХАРАКТЕРИСТИКА ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИХ УСЛОВИЙ ТЕРРИТОРИЙ
ПО СТЕПЕНИ ИХ ПРИГОДНОСТИ — БЛАГОПРИЯТНОСТИ ДЛЯ ПЛАНИРОВАНИЯ И СТРОИТЕЛЬСТВА ГОРОДОВ
Элементы инженерно- геологических условий Степень пригодности территорий
I Пригодные (благоприятные) 11 Ограниченно пригодные (благоприятные) III Непригодные (неблагоприятные)
а. Рельеф Равнинный, с уклоном 0,5—10% (до 3°), относительные превы- шения (глубина расчленения рельефа) до 10 м, горизон- тальное расчленение слабое или очень слабое (расстояния ме- жду западинами, котловинами и эрозионными врезами более 2—5 км) Равнинный, с уклоном менее 0,5% и от 10 до 20% (до 1Г). а в гор- ных местностях до 30% (до 16—17°). Относительные пре- вышения 10—25 м, горизон- тальное расчленение среднее и значительное (0,5—2,0 км) Равнинный, сильно расчлененный, уклоны более 20% (1Г), а в горных местностях более 30% (более 16—17°). Относительные превышения более 25 м, гори- зонтальное расчленение силь- ное (менее 0,5 км)
б. Геологическое строение Распространены однородные гор- ные породы, пригодные как естественные основания при обычных нормальных типах фундаментов. Устойчивость зданий и сооружений и нор- мальные условия нх эксплуа- тации гарантируются Распространены горные породы, состав и свойства которых тре- буют соблюдения некоторых ограничений и осторожности для обеспечения устойчивости соору- жений и зданий и нормальных условий их эксплуатации. Воз- можны специальные типы фун- даментов, искусственное улуч- шение свойств горных пород и другие инженерные мероприя- тия Распространены слабые горные породы, для обеспечения устой- чивости зданий и сооружений на которых применяют специ- альные типы фундаментов, ис- кусственное улучшение свойств горных пород, конструктивные мероприятия и соблюдают опре- деленные условия производства строительных работ
Продолжение табл. VTI-1
Элементы ннженорпо- геологическнх условий Степень пригодности Тт:; иторий
I Пригодные (благоприятные) 11 Ограниченно понглачи^ (благоприятные) ш Непригодные (неблагоприятные)
в. Подземные воды Глубина залегания подземных вод больше глубины заложе- ния фундаментов зданий и со- оружений. Нет необходимости в осуществлении мероприятий по защите от их вредного влия- ния Необходимы специальные меро- приятия для обеспечения нор- мальных условий строительства, устойчивости и эксплуатации зданий и сооружений (водопони- жение, осушение, гидроизоля- ция, противокоррозионные ме- роприятия и др.) Требуется выполнение сложных специальных мероприятий для защиты от влияния подземных вод на устойчивость зданий и сооружений, нх эксплуатацию и производство строительных работ
г. Геологические процессы и явления Не требуется выполнения каких- либо специальных мероприя- тий по защите территорий от вредного их влияния Требуется выполнение специаль- ных инженерных мероприятий по защите территорий, зданий и сооружений, жизни и дея- тельности людей от вредного и опасного их влияния * Требуется выполнение сложных защитных мероприятий
д. Затопление тер- риторий Незатопляемые в паводки 1%-ной обеспеченности (повторяе- мостью 1 раз в 100 лет) Незатопляемые в паводки от 1 до 4%-ной обеспеченности (повто- ряемостью 1 раз в 25 лет) Затопляемые в паводки более чем 4%-ной обеспеченности (повто- ряемостью более чем 1 раз в 25 лет)
.Шхгрх.сотп
морфометрическим особенностям, геологическому строению, рас-
пространению подземных вод, геологических процессов и явлений.
В результате такого расчленения вся рассматриваемая терри-
тория города получает сравнительную оценку по степени при-
годности — благоприятности в наглядной форме, с совершенно
однозначной характеристикой ее инженерно-геологических усло-
вий для строительства и хозяйственного освоения. Римскими циф-
рами на карте и в сопровождающей ее таблице полезно обозначать
такую сравнительную оценку, а индексами а, б, в и другими до-
полнять ее указаниями на то, какой пли какие из элементов
инженерно-геологических условий существенно ее определяют.
Такое специальное инженерно-геологическое районирование
территории подытоживает ее региональное изучение и оценку
и в совокупности с материалами инженерно-геологической съемки
и других сопровождающих ее видов геологических работ вполне
обосновывает проект планировки города и его пригородной зоны.
В состав этого вида работ входят комплексное инженерно-геоло-
гическое изучение территории, ее оценка, прогноз возможных
геологических изменений и составление практических рекоменда-
ций по условиям застройки и использования территории в целом
или первоочередных ее районов.
Для дальнейшей конкретизации материалов инженерных изы-
сканий, особенно при разработке проектов детальной планировки
и проектов планировки городских промышленных районов, по-
лезно производить типизацию территорий по инженерно-геологи-
ческим условиям. Она должна служить основой для уточнения
размещения (компоновки) зданий и сооружений в пределах тех
или иных районов, микрорайонов или кварталов, сравнения воз-
можных вариантов естественных оснований и фундаментов для
ннх н организации производства строительных работ.
Подытоживая, таким образом, результаты инженерно-геоло-
гических исследований территории города и его пригородной зоны,
мы получаем возможность конкретно выражать оценку инженерно-
геологических условий отдельных ее районов, производить неко-
торую генерализацию и обобщение, схематизацию этих условий,
чтобы показать все главное и существенное. Такое целесообраз-
ное обобщение для территории города п его микрорайонов, квар-
талов и участков представляет собой типизацию, а для строитель-
ной площадки конкретного здания или сооружения — построе-
ние расчетной схемы.
Освоение неудобных территорий. При плани-
ровании городов, их расширении и реконструкции часто приходит-
ся сталкиваться с необходимостью освоения неудобных, пол-
ностью или частично непригодных, неблагоприятных террито-
рий — пойм рек и других низких поверхностей, затапливаемых
и подтапливаемых при паводках и половодьях, участков с повы-
шенной крутизной поверхностей рельефа, расчлененных овра-
гами, участков складирования различных промышленных, строи-
278
гельпых и хозяйственно-бытовых отходов (бывшие свалки), участ-
ков, покрытых мощным слоем антропогеновых образований,
соз laiiiibix при засыпке рвов, речек, котловин и производстве дру-
гих планировочных работ. К неудобным территориям относятся
вброшенные карьеры, а также участки, пораженные геологиче-
скими явлениями — карстовыми провалами, воронками, про-
садочпыми воронками, оползнями и др. Несмотря на то, что такие
иррвюрыи неудобны для размещения городов, их приходится
о. ii.hih.ht>, так как не хватает других, более благоприятных пло-
щалеп для застройки, либо в связи с необходимостью их благо-
устройства с целью охраны природы и геологической среды, либо
и связи с тем, что их освоение более рационально, чем сокращение
уже освоенных территорий — парков, заповедников, сельскохо-
зяйственных земель и др.
Освоение неудобных территорий обычно связано с выполне-
Н1И м разнообра пых инженерных мелиоративных работ по нх
улучпнинпо. К числу таких работ относятся:
I) планировка icppiiiopiiii— срезка неровностей рельефа и
полемика мац горных иород па пониженные участки, засыпка
рвов, воронок, провалов, оврагов н придание рельефу иа отдель-
ных в ннщдях форм и уклонен, благоприятных для застройки и
хо(янс।псппоIо использования;
2) намыв н о тсыпка масс горных пород на низких заболоченных
п а । юпляемых поймах и равнинах и создание новых площадей,
lipin очных для застройки и освоения;
3) возведен не дамб, валов и других ограждений для защиты
территорий от затопления при разливах рек и водохранилищ;
I) pci уляцня стока дождевых и талых вод для защиты террито-
рии <>1 избыточного увлажнения, заболачивания и развития дру-
।их ।силенПЧГГ1 нх явлений;
.’•) дрепирог.nine водоносных юрпзоптов с целью предупре-
ждения по । юн к ипя icppiiTopiiii и защиты от переувлажнения
верхних lopii.ionгоп горных пород, их слагающих, заболачивания
в других геологических явлений;
(>) осуществление инженерных мероприятий для защиты тер-
piiiopnii от подмыва и размыва, образования оврагов, селевых
выносов, оползней и других явлений;
7) благоустройство участков старых карьеров, строительство
па нх месте спортивных арен, плавательных бассейнов, прудов
и других сооружений или нх засыпка.
Мелиоративные работы производят по специальным проектам,
соответствующим образом обоснованным ппженерно-геологнче-
скимп данными. В «Инженерной геодинамике» [131 уже были рас-
смотрены инженерные работы, сооружения и технические сред-
ства, применяемые для улучшения территорий при регуляции
поверхностного стока и осушении горных пород и водоносных
горизонтов, при защите их от воздействия оползней, селен и дру-
гих явлений, при возведении земляных сооружений на болотах
279
.twirpx.cei»
и др. Там же было показано, что для проектирования и осуществле-
ния таких мероприятий необходимы данные о геологическом стро-
ении территорий, свойствах горных пород, о некоторых климати-
ческих особенностях, об уровенном и вообще о гидрологическом
режиме рек, о распространении и режиме подземных вод, геоло-
гических процессах и явлениях. Все это показывает, что освое-
ние неудобных территорий, преобразование геологической среды
в нужном для человека направлении и ее охрана требуют опреде-
ленного инженерного подхода.
Состав и методика инженерных изысканий
для обоснования проектов планировки городов. Как показывает
практика, для того чтобы изучить и оценить инженерно-геологи-
ческие условия территории города и отдельных ее частей с целью
рационального размещения па них всех видов застройки и их
хозяйственного использования, при инженерных изысканиях
необходимо выполнять следующие геологические работы: ^.ин-
женерно-геологическую съемку; 2) разведочные работы (в неболь-
шом объеме); 3) опытные работы; 4) стационарные режимные на-
блюдения; 5) лабораторные работы. Выполнению этих работ
должны предшествовать сбор, обработка и обобщение имеющихся
геологических, климатических, гидрологических материалов и
данных, отражающих опыт строительства зданий и сооруже-
ний в данном районе и защиты территорий и сооружений от
опасного влияния геологических процессов и явлений. Поле-
вые работы должны завершаться камеральной обработкой матери-
алов— оформлением инженерно-геологической карты, составле-
нием карты инженерно-геологического районирования, схем ти-
пизации территории, типичных геологических разрезов по харак-
терным направлениям по каждому из выделенных районов, об-
работкой данных опытных работ и др. В пояснительной записке —
отчете о результатах выполненных инженерных изысканий —
полно, с необходимой детальностью должен обосновываться гене-
ральный план развития города и района первоочередной застройки.
Пояснительная записка должна завершаться заключением об
инженерно-геологических условиях территории города, ее оцен-
кой и практическими рекомендациями по использованию отдель-
ных ее частей.
При решении задач, связанных с планированием городов, ос-
новным видом геологических работ при инженерных изысканиях
является инженерно-геологическая съемка. Ею покрывается вся
территория города и пригородной зоны, причем в пределах про-
ектируемых границ города съемка выполняется в масштабе
1 I 10 000—1 : 25 000, а пригородной зоны в масштабе 1 : 25 000—
1 : 50 000. Масштаб съемки обосновывается главным образом
степенью геологической изученности территории и сложностью
ее инженерно-геологических условий. Задачи съемки, выбор
масштаба, последовательность ее выполнения подробно рас-
смотрены в гл. II. Поэтому только заметим, что выполнять съемку,
280
особенно на территориях существующих городов в связи с их
реконструкцией и расширением, всегда довольно трудно. Здесь
обычно совершенно недостаточно естественных обнажений или
и \ вовсе нет, территория застроена, постоянно встречаются разно-
образные помехи—электрические, сейсмические от транспорта,
работы предприятий и др. Все это затрудняет применение геофи-
шческнх методов исследований, проведение горно-буровых работ
в необходимых точках и выполнение непосредственных наблюде-
ний за геологическим строением, залеганием подземных вод и
другими элементами инженерно-геологических условий.
Поэтому возможно максимально используя геофизические ме-
тоды (электрозондирование и профилирование, микросейсмику
п ядерные методы) для получения необходимой геологической ин-
формации, большое внимание следует уделять картировочному
бурению п картировочным горным выработкам. Для этого вся
площадь съемки планомерно покрывается «линиями маршрутов»,
располагающихся па расстояниях 100—200 м друг от друга,
по которым размещаются буровые скважины и горные выработки
глубиной до 6—10 м ориентировочно на таких же расстояниях,
как и «линии маршрутов», в зависимости от изменчивости инже-
нерно-геологических условий. Бурению скважин и проходке
горных выработок должны предшествовать геофизические наблю-
дения и измерения по этим же «линиям маршрутов».
При таком сочетании этих видов геологических работ при съемке
обеспечивается наиболее целесообразное расположение картиро-
вочпых выработок по площади и повышение эффективности ре-
зультатов изучения инженерно-геологических условий терри-
тории. В результате с необходимой точностью выясняются геоло-
гичгекое строение, распространение и условия залегания под-
земпых под, неоднородность и изменчивость состава, физического
состояния и свойств горных пород п другие важные элементы,
х |ракк рп тощие инженерно-!оологические условия территории.
Проходка картнровочпых выработок сопровождается всем
комплексом геологических наблюдений и отбором проб горных
пород и воды для соответствующих лабораторных исследований.
Опробование горных пород должно обеспечить получение характе-
ристики состава, состояния и свойств всех основных их генетиче-
ских и петрографических разностей, слагающих рассматривае-
мую территорию, и выявление закономерностей их неоднород-
ности и изменчивости по площади, по характерным направлениям
и с глубиной. Число проб из каждой разности горных пород должно
быть достаточным для получения обобщенной характеристики их
свойств (см. гл. III). Следовательно, опробованию подлежат не все
картпровочные выработки, а часть их, равномерно расположенных
по площади распространения основных разностей горных
пород.
Важным элементом методики инженерно-геологической съемки
территории города и его пригородной зоны является непрерывное
281
WVW.tvVirpX.COTO
ежедневное составление инженерно-геологической карты и геоло-
гических разрезов по всем характерным «линиям маршрутов».
Анализ этих материалов позволяет корректировать расположе-
ние картировочных выработок, полнее изучать особенности ин-
женерно-геологических условий территории и точнее отображать
их на карте. Очень важно в процессе выполнения съемки непрерыв-
но анализировать материалы, получаемые геологические данные
еще в поле, рассматривая и оценивая их также с точки зрения
возможного специального районирования и типизации терри-
тории.
В остальном инженерно-геологическая съемка городских
территорий должна выполняться в полном соответствии с методи-
ческими рекомендациями, приведенными в гл. II.
Собственно разведочные работы в рассматриваемом случае
состоят главным образом в бурении нескольких более глубоких
скважин. Основными задачами при этом являются уточнение
геологического строения территории на больших глубинах, чем
при обычном картировочном бурении, изучение гидрогеологиче-
ского разреза, проверка отдельных аномалий, выявленных гео-
физическими методами, и изучение некоторых других специальных
вопросов. Глубина разведочных буровых скважин может дости-
гать 30—50 м, а в отдельных случаях даже 100 м. Их расположе-
ние определяется особенностями геологического строения, уста-
новленными инженерно-геологической съемкой. Естественно, что
каждая из таких разведочных скважин должна полностью удов-
летворять требованиям, предъявляемым к ним при инженерных
изысканиях (см. гл. III).
Бурение разведочных скважин должно сопровождаться всем
комплексом геологических наблюдений, опробованием и специаль-
ными испытаниями горных пород и водоносных горизонтов путем
выполнения соответствующих опытов. Таким образом, инженер-
но-геологическая съемка, дополненная разведочными работами
хотя и в небольшом объеме, позволяет полнее и точнее осветить
инженерно-геологические условия изучаемой территории.
Из опытных работ на рассматриваемой стадии инженерных
взысканий наиболее целесообразно проводить статическое и ди-
намическое зондирование, прессиометрические исследования, проб-
ные статические нагрузки и опытные откачки воды из одиночных
скважин. В отдельных, особых случаях могут выполняться и
другие опытные работы, но в большинстве случаев необходимость
возникает главным образом в перечисленных.
Статическое и динамическое зондирование, как известно (см.
гл. IV), позволяет уточнять геологический разрез между карти-
ровочными выработками, прослеживать условия залегания от-
дельных слоев, зон, их границы и исследовать плотность и проч-
ность горных пород. По результатам зондирования можно судить
о деформационных свойствах горных пород, а также об условиях
строительства фундаментов, особенно свайных.
282
11рссспометричсские опыты и пробные статические нагрузки
позволяют определять деформационные свойства горных пород
11 условиях их естественного залегания, а у лёссовых и мерзлых
пород их просадочность. Опытные откачки воды дают представле-
ние в первую очередь о водообнльности водоносных горизонтов
п их водопроницаемости. Описание технических средств, приме-
няемых при всех этих опытных работах, а также задачи, которые
можно решать с их помощью, и методика их выполнения рас-
смотрены в гл. IV.
Результаты опытных работ повышают представительность
данных, получаемых при инженерно-геологической съемке, ха-
рактеризующих свойства толщ, слоев, зон горных пород и водо-
носных горизонтов на рассматриваемой территории города. Они
позволяют уточнять данные лабораторных исследований свойств
горных пород и устанавливать определенные корреляционные
связи между опытными и лабораторными данными. В отдельных
случаях по результатам опытных работ представляется возмож-
ным судить о применении некоторых типов фундаментов и усло-
виях их строительства. Наконец, они позволяют давать сравпи-
ic.'ii путо количественную оценку геологических условий, особенно
в icx случаях, когда описательная визуальная оценка недостаточно
убеди к льна и вызывает неуверенность.
Однако несмотря на определенную целесообразность и необ-
ходимость выполнения опытных работ, не следует злоупотреблять
их объемами на стадии обоснования планировки города. Их надо
применять только в тех случаях, когда исследуемая территория
с поверхности и па глубину возможного влияния городских зда-
нии и сооружений сложена мягкими связными глинистыми по-
po'i.iMii. рыхлыми несвязными песчаными или породами особого
(<ni.ua и (ЗХ1ОЯ11НЯ—-слабыми. II тех случаях, когда естествен-
ными <и НОН.1ННЯМИ |даппн н сооружений будут служить породы
cka.aj.ni.ie плп полу скальные, опытные работы па рассматриваемой
( i.i ши инженерных изысканий в решительном большинстве слу-
чаев выполняИ) не следует.
Из перечисленных видов опытных работ в большом объеме
целесообразно проводить статическое или динамическое зондиро-
вание (в зависимости от имеющихся технических средств), которые
следует выполнять по ряду характерных профилей вдоль «линий
маршрутов» съемки. В этом случае данные зондирования получают
необходимую геологическую привязку, а толщи, слои, зоны гор-
ных пород, выделенные в геологическом разрезе, — количествен-
ную характеристику их свойств. Число профилей зондиро-
вания зависит от площади проектируемого города. Важно, чтобы
один-два профиля пересекали ее в характерных направлениях
и освещали наиболее широко распространенные на ней разности
горных пород. Другие виды опытов достаточно выполнять в 3—5
пунктах в зависимости от размеров площадей и возмож-
ности использования исследуемых горных пород в качестве
283
ww .twirpx.coTO
естественных оснований для городских зданий и соору-
жений.
При обосновании планировки городов очень важно иметь не-
которые данные, характеризующие режим (особенно уровенный)
рек, озер, водохранилищ и подземных вод, развитие геологиче-
ских процессов и явлений, а также осадок сооружений, возводи-
мых на тех или иных разностях горных пород на исследуемой тер-
ритории. Если в составе фондовых, литературных, справочных
материалов таких данных нет, то для их получения при инженер-
ных изысканиях необходимо организовать режимные стацио-
нарные наблюдения. Описание их организации приведено в гл. V.
Данные стационарных наблюдений необходимы и полезны для
решения многих задач, связанных с пнжеиерпо-геологнческой
оценкой территорий и прогнозом их возможных изменений.
Пункты для их проведения выбирают в пределах участков, харак-
терных по инженерно-геологическим условиям, дающих возмож-
ность выявить режим тех или иных процессов и явлений и их
причины. Число пунктов наблюдений должно быть таким, чтобы
обеспечить представительность и достоверность получаемых дан-
ных. Установленные таким образом закономерности обычно
позволяют получать необходимую определенность в оценке влия-
ния процессов и явлений на инженерно-геологические условия
территории и правильнее подойти к выбору практических реко-
мендаций по охране территорий и сооружений.
В составе геологических работ при инженерных изысканиях
для обоснования проектов планировки городов известное место
занимают лабораторные работы, т. е. исследования петрографиче-
ского состава, строения и физико-механических свойств горных
пород, слагающих исследуемую территорию и месторождения
строительных материалов, а также химического состава поверх-
ностных и подземных вод. Эти работы выполняются в течение
всего периода полевых работ и частично в камеральный. Исход-
ным материалом для них являются пробы, отбираемые при съемке,
разведочных и частично опытных работах.
Результаты лабораторных исследований должны давать харак-
теристику и оценку состава, строения, состояния и свойств гор-
ных пород и помогать установлению закономерностей их простран-
ственной изменчивости на рассматриваемой территории. Объем
этих исследований по каждой разности горных пород, представля-
ющей практический интерес в рассматриваемом отношении, дол-
жен обеспечивать получение обобщенных характеристик. Иссле-
дование горных пород как естественных строительных материалов,
а также поверхностных и подземных вод выполняют для предва-
рительной оценки их качеств.
Таковы состав и методика инженерных изысканий для обос-
нования проектов планировки городов.
1 ЛАВА VIII
ГРАЖДАНСКИЕ
И ПРОМЫШЛЕННЫЕ
ЗДАНИЯ И СООРУЖЕНИЯ
Общие положения. Строительство жилых,
общсивеиных, административных, коммунальных, заводских, фаб-
ричных, snepiciпческпх зданий и сооружений является одним из
самых массовых видов строительства, обеспечивающим жизнь
и ц-як лыки 11. человека. В Советском Союзе за годы пятилеток
ifoiipocBo 1200 крупных промышленных предприятий и только
;ы девяцю ия।плетку пн ни н.кяч жилых зданий. Большой план
ра нппня n.ipo цю1 <> хозяйства в области гражданского и промыш-
ленною сз рои тсльс i г.а намечен и па десятую пятилетку. Развер-
чиваем я i ।роительегво нескольких территориально-промышлен-
ных комплексов, промышленно-хозяйственных объединений, мно-
ючнслс иных заводов и фабрик, тепловых и атомных электростан-
ций, железнодорожных и автомобильных вокзалов, аэропортов,
юродов и поселков городского типа и др. Много гражданских
и производственных зданий и сооружений строится в сельских
районах.
’ 1ю(>ы обеспечп।ь устойчивость н нормальную эксплуатацию
промышленных п гражданских зданий и сооружений, необходимо
при их нроек । и [>< >к.-| и и и н сгро|11ельсгне полно учитывать ин-
жеш рнч । еол<>| пческне условия строп тельных площадок. Кроме
ir>n>, \че1 всех природных условий обычно позволяет вести строи-
II- ил мп) наиболее выгодно в технико-экономическом отношении.
Мирон in н о1ечесгвеппая практика показывает, что деформации
i раж ыш кнх и промышленных зданий и сооружений могут про-
in ходпн. по разным причинам: из-за плохого качества строитель-
ных материалов, строительных работ и др., но в решительной!
большинстве случаев они связаны с недостаточным учетом каких-то
|пькснерно-|оологических данных. Поэтому в настоящее время
немыслимо проектирование и строительство зданий и сооружений
без СООТВС111 вукицего инженерно-геологического обоснования.
11опышс||нс требований к качеству инженерно-геологических ис-
следований диктуется еще и тем, что сейчас широко распространено
строительство высотных зданий (9—12—16—20 этажей), зданий
больших размеров, сложных по конструкции сооружений в самых
различных геологических и вообще природных условиях.
В Советском Союзе накоплен большой опыт строительства граж-
285
ww .Шхтрх.сетп
данских и промышленных зданий и сооружений в различных инже-
нерно-геологических условиях, который необходимо творчески ис-
пользовать при инженерных изысканиях для обоснования проектов.
Стадии проектирования и инженерных изы-
сканий. Проектирование и строительство промышленных и граж-
данских зданий и сооружений регламентируются специальными
«Строительными нормами и правилами» [31, 32] и «Инструктив-
ными рекомендациями» [5, 14, 17, 21 ]. В соответствии с этими
документами проекты принято разрабатывать в две стадии: тех-
нический проект и рабочие чертежи.
Выбор района и пункта строительства в пределах городов опре-
деляется генеральными планами их развития и планами перво-
очередной застройки, а вне городов — планами развития на-
родного хозяйства республики, края, области, района.
Для обоснования технического проекта зданий и сооружений
инженерно-геологические исследования выполняют в два этапа:
предварительные по выбору площадки для строительства и де-
тальные на выбранной площадке. При рабочем проектировании
выполняют дополнительные исследования. При одностадийном
проектировании инженерные изыскания также выполняют в одну
стадию — для обоснования техпо-рабочего проекта.
В городах, для которых уже составлен генеральный план,
нет необходимости в выборе площадок, так как их положение
определено этим планом, а также планами детальной планировки
и планировки промышленных районов. В этом случае в задачу
предварительных изысканий входит получение предварительных
материалов для начала проектирования зданий и сооружений.
Предварительные и детальные изыскания выполняются как бы
в одну стадию, без перерыва. Такое сочетание этапов обычно уско-
ряет подготовку проектно-изыскательской документации для
строительства.
Инженерно-геологические исследования для
выбора строительной площадки. Эти исследования по своему
характеру являются предварительными. Они выполняются с- це-
лью: а) выбора строительной площадки на основании сравнения
вариантов и б) получения предварительной характеристики
и оценки выбранной площадки для начала проектирования.
Как уже отмечалось, задача выбора строительной площадки
может не ставиться, когда ее положение предопределено соответ-
ствующими планами или другими народнохозяйственными об-
стоятельствами. Получение же предварительных данных для на-
чала проектирования — задача обязательная во всех случаях.
Для ее решения необходимо максимально использовать существу-
ющие фондовые, литературные и справочные материалы. В тех
случаях, когда такие материалы достаточно полные, полевые изы-
скания производят только с целью их дополнения, проверки и
уточнения. Все это ускоряет подготовку проектно-изыскатель-
ской документации для строительства.
286
Площадки для гражданских и промышленных зданий и соору-
жении должны удовлетворять следующим основным требованиям:
1) иметь достаточные размеры для размещения проектируемых
зданий и сооружений, хорошие подходы и подъезды, располагаться
вблизи существующих транспортных магистралей, источников
водоснабжения, месторождений строительных материалов;
2) рельеф должен быть спокойным, не требующим значитель-
ных работ по планировке, регуляции поверхностного стока, уст-
ройству защит от затопления, подтопления и других явлений;
3) геологические условия должны быть благоприятными, при
которых однородные горные породы залегают выдержанными по
мощности и простиранию слоями и зонами на небольшой глубине
и могут служить надежным естественным основанием для фун-
даментов сооружений. Их физическое состояние и свойства долж-
ны обеспечивать устойчивость сооружений при наименьших за-
ipaiax сил и средств при возведении фундаментов без применения
дополнигельных инженерных мероприятий;
4) в их пределах не должны иметь развития опасные геологи-
ческие процессы и явления, такие как оползни, открытый карст
(выходящий на поверхность), интенсивное разрушение террито-
рии подмывом празмывом, мощное развитие плывунов, высокая
сейсмическая активность по данным сейсмического микрорайони-
рования, неустойчивый режим многолетнемерзлых горных пород
и значительная их деформируемость при деградации мерзлоты
и др.;
5) иметь благоприятные санитарно-гигиенические и природ-
ные условия окружающей среды — территория, водный и воз-
дщипый бассейны в ее пределах должны располагаться вне зоны
влияния вредных производств, стоков промышленных вод п т. д.
Гаковы основные положения, которыми следует руководство-
ван.! я при выборе площадки для с iроительства гражданских н
промышленных зданий и сооружений. Полное сочетание таких
условий п природе вшречастся не всегда. Поэтому выбор строи-
1ел1 ной площадки чаще всего производят на основании сравнения
нескольких вариантов. Та площадка, которая наиболее полно
отвечает предъявляемым требованиям, будет наиболее конкурент-
поспособпой. Чтобы проводить такое сравнение, необходимо
располагать сведениями о проектируемых зданиях и сооружениях
и достаточно полными данными об инженерно-геологических усло-
виях по району предполагаемого строительства и отдельным
ею частям. Так возникает необходимость в выполнении пред-
варительных инженерно-геологических исследований.
Состав и методика инженерно-геологических
исследований на стадии выбора площадки для строительства.
Для решения задач предварительных инженерно-геологических
исследований, как было отмечено, по району предполагаемого
строп юльства необходимо иметь достаточно полные сведения об
инженерно-геологических условиях, чтобы можно было наметить
287
.WiypX.COTO
несколько возможных вариантов расположения строительной
площадки и после их обследования и сравнения достоинств и
недостатков обосновать выбор наиболее благоприятной.
Для успешного выполнения такой работы необходимо иметь:
1) топографическую карту масштаба 1 : 25 000—1 : 50 000
в горизонталях, на которой показывают расположение намечае-
мых вариантов площадок; очень полезно иметь геоморфологи-
ческую карту или схему в том же пли более мелком масштабе;
2) инженерно-геологическую карту того же масштаба;
3) карту инженерно-геологического районирования в том же
масштабе или более мелком, т. е. 1 : 50 000—1 : 100 000;
4) стратиграфическую схему по району и несколько геологи-
ческих разрезов по характерным направлениям;
5) описание инженерно-геологических условий рассматривае-
мой территории, содержащее обоснование ее инженерно-геоло-
гического районирования с характеристикой и оценкой выделен-
ных районов.
Для получения таких материалов в первую очередь собирают,
систематизируют и обобщают фондовые, литературные и справоч-
ные данные. В настоящее время, особенно по промышленно-эко-
номическим районам, такие материалы имеются. По всей террито-
рии СССР имеется обширный картографический материал: топо-
графические, гипсометрические, геологические, гидрогеологи-
ческие, геоморфологические и другие карты. В трудах «Геология
СССР» (50 томов), «Гидрогеология СССР» (45 томов), «Инженер-
ная геология СССР» (8 томов) дастся описание территории Со-
ветского Союза, так же как и в других монографических работах.
Многие районы нашей страны покрыты общегеологической комп-
лексной съемкой и по ним составлены инженерно-геологические
карты в том пли ином масштабе. Имеются кадастры и полные
справочные данные по климату, гидрологии всей территории СССР
и отдельным его районам.
Все перечисленные материалы для одних районов достаточно
детальны, для других они мелкомасштабны и схематичны. Однако
в большинстве случаев они недостаточно подготовлены для непо-
средственного решения задач, связанных с выбором строительной
площадки. Поэтому собрав, систематизировав материалы, их
падо соответствующим образом обработать. При этом часто пред-
ставляется возможным камеральным путем составить инженерно-
геологическую карту (если таковая по району отсутствует),
карту инженерно-геологического районирования и достаточно
полное представление об инженерно-геологических условиях
района, возможных участках расположения вариантов строитель-
ной площадки и необходимом составе полевых исследований.
Следовательно, обращаясь к составу предварительных инже-
нерно-геологических исследований для выбора площадки для
строительства гражданских и промышленных сооружений первым
видом этих исследований надо назвать подготовительные работы,
288
включающие камеральную обработку и обобщение имеющихся
материалов.
В тех случаях, когда такие материалы отсутствуют или крайне
недостаточны, район предполагаемого расположения сооружений
покрывают инженерно-геологической съемкой обычно масштаба
1 : 25 000—1 : 50 000. По материалам этой съемки в дополнение
к карте инженерно-геологических условий, составленной в про-
цессе съемки, составляют карту инженерно-геологического райо-
нирования изучаемой территории. Методика составления таких
карг рассмотрена в гл. 11.
Естественно, что при выполнении съемки и составлении карт
складывается определенное заключение об инженерно-геологи-
ческих условиях территории в целом и отдельных ее частей.
Все это позволяет обоснованно наметить рациональное располо-
жение вариантов площадок для строительства. Съемка с сопрово-
ждающими ее картпровочнымп работами составляет второй основ-
ной вид работ при выполнении предварительных исследований.
Третьим видом работ является непосредственное обследование
намеченных площадок. Для этого каждая площадка покрывается
инженерно-геологической съемкой масштаба 1 : 10 000 с сопро-
вождающими ее картпровочнымп работами. Материалы такой
съемки обычно позволяют полно оценить инженерно-геологиче-
ские условия каждой из конкурирующих площадок и обоснованно
рекомендовать лучшую.
Камеральная обработка всех материалов, собранных при пред-
варительных исследованиях, и написание заключения по выбору
площадки для строительства составляют определенный вид и
заключительный этап инженерных изысканий на рассматриваемой
стадии.
Г.1КПМ обра юм, в состав предварительных ппженерпо-гсоло-
ГПЧ1ЧЫ1Х п<ч ледоваппй для выбора строительной площадки входят
110Д1О1ОВННЛЫ1ЫС, полевые и камеральные работы.
Выбор площадки для строительства. При вы-
боре . |рои|сд|>ной площадки, особенно для крупных объектов,
обычно приходится учитывать комплекс технических, экономиче-
ских, социальных п некоторых других данных. В нх числе одно
и । веду щнх положений занимают те, которые характеризуют
нижеперпо-гсологические условия района и конкретных конку-
рирующих площадок.
Материалы, характеризующие инженерно-геологические ус-
ловия района, позволяют оценивать правильность постановки
инженерных изысканий по поискам необходимой строительной
площадки, судить об общих местных особенностях условий и
принципах строительства в рассматриваемом районе и о возмож-
ных последствиях, т. е. о влиянии строительства на изменение
окружающей природной среды. Они подготавливают экспертов
и проектировщиков к углубленному анализу материалов по вари-
антам конкурирующих строительных площадок. Следовательно,
289
.tWfrpX.COTO
материалы по району должны полно отражать все самое главное,
что может влиять на оптимальное решение задач. Вместе с тем
выводы и заключения по ним должны быть краткими, однознач-
ными, убедительными и наглядными.
Материалы, характеризующие инженерно-геологические усло-
вия каждой конкурирующей строительной площадки, должны от-
вечать перечисленным выше основным требованиям. Как было от-
мечено выше, если исходить только из геологических данных,
выбор обычно падает па ту площадку, которая полнее отвечает
предъявляемым требованиям. При этом необходимо учитывать,
что при проектировании промышленных и гражданских зданий
и сооружений большое внимание уделяют проектированию фун-
даментов, производству строительных работ по их возведению
и обеспечению устойчивости. Поэтому материалы инженерных
изысканий по каждой конкурирующей площадке должны хотя
бы в предварительной форме позволять судить о том, какие гор-
ные породы будут служить естественным основанием зданий и
сооружений, об их устойчивости и о том, какова ориентировочно
будет глубина заложения фундаментов, возможный их тип и усло-
вия производства строительных работ по их возведению.
Представляют интерес и все другие инженерно-геологические
сведения, но перечисленные, связанные непосредственно с оцен-
кой устойчивости зданий и сооружений и проектированием их
фундаментов, выступают решающими при выборе строительной
площадки. Поэтому по каждой из них необходимо иметь инженер-
но-геологическую карту, геологическую колонку пли геологи-
ческий разрез и краткую характеристику и оценку инженерно-
геологических условий. Полезно составлять сводную сравнитель-
ную таблицу, из которой четко выступали бы достоинства и недо-
статки инженерно-геологических условий рассматриваемых вари-
антов строительной площадки.
Детальные инженерно-геслогические иссле-
дования на выбранной строительной площадке. Такие исследова-
ния выполняют с целью обоснования технического проекта зда-
ний и сооружений, т. е. получения необходимых материалов для
установления или подтверждения правильности выбора строи-
тельной площадки, обоснования их расположения (компоновки)
на ней, выбора типа естественных оснований и фундаментов для
них, глубины заложения и размеров фундаментов, оценки их
устойчивости и прогноза возможных осадок. Они должны давать
возможность предвидеть различные изменения инженерно-геоло-
гических условий в процессе строительства и эксплуатации зда-
ний и сооружений и выбирать в случае необходимости инженерные
мероприятия, обеспечивающие их устойчивость и нормальные
условия эксплуатации. В соответствии с действующими «Строи-
тельными нормами и правилами» [32 ] недопустимо производить
проектирование зданий и сооружений без достаточного инженерно-
геологического обоснования.
290
Приступая к детальным исследованиям строительной пло-
щадки, необходимо располагать: а) планом площадки в масштабе
1 : 1000—1 : 10 000 с сечением рельефа через 0,5—1,0 м, на кото-
ром показаны ее границы; б) генеральным планом застройки;
и) характеристикой проектируемых зданий и сооружений; г) в от-
дельных случаях (см. гл. I) данными о требующихся видах и объ-
емах минеральных естественных строительных материалов, ре-
сурсах воды для временного или постоянного водоснабжения,
lice эти сведения обычно отражены в техническом задании проек-
тирующей организации для полной ориентировки изыскателей
в отношении особенностей проектируемых зданий и сооружений.
Границы выбранной строительной площадки обычно на местности
соответствующим образом закрепляют.
При детальных исследованиях строительной площадки заклю-
чение об инженер ио-геологических условиях должно быть соста-
влено как по площадке в целом, так и по участкам каждого про-
ем пруемою на пей знания и сооружения. Детальному изучению
ври -лом подлел а г: а) рельеф строительной площадки; б) геоло-
гическое cipoeiine; в) гидрогеологические условия; i) геологиче-
ские процессы н явления, пропс ходящие или возникновение кото-
рых по (можно при возведении зданий и сооружений; д) физпко-
мехаипческпе свойства горных пород, слагающих площадку;
с) месторождения естественных минеральных строительных ма-
те)) налов, па которые можно ориентировать строительство.
В результате изучения всех основных элементов, определяю-
щих инженерно-геологические условия площадки, составляют
заключение об условиях строительства и о необходимых инженер-
ных мероприятиях для обеспечения эффективного ведения строи-
тельных работ, устойчивости зданий и сооружений и нормальных
условий их эксплуатации. Остановимся на всех этих вопросах
подробнее.
1 । оморфоло! ическое положение конкурирующих строительных
и 1ОЩПДОК п некоторая общая их характеристика могут быть вы-
пил ни па стадии предварительных исследований. На рассматри-
ваем! и ( |адпп изучение рельефа продолжается на конкретной вы-
бран । ой площадке. К этому моменту рельеф ее должен быть ото-
(1>а । и па ionol рафическом плане масштаба от 1 : 1000 до 1 :
|о lino с сечением рельефа через 0,5—1,0 м. Поэтому рельеф
обычно туч нот с помощью такого плана и выполняют полевое
обе к юн.ник с целью более конкретной его характеристики —
о(м и । , уклонов, неровностей и элементов микрорельефа, обу-
словлю 1Ю1ЦПЧ необходимость планировки территории, регуляции
попермкн । in । о стока, защиты от затопления и подтопления,
улучшения потходов, подъездов и для решения других задач
В п< коюрих случаях важно устанавливать природу отдельных
iicpoiiiioi ici'i, понижений, западин и выяснять, не связаны ли они
с просадками, провалами, суффозионными выносами и т. д.,
в также рассматрипаiь соотношение рельефа площадки с прнле-
291
тающими к ней более высокими водосборными площадями, с уро-
венным режимом рек и других водоемов. Все эти особенности рель-
ефа необходимо учитывать при составлении плана разведочных и
других работ, направленных на изучение и окончательную оценку
инженерно-геологических условий строительной площадки.
Особое внимание должно быть уделено изучению геологиче-
ского строения площадки. При этом первостепенное значение
имеет установление последовательности напластования четвертич-
ных отложений, глубины залегания коренных пород, рельефа нх
поверхности, мощности зоны выветривания и геологического раз-
реза. Геологический разрез строительной площадки изучают на
глубину, несколько превышающую размер (мощность) зоны влия-
ния зданий и сооружений. Для рассматриваемых массовых типов
гражданских и промышленных зданий и сооружений она обычно
равна 6—8 м. Следовательно, с учетом глубины заложения фун-
даментов изучение геологического разреза следует проводить до
глубины 10—12 м, и только в отдельных точках для полной гаран-
тии от каких-либо геологических неожиданностей полезно раз-
ведочные выработки проходить до глубины 15—20 м. Если корен-
ные породы залегают на большей глубине, ограничиваются изу-
чением только четвертичных отложений.
При изучении геологического разреза как четвертичных отло-
жений, так п коренных пород целесообразно:
1) выделять все разности пород, существенно различающиеся
по своим петрографическим признакам и физико-механическим
свойствам, независимо от мощности и выдержанности по прости-
ранию; особое внимание обращать иа выделение слабых со строи-
тельной точки зрения разностей;
2) при мощных толщах тонкопереслаивающихся пород выде-
лять пачки с однотипным чередованием слоев пород одинаковых
или близких по составу и состоянию;
3) при петрографически однородных мощных толщах пород
выделять отдельные зоны и подзоны, различающиеся по физиче-
скому состоянию, т. е. по степени влажности, плотности, выве-
трелости, трещиноватости и другим показателям.
Для каждой выделенной таким образом разности, слоя, пачки,
зоны н подзоны горных пород важно определять их мощность,
распространение в пределах площадки, условия и форму залега-
ния, а для коренных пород степень нарушенностн залегания под
влиянием тектонических движений. Необходимо давать подроб-
ное описание их внешнего облика, состава, строения, физиче-
ского состояния и свойств, как используя визуальные наблюдения,
так и применяя для этого простейшие приемы (разминая и разла-
мывая в руках, испытывая пенетрометром и др.).
Изучение петрографических особенностей пород должно иметь
специальную направленность и отражать их неоднородность и
изменчивость по мощности и по простиранию, а также отражать
их строительную оценку.
292
by <Xorb_ert
11зучение гидрогеологических условий строительной пло-
щадки должно давать точные сведения о распространении подзем-
ных вод в пределах активной зоны проектируемых сооружений,
и особенно о первом от поверхности земли водоносном горизонте,
о глубице их залегания, мощности, типе вод, гидравлических
особенностях водоносных горизонтов, водообилыюсти, режиме,
минерализации и химическом составе воды. Важно при этом
(оставлять заключение о возможных изменениях гпдрогеологпче-
< ких условий строительной площадки при строительстве и экс-
плуатации зданий и сооружений и о влиянии подземных вод на
нх устойчивость и развитие геологических процессов. Когда воз-
никает необходимость в организации временного или постоянного
водоснабжения за счет подземных вод, определяют ресурсы водо-
носных горизонтов, зон и комплексов и условия строительства
Водозабора.
1’е<ультаты изучения геологических процессов, явлений и
V лопин, которые могут вызвать их развитие, должны подтвер-
жд.нь правильность выбора строительной площадки и оценку
• чобых условий строительства зданий и сооружений. В этом слу-
ч к для каждого вида геологических явлений — оползневых,
к.цк юных, просадочных, мерзлотных, сейсмических и др. —не-
обхо.чнмо устанавливать степень их угрожаемое™ для устойчиво-
(III и нормальных условий эксплуатации зданий и сооружений
и выбирать обычно комплекс инженерных мероприятий, обеспе-
чив.нищих их устойчивость и долговечность. Описание признаков,
yi 1 1ЫВ.1ЮЩНХ па угрожаемое™ геологических процессов и явле-
нии тля устойчивости территорий и сооружений, приведено
в i.\pii' Инженерной ।еодппампкп» 111 ].
Ilpn jki .iTi.iii.i \ Ik i ледова пнях ст рои ie.ni,поп площадки важ-
ш инк п । । пи и являс к я и i\4( пне фи iiiko механических свойств
ini |мй ранни in, с юн, пачки, опы и под юны горных пород,
ni.ru ok imi.ix в । соло1 пчг( । ом рп <рене в нре телах ес границ. Его
<и\1п .iB iiiiii ну н м мл рек । опич скок) описания горных пород
в iipoiu । > с ди| \ mi ii i.iiiiiii разведочных выработок, отбора проб
uni ...... и । в\ЮЩ11.Х лабораторных исследований и выполнения
(in пни ii пых нолевых опытных работ — статического и динами-
Ч1.1ОИ» юилпро! шин, пробных нагрузок, прессиометрическпх
in in и niiiii, он ,|чек воды из скважин и др. С этой же целью обоб-
iii.iioi п ш пользуют данные, характеризующие опыт строитель-
( цы । i.iiiiiii и сооружений на тех же горных породах в районе рас-
110 1.013 пи । । iрои 1сл|,ти)й площадки. Данные, характеризующие
(Юно । и । горных пород, должны быть вполне представительными,
11.1'II жпыми п достоверными.
Ген П.1.11Ы исследований горных пород должны полно харак-
ири iob hi их физическое состояние (плотность, влажность, кон-
(in iciiiiiiio, вывстрелость, трещиноватость), отношение к воде
(водо}ск>йч11вость — размокание, набухание, размягчаемое™, во-
допроницаемость, капиллярные свойства) и механические свой-
293
.Шхгрх.сотх)
ства (сжимаемость—деформационные свойства и прочность).
Необходимо оценивать также и строительную категорию горных
пород, подлежащих разработке котлованами и при других работах.
Конечная цель изучения физико-механических свойств горных
пород состоит в выяснении степени их однородности и изменчиво-
сти по мощности и простиранию в пределах строительной пло-
щадки, определении обобщенных показателей для каждой разно-
сти, слоя, пачки, зоны и подзоны и установлении для них расчет-
ных показателей по каждому конкретному зданию и сооружению
или однотипным их группам. Для достижения этой цели плани-
руемое число разведочных выработок, подлежащих опробованию
(отбору проб горных пород), н полевых опытов должно обеспе-
чить получение оптимального числа определений показателей
физпко-мехапическпх свойств (см. гл. III) каждой геологически
однородной разности горных пород, выделенной в геологическом
разрезе до глубины распространения зоны влияния зданий и со-
оружений.
Изучение месторождений строительных материалов, необхо-
димых для строительства, состоит в их разведке или доразведке
и промышленной оценке. В итоге этих работ должны быть выявлены
запасы имеющихся в районе месторождений минеральных строи-
тельных материалов, изучено их качество, условия вскрытия и
разработки. Если месторождения уже разведаны и получили по-
ложительную промышленную оценку, производят соответствую-
щее согласование с ответственным и организациями о возможности
их разработки для проектируемого строительства. По каждому
месторождению изучают его геологическое положение и строение,
условия залегания и мощность полезного ископаемого, мощность
и состав пород вскрыши, петрографический состав и технические
качества строительного материала в соответствии с предъявляе-
мыми к нему требованиями, определяют запасы месторождения,
условия его вскрытия и разработки.
Такова направленность изучения основных элементов инже-
нерно-геологических условий строительной площадки для обос-
нования технического проекта промышленных и гражданских
зданий и сооружений. На этой общей основе, используя опыт
строительства зданий и сооружений в рассматриваемом районе,
решают задачи, связанные с определением и оценкой геологиче-
ских условий и принципов строительства на выбранной пло-
щадке.
Геологические условия строительства граж-
данских и промышленных зданий и сооружений. Применительно
к гражданским и промышленным зданиям и сооружениям все
материалы, характеризующие инженерно-геологические условия
строительства на выбранной площадке, прежде всего должны
обеспечивать выбор естественных оснований для них и обосновы-
вать проектирование фундаментов. Главными вопросами при этом
являются следующие:
294
1) выбор естественного основания, т. е. горных пород, на ко-
юрых следует располагать фундаменты;
2) определение глубины заложения фундаментов;
3) определение давлений на горные породы, слагающие есте-
стгснные. основания;
4) составление прогноза возможных осадок и оценки устой-
чивости проектируемых зданий и сооружений;
5) характеристика условий вскрытия котлованов для фунда-
ментов и другие инженерно-геологические вопросы, связанные
г их возведением.
Прежде чем рассматривать все эти конкретные вопросы, оста-
новимся на некоторых общих теоретических положениях.
Pin \lll 1. < хгмл фупдлментл на естественном
<н non.>111111.
/ w if. iiieiiiinr cifiioiijiliiie: 'J — <l»yпдпмепг: ,‘i —
n u in м «liirih «Динин пли сооружения; 4 —
oi kii o(*ip( ui ii;uiM<“ii iи, oiMcihJi iioiiepx-
1ЮС1И IVMJHI ИЛИ II > IpXIKH III IL'I.lllllpObhII 11ЛО-
ПЦ1Д1ЧН, (> — inmcikii ЦОД01111П.1 фуидпмппа; h —
iлубнпа мложгння фу идимciu и; b — ширина
фу нд. in сип».
Особенности поведения горных пород в осно-
вании фундаментов зданий и сооружений. Фундаментом здания
или сооружения называется их подземная часть, воспринимаю-
щая нагрузки от наземных конструкций (собственно зданий и
сооружений) и передающая их па горные породы, которые явля-
Ю1СЯ их есгесгвеипым основанием (рис. VIII-1). В тех случаях,
когда юрпые породы имеют недостаточные плотность и прочность,
их щ крч । пенно улучшают и на лом искусственно улучшенном
oiiioiaiiiiii позволят фундаменты. Когда здания и сооружения
строят на территориях, сложенных с поверхности искусственно
насыпанными или намытыми горными породами, и основанием
фундаментов служат именно эти породы, такие основания назы-
вание я искусственными.
При отношении глубины заложения фундаментов к их ши-
рине h/b, меиынем 0,5, считается, что это фундаменты мелкого
заложения [15], при h/b = 0,5 4-2 — среднего, при h/b = 2—4 —
глубокого и при h/b >4—очень глубокого заложения.
Для того чтобы обеспечить устойчивость, долговечность зданий
и сооружений и нормальные условия их эксплуатации в тех пли
иных инженерно-геологических условиях, применяют фундаменты
различных типов и размеров, заглубляют их па различную глу-
бину от поверхности земли и возводят с соблюдением определен-
ных правил.
Фундаменты, передавая давление на горные породы, обусло-
вливают их напряженное состояние, которое распространяется
295
.tv’irpx.com
на значительную глубину. На рнс. VIII-2 видно, что на каждом
горизонтальном сечении по оси фундамента напряжения дости-
гают своего максимума. На каждом нижележащем горизонталь-
ном сечении значение сжимающих напряжений по оси фундамента
меньше, чем на вышележащем. На некоторой глубине, равной
в рассматриваемом случае 6£, напряжения рассеиваются и дости-
Рис. VI11-3. Схема распределения напряжений
в горных породах ниже подошвы фундамента.
1 — эпюра распределения напряжений от веса
вышележащих слоев (природное давление); 2 —
эпюра распределения напряжений в горных по-
родах от давления, создаваемого фундаментом.
b — ширина фундамента; h — глубина заложе-
ния фундамента от поверхности земли или от
планировочной отметки; РПр — природное напря-
жение на глубине h 4- Z; р2 — напряжение в гор-
ных породах на глубине й + Z, создаваемое
фундаментом; Z — зона влияния фундамента —*
активная (сжимаемая) зона.
Рис. VIII 2. Линии равных сжима-
ющих напряженки (изобары) иод
ленточным фундаментом шириной Ь.
гают малой величины. Ни-
же этой глубины горные
породы практически не
работают.
В инженерной прак-
тике зону горных пород
ниже подошвы фундамеп-
та, в пределах которой возникают дополнительные напряжения
от веса здания пли сооружения, называют активной или зоной
влияния сооружения, а также сжимаемой [21 ], так как в ней про-
исходит деформация горных пород (их сжатие), если дополнитель-
ная нагрузка достаточна для того, чтобы преодолеть внутрен-
нее их сопротивление.
По действующим «Строительным нормам и правилам» 132 ]
мощность активной (сжимаемой) зоны принимается равной рас-
стоянию по оси фундамента от его подошвы до той глубины, где
осевое сжимающее напряжение составляет 0,2 (20%) давления
от веса вышележащих масс горных пород, т. е. природного давле-
ния (рис. VIII-3). Если установленная нижняя граница активной
296
зоны располагается в слабых горных породах, имеющих модуль
। бщей деформации меньше 50 кгс/см2, или если такие породы за-
легают непосредственно ниже этой границы, они должны быть
включены в состав сжимаемой зоны. В этих случаях граница актив-
ной зоны проходит на глубине, где дополнительное напряжение
составляет 0,1 природного давления, т. е. стс.к = 0,1опр 121, 321.
Следовательно, при детальных исследованиях строительных
площадок для проектируемых зданий и сооружений глубина раз-
ы-доч пых выработок в случае распространения сжимаемых горных
пород должна быть не меньше глубины залегания нижней границы
активной зоны.
Напряжения в горных породах на любой глубине Z от дей-
( гввя сосредоточенной нагрузки определяют обычно по методу
Буссппеска:
i де /> сосредоючсниая нагрузка, действующая по осп Z
(рис. VII1-4); /I. —.сжимающее напряжение в точке М на глубине
/ п расстоянии г от осп депстпня нагрузки; Д' — безразмерный
коэффициент, отражающий закон распределения напряжений,
определяемый по специальной таблице в зависимости от соотно-
щенпя r/Z [21].
В основе этого метода лежит теория линейно деформируемой
среды, согласно которой при ее применении должна соблюдаться
линейная зависимость между напряжениями и деформациями
торных пород, т. е. закон деформируемости [13, 15, 38.1.
М< ют Буссппеска даст исходные зависимости для решения
ia’i.14 p.iciipt телепня на пряж» ни й в горных породах под фунда-
ментами сооружений. Гак, по этому методу напряжения от не-
скольких сосредоточепных naipyioK в любой точке определяют
суммированием напряже ний от каждой действующей нагрузки
(рис. V111-5), т. е.
„ _ к 1 К р? ! К Рз
Рг- £2 Г Ag /2 Г А3 £2 •
I елн площадь равномерно распределенной нагрузки разделить
па элементарные площадки таких размеров, чтобы нагрузку в их
центрах можно было считать сосредоточенной, то сжимающее
напряжение в любой точке в зоне влияния равномерно распреде-
ленной нагрузки можно определять также методом элементарного
суммирования, т. е.
При оценке геологических условий строительства зданий и
сооружений при прочих равных условиях необходимо учитывать,
297
|www .t-wirpx.com
Рис. VIП-4. Схемы действия сосредоточенной нагрузки в горных породах.
а — определение сжимающих напряжений в любой точке М; б — эпюры
напряжений: 1 — па глубине Z; 2 — на расстоянии г от оси действующей
нагрузки; 3 — равных в разных точках — изобары.
Рис. VII1-5. Схемы действия нескольких сосредоточенных нагрузок на гор-
ные породы.
а — определение сжимающих напряжений в любой точке М; б — сум-
марная изобара от совместного действия двух сосредоточенных нагрузок.
298
что: 1) мощность зоны влияния сооружения тем больше, чем больше
расчетное давление по подошве фундамента; 2) при одинаковой
форме фундаментов мощность зоны влияния тем больше, чем больше
их площадь; 3) при одинаковой площади фундаментов мощность
зоны влияния изменяется с изменением их формы (у ленточных
фундаментов она больше, чем у прямоугольных, а у последних
больше, чем у квадратных пли равновеликих круглых); 4) в об-
водненных горных породах мощность зоны влияния больше,
чем в нс обводненных вследствие взвешивающего действия воды.
Дополнительные напряжения, возникающие в горных породах
под фундаментами зданий и сооружений, вызывают их деформации
п соответственно осадки. Если осадки сооружений велики, т. е.
больше предельно допустимых, пли неравномерны, то они могут
вызвать нарушение нормальных условий их эксплуатации, устой-
чивости, деформации и разрушения.
Осадки сооружений, возводимых на скальных породах, могут
быть связаны с закрытием зияющих горизонтальных или полого-
наклонных трещин, с раздавливанием выступов и неровностей
но поверхности трещин при их смыкании, с уплотнением, разда-
вливанием и выдавливанием заполнителя трещин. По тем же при-
чинам могут происходить осадки зданий и сооружений, строя-
щихся на полускальных породах, но достигать больших значе-
ний. Они связаны также с уплотнением, раздавливанием и выда-
вливанием слабых прослойков, слабого заполнителя трешпн и
пустот п с уплотнением самих полускальных пород, если они за-
iponyibi выветриванием или слабосцементированы.
Осадки сооружений, возводимых на песчаных и глинистых по-
рч । 1 х, связаны главным образом с их уплотнением, т. е. с нзме-
|<| mu м ПЛ1ИИО1 in и порш Klein иод воздействием дополнительных
naipyini. i l.i слабых водошк ыщсппых iлпппстых и песчаных по-
po'i.>x ci .цп 11 Moi \ I происходи 11 веледс!вне их разрушения и вы-
дай ши.шни и । иод фу пдамстоп. Наконец, осадки сооружений
moi у । io пни.in. в сняли с изменением водного режима горных
порт < |1од1о11лс1шсм и гидростатическим взвешиванием, раз-
ни ним суффозпоипь'Х явлений, растворением и выщелачиванием
некоторых компонентов горных пород, разложением органиче-
ского вещества и других составляющих.
Значительные осадки и просадки сооружений возникают
в связи с разрушением и доуплотнением лёссовых пород при за-
мачивании, с провальными явлениями в карстовых районах,
с деградацией мерзлоты в горных породах, склонных к резкому
н значительному изменению физического состояния и прочности,
с сейсмическими воздействиями на горные породы, обладающие
недостаточной жесткостью, с подработкой территорий подземными
выработками и др.
При изучении и оценке геологических условий строительства
зданий и сооружений необходимо составлять прогноз возможных
осадок, причин и условий их развития. Факт образования осадок
299
.tWirpX.COI»
сооружений и их величину надо считать мерой для оценки инже-
нерно-геологических условий их строительства и качества гор-
ных пород как естественных оснований.
Заметим, что в настоящее время надежный количественный
прогноз осадок сооружений (расчет осадок) можно производить
только в том случае, когда они связаны с уплотнением пород, и
с меньшей надежностью, с доуплотненнем лёссовых пород при за-
мачивании и мерзлых при оттаивании. В других разнообразных
случаях прогноз осадок и деформаций сооружений возможен пока
только в описательной форме. При этом говорят о возможности
осадки, ее значительности и неравномерности. Но и такой прогноз
тоже очень важен, так как позволяет предупреждать опасные
деформации сооружений и их аварии.
Опасность для сооружений, особенно некоторых типов, обла-
дающих недостаточной жесткостью, представляют не только сами
осадки, достигающие значений выше предельно допустимых,
но и их неравномерность. Для большинства гражданских и про-
мышленных зданий и сооружений неравномерные осадки всегда
представляют большую опасность. Они происходят в связи с:
1) неоднородностью геологических условий по площади в преде-
лах габаритных размеров здания или сооружения, т. е. неодно-
родностью напластования и условий залегания горных пород;
2) неоднородностью и изменчивостью состава, строения, физи-
ческого состояния и свойств горных пород, слагающих основа-
ние фундаментов; 3) неоднородностью создаваемых нагрузок по
подошве фундаментов; 4) различиями конструкции отдельных
частей зданий и сооружений, обусловливающими применение
различных типов, размеров и глубины заложения фундаментов,
устройство подвальных помещений и т. д.; 5) нарушением пра-
вил строительства сооружений при расположении новых зданий
вблизи существующих, при сооружении пристроек к ним и т. д.
Расчет общей конечной осадки зданий и сооружений, возни-
кающей вследствие уплотнения горных пород в зоне их влияния,
чаще всего производят по методу послойного суммирования [13,
21, 32 ]. В отдельных случаях кроме общей конечной осадки прак-
тическое значение имеют также осадки, развивающиеся во вре-
мени. Необходимость учета развития таких осадок возникает
в тех случаях, когда основанием фундаментов служат слабые
водонасыщенные глинистые породы, залегающие либо сплошной
толщей, либо в виде слоев и прослойков среди других пород,
либо в виде заполнителя горизонтальных или пологонаклонных
трещин.
Как было показано Н. М. Герсевановым [13, 15, 38], если
постепенно увеличивать давление на фундамент обычного мелкого
заложения, расположенный на песчаных или глинистых поро-
дах, его осадка примерно будет характеризоваться графиком,
изображенным на рис. VIП-6. На этом графике видно, что по
мере возрастания давления до определенного предела (точка /)
300
осадка фундамента развивается практически пропорционально
действующему давлению, т. е. наблюдается линейная их зависи-
мость. Именно такая зависимость позволяет применять при рас-
чпах напряжений в горных породах под фундаментами и их
осадок теорию линейно деформируемой среды.
Эту первую фазу деформации горных пород принято называть
фазой уплотнения (рис. VIII-6, а). Под фундаментом в некоторой
11 о области происходят преимущественно уплотнение пород,
уменьшение их пористости, формируется уплотненное ядро.
Рис. VII1-6. Фазы деформаций горных пород под фундаментом.
Л — грлфпк развития осадки фундамента по мере возрастания
н iipyixii; 1> — схемы развития деформаций горных пород при;
м м у и'io 1 iii'ii п н, б — образовании сдвигов, в — выпирании
|<>|ных пород из-под фундамента.
’ I н шны ikjioii.i п их .11 pci .11ы совершают перемещения по траек-
крням, iLiiip.inJK иным вши с незначительными отклонениями
и ( Kipoin.i от вер шкальной осп фундамента.
Нрп дальнейшем увеличении давления осадка фундамента ста-
новится неравномерной, нарастает быстрее, чем увеличивается
давление. Нарушается пропорциональность осадки возрастаю-
щей нагрузке (рис. VIП-6, б). Это указывает на начало разруше-
ния горных пород, образование локальных сдвигов у краев фун-
дамента. Частицы и их агрегаты, слагающие горную породу,
изменяют направление своего перемещения от вертикального
в ciороны из-под фундамента и его краев, где сопротивление гор-
ных пород сдвигу наименьшее. Таким образом формируются оста-
точные пластические деформации, которые постепенно захваты-
вают все большую и большую область под фундаментом вокруг
уплотненного ядра. Эту вторую фазу деформаций горных пород
принято называть фазой сдвигов (рис. VIII-6, б).
К концу этой фазы (точка II) сдвиги в отдельных точках сли-
ваются в некоторую сплошную поверхность скольжения и подго-
301
.Шхгрх.сото
тавливается наступление третьей фазы деформации горных пород.
В результате происходит сдвиг — выпор горных пород из-под
фундамента, т. е. полное их разрушение. Движение масс горных
пород происходит достаточно быстро, внезапно, часто катастро-
Рис. VJ1I-7. Авария Трансконского элеватора в Канаде
вследствие потери устойчивости горных пород основания.
а — общий вид; б — схема. 1 — современный аллювий;
2 — г .тина черная, пылеватая, пластичная; 3 — глина се-
рая, пылеватая, с гнездами пыли; 4 — древний аллювий;
5 — известняки
фически. Сооружение как бы проваливается, часто теряет верти-
кальность, кренится, разрушается Эту фазу деформаций горных
пород принято называть фазой выпирания.
Классическим примером подобного рода нарушений устойчи-
вости сооружения является Трансконский элеватор в Канаде,
построенный вблизи г. Виннипега в 1912 г. (рис. VIII-7). Эле-
ватор состоит из 65 железобетонных силосных башен высотой по
302
Ъу ТГотЬ_егГ,
1’7,4 м л имеет массу 20"000 т, а с зерном — 42 000 т. Фундаментом
ч’н натора служит железобетонная плита с наименьшей шириной
2.3 м, в основании которой залегают пластичные глины значитель-
ной мощности, подстилаемые известняками.
При первом же загружении элеватора зерном в 1913 г. в резуль-
гаге нарушения устойчивости глин и одностороннего их выпирач
пня произошла значительная его осадка и образовался крей
jin VIII н. Инд ПидмгощгП Гмпшп в г. Ни «е (111 алии).
<1 • < Mil, 0 <|ГщнН1 вид. / — 1Л1ШЫ иссч.шыс; 2 — пески; J — глины тяжелые.
к (.пилу и.। 2(> 53'. Здесь кран фундаментной плиты погрузился
н 1 JIIIU.I па 3,7 м, а с противоположной стороны поднялся на 1,5 м.
Кроме loro, северная сторона сооружения понизилась по сравне-
нию с южной на 1,2 м. Так как сооружение было жестким, цель-
ность силосного корпуса элеватора не была нарушена. Впослед-
ствии силосное здание выравняли при помощи гидравлических
домкратов и подвели под него новые столбчатые фундаменты.
< голбы были доведены до известняков. Подошва сооружения ока-
залась на 4,2 м ниже прежней отметки заложения.
В качестве второго примера можно привести Пизанскую «па-
дающую» башню, построенную в Италии, в г. Пизе (рис. VII1-8).
Ее строительство велось с перерывами с 1174 по 1350 г., т. е.
276 лет. Высота башни 54,5 м. Фундамент сложен из каменных
блоков, уложенных насухо, имеет форму кольца с внутренним
диаметром 4,52 и внешним — 19,5 м. Площадь его подошвы равна
303
WWW .Штгрх.сото
28 м2. В основании фундамента залегают неоднородные аллю-
виальные, в том числе и глинистые, породы. Масса башни 14 486 т
и, следовательно, давление на горные породы основания дости-
гает примерно 5,1 кгс/см2. Такое давление на названные породы,
по-впднмому, достаточно значительное.
Башня испытала среднюю осадку примерно на 1,5 м. К мо-
менту окончания строительства она имела крен в южном напра-
влении, отклонение ее верха от вертикали составляло 2,1 м,
а в настоящее время оно достигло уже 5,58 м и продолжает ме-
дленно увеличиваться, что указывает на явное нарушение устой-
чивости этого уникального сооружения. В настоящее время рас-
сматриваются различные варианты мер для ее спасения от обру-
шения.
В строительной практике имеется много примеров нарушения
устойчивости горных пород в основании фундаментов и соответ-
ственно устойчивости зданий п сооружений. Здесь мы привели
только два особенно характерных, привлекших внимание широ-
кой инженерной общественности, на которые постоянно делаются
ссылки в литературе.
Многочисленные теоретические и экспериментальные работы,
выполненные многими исследователями [1, 8, 13], полностью
подтвердили схему Н. М. Герсеванова, отражающую физические,
а точнее, геологические процессы, происходящие в песчаных и
глинистых породах при их деформациях в основании фундамен-
тов. Новые наблюдения и эксперименты показали, что природа
процессов уплотнения, сдвигов и выпора горных пород, разви-
вающихся в зоне влияния фундамента, достаточно сложна п за-
висит от состава песчано-глинистых пород, их физического состоя-
ния и прочности. Установлено, что чем выше плотность и проч-
ность горных пород, тем больше интервал от точки / до точки //
на кривой развития осадок фундамента, т. е. процесс разрушения
горных пород и потеря ими несущей способности протекают ме-
дленнее. При фундаментах глубокого заложения выпора горных
пород на поверхность не происходит, но всегда наблюдаются зна-
чительные нх осадки, возникающие в связи с развитием пласти-
ческих областей (областей сдвига) за счет уплотнения окружаю-
щих их пород.
Следует обратить внимание также на то, что графики зависи-
мости осадки фундамента от давления для разных естественных
оснований имеют различные виды. Осадки сооружений, строя-
щихся на скальных породах, обычно ничтожно малы, имеют
строгую линейную зависимость от действующей нагрузки и при
реальных практических условиях не выходят далеко за пределы
первой фазы деформации этих пород (рис. VIII-9, а). Графики
осадки фундаментов на полускальных породах имеют вид, подоб-
ный графикам осадок скальных пород, но достигают больших
абсолютных значений, и при достижении нагрузок, измеряемых
десятками килограммов-спл на квадратный сантиметр, намеча-
304
Ъу № ert
стся тенденция к нарушению их линейной зависимости
(рис. VIII-9, б).
График, изображенный на рис. VI1I-9, в, типичен для доста-
точно плотных и прочных песчано-глинистых пород при общей
нормальной глубине заложения фундаментов. График на
рис. VIII-9, г более характерен для песков плотного и средней
Рис. VII1-9. Графики осадки
фундаментов на различных гор-
ных породах: а—твердых скаль-
ных» б — относительно твер-
дых — полускальных; в — плот=
пых и прочных лесчаио-глини-
стых при нормальной глубине
заложения фундаментов; г — то
же, но при более глубоком за-
ложении фундаментов; д —
слабых водонасыщенных песках
рыхлого сложения, глинистых
неустойчивой консистенции и
Др.
плотности сложения и глинистых пород устойчивой консистен-
цни при большей глубине заложения фундамента [13]. Наконец,
график на рис. VII1-9, д типичен для пород слабых — водона-
сыщенных песков рыхлого сложения, глинистых пород неустой-
чивой консистенции, торфов и заторфованных песчаных и гли-
нистых пород.
Рис. VI11-10. Графики осадки фундаментов,
заложенных в песни на глубинах 1, 2 и
3 м от поверхности земли.
Рис. VIII-1!. Графики осадки фундамен-
тов малой (/) и большой (2) ширины..
Вид графиков осадки фундаментов от действующей нагрузки
п их параметры (величина осадки, интервал линейной осадки,
положение точки /) при прочих равных условиях существенно
зависит от глубины заложения фундаментов и их размеров. Это
наглядно видно на рис. VIII-10 и VIII-11. Вид графиков оса-
док фундаментов, возводимых на уплотненных глинистых по-
родах устойчивой консистенции, имеющих повышенную прочность
структурных связей, отличается образованием горизонтальной
И в. д. Ломтадзс
305
WWW.tWirpX.COTO
площадки, равной прочности структурных связей. Вид графиков
для глинистых пород неустойчивой консистенции существенно
зависит также от скорости приложения нагрузки и соответственно
от скорости рассеивания порового давления и консолидации их
под нагрузкой (рис. VII1-9, д).
Таким образом, поведение горных пород в основании соору-
жений характеризуется определенными закономерностями. В со-
ответствии с этими закономерностями развития деформаций гор-
ных пород под фундаментами следует учитывать значения на-
грузок, разделяющих фазы их деформаций. Эти критические на-
грузки, соответствующие началу (точка /) и полному разрушению
(точка II) горных пород, называют первой и второй или начальной
и предельной 113]. Вторую критическую нагрузку называют также
несущей способностью горных пород 115].
Из сказанного следует, что первая критическая нагрузка на
горные породы, слагающие естественные основания большинства
гражданских и промышленных зданий и сооружений, является
максимальной, вполне безопасной. С превышением ее в горных
породах возникают неустойчивые области, начинается их разру-
шение, а значения абсолютных и относительных осадок могут
превзойти предельно допустимые, особенно для зданий и соору-
жений, чувствительных к осадкам. Поэтому превышение первой
критической нагрузки для таких сооружений может быть уже
небезопасным. Если горные породы имеют повышенные плотность
и прочность, фундаменты достаточно заглублены ниже поверх-
ности земли, и особенно, если здания и сооружения малочувстви-
тельны к осадкам, нагрузка на горные породы по подошве фунда-
ментов может превышать первую критическую. Всегда надо стре-
миться максимально использовать несущие способности горных
пород, но без риска, который может привести к разрушению
основания, деформациям и разрушениям зданий и сооружений.
Превышать вторую критическую нагрузку всегда опасно, так как
при этом превышается несущая способность горных пород.
В этом плане можно заметить, что при строительстве граждан-
ских и промышленных зданий и сооружений на скальных и в боль-
шинстве случаев на полускальных породах, их несущие способ-
ности используются лишь частично, иногда в самой малой мере,
хотя осадки только некоторых уникальных типов сооружений,
очень чувствительных к ним, могут приближаться к предельно
допустимым.
Современной теоретической основой для определения несущих
способностей горных пород является теория предельного напряжен-
ного состояния [13, 38]. Согласно этой теории напряженное состоя-
ние горных пород, при котором даже незначительные силовые воз-
действия нарушают их равновесие и приводят в неустойчивое
состояние, называется предельным. В инженерной практике важно
определять условия и нагрузки на горные породы, при которых
они будут находиться в равновесии и тем самым обеспечивать
306
сохранность, устойчивость и нормальные условия эксплуатации
здании и сооружений.
Н. П. Пузыревский еще в 1923 г., решая такие задачи, предло-
жил уравнение для определения первой критической нагрузки,
в пределах которой
формируемой среды:
применимы положения теории линеипо де-
п
Ръ
ctg <р + <р — ~
где h — глубина заложения фундамента, м; у — плотность гор-
ных пород до уровня подошвы фундамента, тс/м3; С — удель-
ное сцепление горных пород, тс/м2; ср — угол внутреннего трения
горных пород, I рад. Впоследствии подобные уравнения были по-
лучены Н. М. Герссвановым (1931 г.), О. К. Фрелихом (1934 г.)
и другими исследователями.
Основой для определения второй (предельной) критической
нагрузки служит формула, предложенная К. Терцаги (1943 г.):
Р\ 1к₽ — N N — Л/сС,
где A/v, Л/д, Nc — коэффициенты несущей способности горных
пород, зависящие от их внутреннего трения, определяемые по
специальным таблицам, графикам и уравнениям; b — ширина
подошвы фундамента.
Опальные обозначения те же, что и выше.
Впоследс! ппп советскими учеными, и главным образом
В I Березаиневым (1932, 1953, 1961 гг ), па основе уравнения
К. '1 ерши и были даны решения для определения вгорон критиче-
ской (поедельноп) нагрузки на глинистые и песчаные породы для
фундаментов различной формы в плане, глубины их заложения
от поверхности земли и вида нагрузки.
В настоящее время при определении несущих способностей
горных пород оснований фундаментов руководствуются именно
этими решениями. Об этом подробнее будет сказано ниже. Здесь же
отметим, что основания фундаментов зданий и сооружений при-
нято [21, 32] рассчитывать по двум предельным состояниям:
по первому предельному состоянию, т. е. по несущей способности
(по прочности), и по второму предельному состоянию, т. е. по
деформациям (по осадкам, просадкам и др.).
При расчете оснований зданий и сооружений по предельным
состояниям их осадка не должна превышать допустимых значе-
ний, а несущие способности горных пород должны гарантировать
их устойчивость, сохранность и нормальные условия эксплуата-
ции.
11
307
.twirpx.coin
Виды естественных оснований. В природе
горные породы весьма разнообразны по своему происхождению,
условиям залегания, составу, строению, физическому состоянию
и свойствам. Поэтому и их поведение под воздействием зданий
и сооружений различно, о чем было достаточно сказано выше.
В связи с этим возникает необходимость выделения определенных
а
б
1
11 б
Writ
«>-.о; ° о о-о. °' z-> ; . •.
о. о
.'д',0
’ о" О
Г . о . О . •
О 0,0-0
1,1 6
. . I I I I I I . . I . . -х. ~ ~ .
IV
! 2 3 ч 5
71ЖНС ТШННГ ЛШШГ RiiiiiiF
Рис. VIП-12. Виды естественных оснований фундаментов зданий и сооружений в одно-
родных (а) и неоднородных (б) горных породах.
I— IV — горные породы: I — скальные и полускальные; II — рыхлые несвязные; III —>
мягкие связные; IV —особого состава, Состояния и происхождения (/ —торф, 2 —<
плывуны, 3 — мерзлые глины, 4 — соль, 5 — насыпные).
видов естественных оснований (рис. VIII-12), в качестве основы
для которого рекомендуется использовать инженерно-геологиче-
скую классификацию горных пород [9 |. Так как эта классифика-
ция учитывает все важнейшие геолого-петрографические особен-
ности горных пород и их физико-механические свойства, то и при
выделении видов естественных оснований все они также должны
полностью учитываться.
Скальные породы — магматические, метаморфические и прочно-
сцементированные осадочные — обычно служат надежным осно-
ванием для любых гражданских и промышленных зданий и соору-
а
а
308
женин, в том числе в районах распространения многолетней мерз-
лоты, высокой сейсмичности и др. Л1одуль общей деформации
таких пород более 100 000 кгс/см2, временное сопротивление сжа-
тию более 500 кгс/см2, коэффициент сдвига бетона по ним дости-
гает 0,65—0,70, а сейсмическая жесткость 10—12. Осадки зданий
и сооружений, построенных на скальных породах, как правило,
ничтожно малы, а несущие способности их достаточно высокие.
11екоторая их неоднородность может быть обусловлена распро-
странением в них отдельных трещин или систем трещин и неоди-
наковой степенью выветрелости на различной глубине от поверх-
ности земли.
Полускальные породы также обычно являются достаточно на-
дежным основанием для гражданских и промышленных зданий и
сооружений. Модуль общей деформации полускальных ослаблен-
ных пород меньше 20 000 кгс/см2, а менее ослабленных — от
20 000 до 100 000 кгс/см2. Временное сопротивление сжатию
у прочных изменяется от 150 до 500 кгс/см2, средней прочности —
от 25 до 150 кгс/см2 и у пород малой прочности оно меньше
25 кгс/см2. Коэффициент сдвига бетона по этим породам изменя-
ется от 0,3 до 0,50—0,55, сейсмическая жесткость — от 2,9—
4,7 до 10—12. Однако породы этой группы разнообразны по со-
ставу, строению, плотности и прочности. Некоторые из них могут
иметь повышенную трещиноватость или закарстованность и в то же
время характеризоваться высокой прочностью в образце. С по-
верхности они часто значительно выветрелые. При проектирова-
нии и строительстве на них зданий и сооружений, особенно ответ-
ственных, все это вызывает необходимость соблюдать определен-
ные oi рапичения и применять сложные инженерные мероприятия
для обеспечения их устойчивости и нормальных условий эксплуа-
тации
Рыхлые несвязные породы — пески средне-, крупно-, грубо-
п раз1юзер11петые, а также гравелистые, щебенистые и галечники
плотного и средней плотности сложения — обычно являются
вполне удовлетворительными основаниями для зданий и соору-
жений. Модуль общей деформации их изменяется от 200 до
1000 кгс/см2, коэффициент внутреннего трения — от 0,25 до
0,60, а сейсмическая жесткость — от 0,5—2,7 до 4,0—4,8. Эти
породы могут содержать прослои и линзы слабых глинистых пород
или переслаиваться с ними, включения крупных глыб и валунов
скальных и полускальных пород, что придает им значительную
неоднородность и влияет на оценку их как естественных оснований.
Мелко- и тонкозернистые пылеватые водоносные пески малой
плотности сложения являются слабыми, относятся к породам
особого состава и состояния (5-я группа по инженерно-геологиче-
ской классификации). Строительство зданий и сооружений на
них не регламентируется «Строительными нормами и правилами»
[32 ], а ведется по индивидуальным проектам, обоснованным спе-
циальными исследованиями.
309
wwvOWirpx.ceTO
Мягкие связные глинистые породы малой влажности, плотные
и повышенной плотности, с устойчивой консистенцией также могут
служить вполне удовлетворительным основанием для промышлен-
ных в гражданских зданий и сооружений. Модуль общей дефор-
мации их изменяется от 100 до 800—1000 кгс/см2, коэффициент
внутреннего трения достигает 0,15—0,35, удельное сцепление
изменяется от 0,3—0,5 до 1,0—1,5 кгс/см2, а сейсмическая жест-
кость — от 0,8—2,3 до 2,8—5,9. Однако при промерзании эти
породы могут пучиться, при увлажнении набухать или давать
просадки (лёссовые породы). При оттаивании таких пород, на-
ходящихся в многолетнемерзлом состоянии, увеличивается их
сжимаемость и понижается устойчивость. Кроме того, глинистые
породы могут быть весьма неоднородными по составу, содержать
прослои и линзы других, более слабых гумусированных пород,
торфа, погребенных почв и др., переслаиваться с ними, содержать
включения валунов, глыб, гнезд и скоплений обломочного мате-
риала и других внутриформационных образований. Все эти осо-
бенности глинистых пород, особенно повышенную их пылеватость
и монтмориллонитовый состав, всегда необходимо учитывать.
, Разности глинистых пород неустойчивой консистенции, имею-
щие малую плотность, высокую естественную влажность или
полностью водонасыщенные, являются слабыми. Строительство
на них осуществляется по индивидуальным проектам, обоснован-
ным специальными исследованиями, и не регламентируется дей-
ствующими «Строительными нормами и правилами» [32 ].
Пятую группу естественных оснований кроме названных пес-
чаных и глинистых составляют другие разнообразные слабые
породы: торфяники, илы, химические осадочные легкорастворимые
(гипсы, ангидриты, каменная соль), засоленные песчаные и глини-
стые, многолетнемерзлые сильно льдистые и резко изменяющие
состояние и свойства при оттаивании, искусственно насыпанные
и намытые неслежавшиеся и др. Строительство на таких породах
не регламентируется нормативными документами, ведется по ин-
дивидуальным проектам, обоснованным специальными исследо-
ваниями.
Таковы основные виды естественных оснований. При проекти-
ровании и строительстве гражданских и промышленных зданий
и сооружений необходимо стремиться к тому, чтобы их основанием
служили горные породы наиболее плотные и прочные, достаточно
однородные по площади и на глубину зоны их влияния.
Определение глубины заложения фундамен-
тов. Это один из существенных факторов, влияющих на устойчи-
вость, долговечность и нормальную эксплуатацию зданий и соору-
жений. На выбор глубины заложения фундаментов влияют раз-
личные факторы, как природные геологические и климатические,
так и связанные с типами и конструкциями зданий и сооружений.
Строительными нормами и правилами рекомендуется учитывать!
1) рельеф строительной площадки; 2) геологическое строение ее,
310
&у XerlTert
фп шчсское состояние и свойства слагающих ее горных пород;
3) гидрогеологические условия, т. е. глубину залегания подзем-
ных вод, возможность ее изменения при строительстве и эксплуа-
тации зданий и сооружений и агрессивность подземных вод;
4) мощность деятельного слоя, т. е. глубину сезонного промерза-
ния и оттаивания горных пород в связи с возможностью развития
явлений морозного пучения фундаментов; 5) конструктивные
особенности зданий я сооружений в связи с устройством подвалов,
подземных коммуникаций, а также величиной и характером пере-
даваемых нагрузок; 6) расположение проектируемых сооружений
относительно построенных и глубину заложения их фунда-
ментов.
Из этого перечня действительно видно, что па глубину заложе-
ния фундаментов влияют как природные факторы, так и связан-
ные с расположением и особенностями проектируемых сооружений.
Во всех случаях необходимо стремиться к тому, чтобы, во-первых,
глубина была минимальной, так как от этого зависят объем работ
по возведению фундаментов и соответственно экономические пока-
затели стройки, и, во-вторых, чтобы она была достаточной по не-
сущей способности и по деформациям горных пород оснований
фундаментов для нормальной работы сооружения или здания.
Рассмотрим влияние различных факторов на выбор глубины
заложения фундаментов, и в первую очередь природных, инфор-
мацию о которых получают в результате выполнения детальных
инженерных изысканий.
Влияние рельефа строительной площадки на выбор глубины
заложения фундаментов состоит в том, что в зависимости от его
уклонов н неровностей она определяется не от природной поверх-
ности, а от планировочной. При различных уклонах и неровностях
рельефа поверх посш строительной площадки для обеспечения
нормальных условий эксплуатации зданий и сооружений и регу-
ляции стока дождевых и талых вод па отдельных ее участках про-
изводят срезку неровностей, а на других — подсыпку горных
пород. Так возникает планировочная поверхность строительной
площадки.
Нередко при планировочных работах производят только под-
сыпку пли намыв горных пород с целью подъема поверхности строи-
тельной площадки до необходимых отметок. Часто оказывается
целесообразным фундаменты закладывать с одной стороны здания
пли сооружения па меньшую, оптимально необходимую глубину,
а с другой — на большую, учитывая имеющиеся уклоны рельефа
поверхности.
Нз всех действующих факторов наибольшее и постоянное влия-
ние па выбор глубины заложения фундаментов оказывает геологи-
ческое строение площадки. Как уже было отмечено, очень важно,
чтобы в основании фундаментов залегали однородные по площади
и на глубину горные породы, обладающие достаточной плотно-
стью, прочностью п соответственно несущими способностями,
зп
'.Шттрх.сото
обеспечивающими устойчивость зданий и сооружений и нормаль-
ные условия их эксплуатации.
Слой или зона горных пород, на которые опираются фунда-
менты, являются рабочими, а нижележащие слои или зоны —
подстилающими. Следовательно, именно рабочий слой или зона
горных пород должны быть однородными по составу, строению
и свойствам на площади, занимаемой зданием или сооружением,
иметь по возможности такую мощность, чтобы зона влияния
здания или сооружения располагалась в их пределах и чтобы их
плотность, прочность и несущие способности были достаточными.
Если мощность рабочего слоя пли зоны мала или меньше зоны
влияния сооружений, особый интерес представляют подстилаю-
щие слои. При нормальной схеме напластования горных пород
или расположении отдельных их зон каждый подстилающий слой
или зона обычно обладают плотностью, прочностью и устойчиво-
стью не меньшими, чем рабочий или вышележащие слои или зоны.
Однако в природе эта нормальная схема часто нарушается, когда
плотные и прочные породы подстилаются слабыми или неравно-
мерно с ними переслаиваются или когда среди плотных и прочных
пород встречаются прослои, линзы пли неправильной формы за-
лежи слабых пород.
Все это обусловливает неоднородность оснований зданий и
сооружений и необходимость особого геологического обоснования
глубины заложения их фундаментов и проверки устойчивости по
несущим способностям подстилающих пород. Инженерные изы-
скания, особенно в таких случаях, должны доводиться до такой
степени детальности, при которой геологическое строение осно-
вания определялось бы совершенно однозначно с необходимой
доверительной точностью и достоверностью (см. гл. III).
На рис. VIII-13 показаны вполне вероятные схемы геологиче-
ских условий строительства разнообразных зданий и сооружений.
Каждая из них может рассматриваться как одна из типичных,
отражающая самые главные и существенные геологические усло-
вия, влияющие на глубину заложения фундаментов. Для большей
наглядности геологические условия схематизированы: показаны
распространение и условия залегания очень плотных и прочных
горных пород с высокими несущими способностями, например
скальных и полускальных (для краткости будем называть их
очень плотными), плотных и прочных с достаточными несущими
способностями и слабых с низкими несущими способностями. Рас-
смотрим, как геологические условия в каждом случае влияют
на определение глубины заложения фундаментов.
Схема 1. С поверхности и на глубину, превышающую зону
влияния здания или сооружения, залегают однородные очень
плотные породы. Глубина заложения фундаментов в этом случае
не может зависеть от климатических и других природных условий,
она должна быть минимальной и определяться только необходи-
мостью снятия зоны сильновыветрелых пород.
312
Схема II. В этом случае решение может быть таким же,
как и по схеме I, но минимальную глубину заложения фундамен-
тов, когда рабочий слой слагают глинистые породы, часто прихо-
дится определять с учетом климатических воздействий. Для от-
дельных ответственных зданий и сооружений наиболее рациональ-
ным бывает заглубление фундаментов до подстилающих очень
плотных пород. Однако окончательное решение в этом случае
определяется технической целесообразностью и экономической
выгодностью.
Рис. VII1-13. Схемы геологических условий строительства разно-
образных зданий и сооружений.
/ — 3 — слой или зона горных пород с несущими способностями:
/ — высокими, 2 — достаточными, 3 — низкими; ft— глубина зало-
щсния фундаментом от поигрvписти земли пип планировочной от-
mvikii; Н |— мощность рабочего слоя или зоны горных пород; /Л,
//., — мощность поде j и лающих слоев или зон.
Схема III. В этом случае необходимо в первую очередь
сопоставить мощность рабочего слоя или зоны горных пород
с мощностью активной зоны здания или сооружения. Если они
сопоставимы, необходимо стремиться к минимальной глубине
заложения фундаментов, учитывая при этом возможное влияние
климатических воздействий на их устойчивость, а также к тому,
чтобы зона влияния здания или сооружения распространялась
только на рабочий слой. Если мощность этого слоя меньше актив-
ной зоны, глубину заложения фундаментов определяют исходя
из климатических воздействий на них, а давление по подошве
фундаментов — по несущим способностям пород подстилающего
слоя, иногда после их искусственного улучшения, когда в этом
возникает необходимость. В первом случае рабочий слой горных
пород будет выполнять роль распределительной подушки, пере-
дающей напряжения на подстилающий слой. В отдельных случаях
313
.Шхгрх.сото
бывает технически и экономически целесообразно прорезать слой
слабых пород и опереть фундаменты на более плотные и прочные
породы.
Схема IV. Если мощность слабых пород, залегающих
с поверхности, соизмерима с мощностью деятельного слоя, их
прорезают и фундаменты располагают на подстилающих плотных
или очень плотных породах. Возможен вариант замены слабых
пород в основании фундаментов песчаной, гравелистой, щебени-
стой или галечниковой подушкой, если их мощность несколько
больше мощности деятельного слоя. Когда мощность слабых пород
рабочего слоя соизмерима с глубиной распространения зоны влия-
ния зданий и сооружении, строительство ведут как па слабых
породах по схеме VI, а глубину заложения фундаментов опреде-
ляют с учетом климатических воздействий. В этом же случае
наиболее целесообразным может быть возведение зданий и соору-
жении на фундаментах глубокого заложения (столбчатые фунда-
менты), на сваях или сваях-оболочках.
Схема V Если мощность плотных пород, залегающих
с поверхности, мала, то глубина заложения фундаментов должна
быть минимальной. Целесообразно оставлять в основании фун-
даментов слой плотных пород для распределения напряжений на
слабые, а устойчивость зданий и сооружений проверять по несу-
щим способностям пород подстилающего слоя. В этом случае иногда
производят подсыпку пород по периметру фундаментов до необ-
ходимой планировочной отметки, чтобы исключить климатические
воздействия па устойчивость фундаментов, и искусственное уплот-
нение и укрепление слабых пород подстилающего слоя.
Когда мощность плотных пород соизмерима с зоной влияния
здании и сооружении, глубину заложения фундаментов опреде-
ляют с учетом климатических воздействий и она должна быть мини-
мальной. Е1еобходимо стремиться к тому, чтобы зона влияния
сооружений располагалась только в плотных породах.
Схема VI Глубину заложения фундаментов определяют
с учетом климатических воздействий и строительство зданий и
сооружений ведут с соблюдением определенных осторожностей
и ограничений, предусматриваемых при строительстве на слабых
породах. В подобных геологических условиях в настоящее время
широко применяют свайные фундаменты висячего типа или сваи-
стенки глубокого погружения — до 20—25 м и более.
Таковы в первом приближении возможные схемы геологиче-
ских условий, влияющих на определение глубины заложения
фундаментов. Последнее должно основываться па анализе и срав-
нении возможных вариантов по технико-экономическим показа-
телям. При этом необходимо ясно представлять, что выделенные
на схемах горные породы (очень плотные, плотные и слабые)
могут быть представлены несколькими или даже многими разно-
стями. Поэтому анализ и сравнение вариантов могут оказаться
сложными, требующими максимально полной, точной и достовер-
314
ион характеристики геологического строения оснований проекти-
руемых зданий и сооружений.
Существенное влияние на выбор глубины заложения фунда-
ментов могут оказывать подземные воды, которые вызывают:
I) изменение физического состояния и свойств горных пород—
их плотности, консистенции, прочности, деформируемости, несу-
щих способностей; 2) .образование и развитие геологических про-
ще сов, таких как образование плывунов, развитие суффозионных,
просадочных и других явлений; 3) изменение мощности зоны влия-
ния сооружений и увеличение их осадки в связи со взвешиваю-
щим их действием на горные породы основания (рис. VIII-14);
а
Рнс. Vll 1-14, Глубины заложения фундаментов, положение уровня
групювых вод и iii.r.ioMcipiiчес кого уровня напорных вод.
4) снижение прочности и разрушение материала фундаментов и
других подземных частей сооружений вследствие агрессивного
воздействия; 5) необходимость защиты подземных помещений
iA.iiiiiii и сооружений от затопления; 6) трудности при произвед-
шие строительных работ по отрывке котлованов, заключающиеся
и нарушении устойчивости горных пород в их откосах и по дну,
и необходимоетп крепления откосов, организации водоотлива,
iio'ioiioiiii/i спия или ушройсгпа шпунтовых ограждений и др.
Положение фу адамситов но отношению к уровню грунтовых
вол н ш.е loMeiрпческому уровню напорных вод может быть раз-
личным (рис. VII1-14): а) фундаменты не достигают уровня грун-
ювых под н не оказываются ниже его в периоды строительства и
эксплуатации зданий и сооружений; б) фундаменты находятся
либо постоянно ниже уровня грунтовых вод, либо в периоды его
высокого стояния; в) фундаменты отделяются от кровли горизонта
напорных вод слоем водоупорных пород малой мощности, который
под воздействием гидростатического напора может деформиро-
ваться — вспучиться или прорваться; г) фундаменты отделяются
от кровли горизонта напорных вод слоем водоупорных пород
значительной мощности, устойчивость которых не вызывает сом-
нения.
При проектировании оснований зданий и сооружений должны
учитываться сезонные и многолетние колебания уровня грунто-
вых вод, как и возможность формирования нового повышенного
их уровня L21J. При прогнозировании высоких уровней грунто-
315
.tWirpx.ceTO
вых вод и связанных с этим явлений подтопления территорий,
зданий и сооружений следует учитывать, что наибольшая вероят-
ность их может быть обусловлена: а) нарушением планировки
территорий и стока дождевых и талых вод в периоды строитель-
ства и эксплуатации зданий и сооружений; б) сбросом хозяйствен-
ных и производственных вод непосредственно на поверхность
земли, минуя водоотводные и канализационные системы; в) по-
стоянными утечками воды из водопроводных и коллекторских
систем, особенно там, где здания и сооружения имеют «мокрый»
технологический процесс; г) интенсивным развитием орошения
территорий на участках, прилегающих к строительной площадке;
д) нарушением нормальных условий работы дренажей, лотков,
водоспусков, поглощающих колодцев и других сооружений;
е) подпором грунтовых вод, вызванным устройством водохрани-
лищ, прудов, каналов, шпунтовых ограждений и других разно-
образных подземных барражей; ж) подъемом уровня грунтовых
вод под влиянием разнообразных искусственных причин и разви-
тием явлений капиллярного увлажнения и насыщения горных
пород или конденсации в них влаги.
Следовательно, нарушение естественного режима уровня грун-
товых вод и подтопление территорий могут быть постоянными
(систематическими) или временными (периодическими, эпизоди-
ческими), равномерными или неравномерными, сплошными или
несплошными (локальными) и т. д.
Подтопление строительных площадок промышленных пред-
приятий обычно связано с искусственными источниками посту-
пления воды. В связи с этим рекомендуется 121] различать группы
предприятий по количеству потребляемой ими воды, от которого
зависит объем возможных ее утечек.
Следует учитывать, что развитию явлений подтопления осо-
бенно благоприятствует распространение с поверхности слабо-
водопроницаемых пород — глинистых песков, супесей, суглин-
ков, лёссовых пород, а также распространение на небольшой глу-
бине от поверхности земли линз, прослойков и залежей слабово-
допроницаемых пород в песчаных толщах. Такие местные водо-
упоры очень благоприятны для формирования горизонтов грун-
товых вод типа верховодки. Подтопляемость территорий в значи-
тельной степени зависит от климатических и гидрологических
условий района, в соответствии с чем рекомендуется [21] разли-
чать определенные типы природных условий.
Скорость повышения уровня грунтовых вод на площадках,
сложенных с поверхности слабоводопроницаемыми породами,
расположенных в зонах избыточного и переменного увлажнения
и застроенных предприятиями, потребляющими большое коли-
чество воды в технологическом процессе, может достигать 0,5—
1 м в год. Наименее подтопляемыми являются территории, распо-
ложенные в зонах недостаточного увлажнения, имеющих значи-
тельную глубину залегания грунтовых вод и застроенных предпрпя-
316
by ЛЬ?
тиями с «сухим» технологическим процессом. На площадках, сло-
женных сильно водопроницаемыми песчано-гравийно-галечными,
трещиноватыми скальными и полускальными породами, подто-
пление обычно бывает связано с подпором грунтовых вод.
Прогнозирование изменений гидрогеологических условий
строительной площадки должно включать; а) определение поло-
жения установившегося уровня грунтовых вод и пьезометрического
уровня напорных вод и их наивысших положений для характер-
ных периодов года и б) установление причин изменений гидрогео-
логических условий.
При проектировании оснований фундаментов или других под-
земных частей зданий и сооружений, закладываемых ниже уровня
грунтовых вод или в зону возможного влияния напорных, сле-
дует предусматривать инженерные мероприятия для предупре-
ждения их вредного влияния [11]. Основой для определения поло-
жения уровня подземных вод на строительной площадке и разра-
ботки мер по управлению их уровенным режимом могут служить
уравнения водного баланса и уравнения для расчета подпора
грунтовых вод.
Пользуясь .балансовыми уравнениями, можно установить,
какие статьи прихода и расхода воды необходимо изменить для
создания нормального уровенного режима грунтовых вод. Точно
так же, пользуясь уравнениями для расчета подпора грунтовых
вод, можно определить положение установившихся уровней и
формирование их во времени. Это позволяет прогнозировать
угрожаемое положение и принимать необходимые меры по пони-
жению уровней или защите от вредного влияния грунтовых вод.
Методика балансовых расчетов и расчета подпора грунтовых вод
приводится в соответствующих справочниках и руководствах по
гидрогсолш 1111.
Предварительную проверку условий, исключающих возмож-
ность прорыва и.шорными водами водоупорных пород, залегаю-
щих по дну строительного котлована, можно производить по
уравнению
где ув — плотность воды; h — действующий напор в пределах
горизонта напорных вод, м; у — плотность водоупорных пород;
Н — мощность слоя водоупорных пород, отделяющих дно котло-
вана от кровли горизонта напорных вод, м. Более точную про-
верку можно производить по методу В. Д. Слесарева.
Учет климатических воздействий на определение глубины за-
ложения фундаментов позволяет исключить возможность влияния
морозного пучения на их устойчивость. Как известно [11], мороз-
ное пучение получает развитие главным образом при промерзании
пучипистых пород — пылеватых и сильно пылеватых глин, суг-
линков, супесей, тонко- и мелкозернистых песков и других обло-
317
SW .Шхгрх.сото
мочных пород, имеющих глинистый, пылеватый или сильно
пылеватый заполнитель. Глубина заложения фундаментов во
всех пучинистых породах должна быть не меньше нормативной
или расчетной глубины сезонного промерзания, т. е. мощности
деятельного слоя, и определяться по табл. VIII-1.
Таблица VJII-1
ГЛУБИНА ЗАЛОЖЕНИЯ ФУНДАМЕНТОВ В ЗАВИСИМОСТИ ОТ ГЛУБИНЫ
СЕЗОННОГО промерзания пород основания
I орпые породы, в пределах которых располагаются фундаменты Глубина заложения фундаментов в зависимости от глубины распо- ложения уровня грунтовых воц Нм, при
"В < н + 2 Ни> Н + 2
Скальные, полускальные, крупнооб- ломочные с песчаным заполните- лем, пески гравелистые, крупно- и среднезернистые Не зависит от расчетной глубины промерзания горных пород Н
Пески мелко- и тонкозернистые, пыле-
ватые
Супеси с консистенцией:
а) твердой (В < 0)
б) пластичной и текучей (В > О)
Не менее норма-
тивной глубины
промерзания
горных пород Нп
Суглинки, глины, а также крупнооб-
ломочные породы с глинистым за-
полнителем при консистенции гли-
нистых пород или заполнителя:
а) тугопластичиой и другой не-
устойчивой (В > 0,25)
б) полутвердой и твердой
(В < 0,25)
Не менее расчетной глубины промер-
зания горных пород Н
Не менее норма-
тивной глубины
промерзания
горных пород Нп
Нормативная глубина сезонного промерзания горных пород
принимается равной средней из максимальных глубин сезонного
промерзания за многолетний период наблюдений (не менее 10 лет)
на участке с оголенной поверхностью земли и глубиной залегания
подземных вод, большей сезонного промерзания пород. При отсут-
ствии данных многолетних наблюдений ее определяют на основе
теплотехнических расчетов [21, 32], а для районов, где она не
превышает 2,5 м, — по формуле
//н =
318
где J (Тк) — сумма абсолютных значений среднемесячных отри-
цательных температур за зиму в данном районе; //0 — глубина
промерзания при £ (Ты) = 1, зависящая от вида горных пород
и принимаемая для суглинков и глин равной 23 см, для пылева-
тых супесей, мелко- и тонкозернистых песков — 28 см, для гра-
велистых, крупно- и среднезернистых песков — 30 см и для круп-
нообломочных пород — 34 см.
Расчетную глубину сезонного промерзания горных пород
определяют [32 I по формуле
Н = пцНя,
где Н' — нормативная глубина сезонного промерзания, м; mt —
коэффициент, учитывающий влияние теплового режима здания
или сооружения, определяемый по специальной таблице СНиП [32 ].
Рис. VI11-15. Влияние глубины заложения
проектируемого здания (б) на устойчивость
существующего (а).
При возведении зданий и сооружений на пучинистых породах
не допускается их увлажнения поверхностными водами. С этой
целью необходимо предусматривать соответствующие мероприя-
тия, в том числе и такие, которые уменьшают силы смерзания
фундаментов с горными породами (засыпка крупнообломочными
породами, обмазка фундаментов специальными составами, при-
дание им определенной (|ормы и др.) [111-
Глубина заложения фундаментов в значительной степени может
определятся также конструктивными особенностями сооружений,
например необходимостью устройства подвальных помещений,
подземных коммуникаций и др., атакже расположением существую-
щих сооружений. На рис. V1II-15 видно, что при возведении но-
вого здания могут произойти выпор горных пород из-под существу-
ющего и его значительная осадка и деформация. Таких примеров
в строительной практике много, особенно когда создают разно-
образные пристройки к существующим зданиям без учета свойств
горных пород и опенки их устойчивости.
Определение давления на горные породы,
слагающие естественные основания зданий и сооружений. Опре-
делив, какие горные породы будут служить естественным осно-
ванием для проектируемых зданий и сооружений и соответственно
глубину заложения фундаментов, устанавливают допустимое
давление па них. Из сказанного выше уже известно, что допу-
стимое давление на горные породы в известной мере зависит от
319
.Шггрх.сото
глубины заложения фундаментов и влияет на выбор их типа и раз-
меров. Поэтому при изучении геологических условий строитель-
ства зданий и сооружений следует ясно представлять, что это
комплексная задача, для решения которой необходим анализ взаи-
мозависимых и взаимообусловленных факторов, в том числе осо-
бенностей проектируемых зданий и сооружений, геологических
условий строительной площадки в самом широком смысле этого
понятия и безусловное соблюдение правил экономической эффек-
тивности. В этом плане невозможно переоценить значение правиль-
ного решения вопроса об определении допустимого давления на
породы оснований фундаментов.
Всегда надо стремиться к установлению максимально допу-
стимого давления, но без риска возникновения значительных де-
формаций. Поэтому при проектировании гражданских и промыш-
ленных зданий и сооружений производят расчеты их оснований
по деформациям. Целью таких расчетов является ограничение
деформаций оснований фундаментов и надфундаментных кон-
струкций такими пределами, которые гарантируют нормальные
условия их эксплуатации, сохранность и долговечность [32].
Расчет оснований по деформациям (осадкам) производят исходя
из условия
•S Зпр,
где 3 — осадка здания пли сооружения, определяемая расчетом;
Зпр — предельно допустимая осадка для рассматриваемого типа
здания или сооружения, определяемая по нормам (табл. VIII-2).
Осадка зданий и сооружений при прочих равных условиях
определяется давлением на горные породы, слагающие основания
их фундаментов. Следовательно, сущность расчета оснований по
деформациям состоит в определении такого давления на них, при
котором не могут возникнуть опасные осадки и деформации зда-
ний и сооружений.
В настоящее время «Строительными нормами и правилами
СССР» давление на горные породы в основании фундаментов реко-
мендуется определять исходя из теории предельного равновесия
и обобщения опыта строительства зданий и сооружений на раз-
личных горных породах двумя способами. Для предварительных
оценок путем определения условного расчетного давления по обоб-
щенным данным, приведенным в таблицах СНиП [32], и для окон-
чательных расчетов — расчетного давления, определяемого рас-
четно-теоретическим методом с учетом условий работы горных
пород, зданий и сооружений, а также плотности и прочности гор-
ных пород.
Условное расчетное давление по нормам (табл. VI11-3 и VI11-4)
определяется только для рыхлых несвязных горных пород —
(крупнообломочных и песков) и для мягких связных (глинистых).
Для твердых (скальных) и относительно твердых (полускальных)
пород, а также для пород особого состава, состояния и свойств,
320
Т а б л и ц a V1II-2
ПРЕДЕЛЬНО ДОПУСТИМЫЕ ОСАДКИ ПРОМЫШЛЕННЫХ И ГРАЖДАНСКИХ
ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙ (ПО СНиП 11—15 — 74)
Наименование и конструктивные особенности сооружений Максимальные и средние абсолютные осадки
ВИД значение, см
1. Производственные и гражданские много- этажные здания с полным каркасом: 1.1. Железобетонные рамы без запол- Максимальн ая 8
нения 1.2. Стальные рамы без заполнения абсолютная То же • 12
1.3. Железобетонные рамы с заполне- » 8
нием 1.4. Стальные рамы с-заполнением » 12
2. Здания и сооружения, в конструкциях » 15
которых не возникает дополнительных усилий от неравномерных осадок 3. Многоэтажные бескаркасные здания с не- сущими стенами из: 3.1. Крупных панелей Средняя 10
3.2. Крупных блоков и кирпичной клад- » 10
кп без армирования 3.3. Крупных блоков и кирпичной клад- » 15
ки с армированием или железобе- тонными поясами 3.4 Независимо от материала стен — —
4. Высокие жесткие сооружении: 1.1. Сооружения элеваторов из железо- бетонных конструкций: а) рабочее здание и силосный кор- Средняя 40
пус монолитной конструкции, сблокированные на одной фунда- ментной плите б) то же, сборной конструкции » 30
в) отдельно стоящее рабочее здание Средняя 25
г) отдельно стоящий силосный кор- » 40
пус монолитной конструкции д) то же, сборной конструкции » 30
4.2. Дымовые трубы высотой II, м: а) Н с: 100 Средняя 40
б) 100 < /7 < 200 » 30
в) 200 < II «g 300 » 20
г) II > 300 » 10
4.3. Прочие высокие до 100 м жесткие » 20
сооружения
321
Таблица VII1-3
УСЛОВНОЕ РАСЧЕТНОЕ ДАВЛЕНИЕ НА КРУПНООБЛОМОЧНЫЕ
И ПЕСЧАНЫЕ ПОРОДЫ ОСНОВАНИЙ ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙ
(СНиП 11—15 — 74)
Горные породы кгс/см2
Круппообломочные породы
Галечники и щебень с песчаным заполнителем 6
Гравий и дресва из обломков:
кристаллических пород 5
осадочных пород 3
Пески
Грубо- и крупнозернистые, независимо от влажности 6/5
Средиезернистые, независимо от влажности 5/4
Мелкозернистые:
маловлажные 4/3
влажные и насыщенные водой 3/2
Тонкозернистые и пылеватые:
маловлажные 3/2,5
влажные 2/1 5
насыщенные водой 1,5/1
Примечание. В числителе /?0 плотных песков, в знаменателе — средней
плотности.
Таблица VIII-4
УСЛОВНОЕ РАСЧЕТНОЕ ДАВЛЕНИЕ НА ГЛИНИСТЫЕ ПОРОДЫ
ОСНОВАНИЙ ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙ (СНиП К«-15 —74)
Горные породы Коэффициент пористости, с /?0, кгс/см*
Твердой консистенции 1п > 0.25 Пластичной консистенции /п < 0,75
Супеси 0,5 3 3
0,7 2,5 2
Суглип ки 0,5 3 2,5
0,7 2,5 1,8
1 2 1
Глины 0,5 6 4
0,6 5 3
0,8 3 2
1,1 2,5 1
Примечание. Для промежуточных значений коэффициента пористости е
и числа пластичности /п значение R„ допускается определять интерполяцией.
322
т е. слабых в строительном отношении, условное расчетное да-
вление не регламентируется. Регламентировать нагрузку на скаль-
ные и полускальные породы нет надобности, так как их несущие
способности при проектировании и строительстве гражданских
и промышленных зданий и сооружений обычно используются
лишь в самой малой степени. Определять нагрузку на слабые
породы по таблицам практически нельзя, так как они очень раз-
нообразны, характеризуются специфическими свойствами и тре-
буют индивидуальной оценки на основании применения специаль-
ных методов исследований. По таблицам СНиП условное расчет-
ное давление определяют: на крупнообломочные породы в зави-
симости от гранулометрического состава и на пески в зависимости
от гранулометрического состава, влажности и плотности по
табл. VIП-3, а на глинистые — в зависимости от гранулометри-
ческого состава, значения коэффициента пористости и консистен-
ции по табл. VIП-4. Условное расчетное давление на пески рых-
лого сложения и глинистые породы текучей консистенции, как на
породы слабые, нормами не регламентируется.
По нормам СНиП условное расчетное давление определяется
для фундаментов шириной 1 м и глубиной заложения 2 м. Нор-
мами разрешается пользоваться условным расчетным давлением
также для окончательных расчетов фундаментов зданий и соору-
жении 111 и IV классов (см. гл. 1, табл. 1-1) при условии, если
сжимаемость горных пород с глубиной в зоне их влияния не
увеличивается. Для таких зданий и сооружений расчетное давле-
ние па горные породы, слагающие основания фундаментов, опре-
деляется по формулам:
при h < 2 м
+ x,2zA)2!±b.;
при h > 2 м
А’, = (1 + Д, + К2у (Л - йх),
где АД— расчетное давление, кгс/см2; АД— условное расчетное
давление, кгс/см2; b и h — фактическая ширина и глубина зало-
жения фундаментов; Ьг и Ах — ширина фундаментов 1 м, глубина
заложения 2 м, соответствующие условному расчетному давле-
нию Ас, определяемому по таблицам СНиП; у — плотность
пород выше подошвы фундамента, тс/м3; АД — коэффициент, учи-
тывающий влияние ширины фундамента, равный для крупно-
обломочных пород и песков 0,125, для тонкозернистых песков и
глинистых пород — 0,05; АД — коэффициент, учитывающий влия-
ние глубины заложения фундамента, равный для крупнообломоч-
ных пород и песков 0,25, для супесей и суглинков — 0,2, для
глин — 0,15.
При окончательных расчетах давление на крупнообломочные,
песчаные и глинистые породы, слагающие основания фундаментов
323
WWW.tWlTpX.COTO
зданий и сооружений, определяют расчетно-теоретическим мето-
дом. В этом случае среднее давление на горные породы под подош-
вой фундаментов не должно превышать расчетного, определяе-
мого по формуле
«1 = + Bhy + DQ _
где — расчетное давление на горные породы, тс/м2, кгс/см2;
flij и т2 — соответственно коэффициент условий работы горных
пород основания и коэффициент условий работы здания или со-
оружения, определяемые по специальной таблице СНиП II—15—74;
в зависимости от вида горных пород их значения изменяются от
0,1 до 1,4; /(,, — коэффициент надежности, принимаемый в зави-
симости от метода определения расчетных показателей свойств
горных пород: по результатам непосредственных испытаний
Л'„ = 1,0; по косвенным данным, приводимым в таблицах, Л'„ =
= 1,1; А, В, D — безразмерные коэффициенты, зависящие от рас-
четного угла внутреннего трения горных пород <р, определяемые
из выражений
или по специальной таблице СНиП II—15—74;/)—меньшая
сторона (ширина) подошвы фундамента, м; у' — средняя плот-
ность горных пород выше отметки заложения фундамента, тс/м3,
гс/см3; у — средняя плотность горных пород, залегающих
ниже подошвы фундамента, тс/м3, гс/см3; С — расчетное значение
удельного сцепления горных пород, залегающих непосредственно
под подошвой фундамента, тс/м2, кгс/см2; h0 — глубина до пола
подвала, м; при отсутствии подвала h0 = 0.
Формула для определения расчетного давления на горные породы
по существу, позволяет определять примерное значение пер-
вого критического давления на них, т. е. рлр1 (см. выше), при
котором под краями фундаментов зданий и промышленных со-
оружений начинают образовываться зоны местного нарушения
прочности пород, глубина которых достигает примерно х/4 ши-
рины фундаментов (рис. VIII-16). Это положение в СНиП не ого-
варивается, однако если учесть, что отношение трп21Ка близко
к единице, то получается, что расчетное давление Rx будет дей-
ствительно соответствовать первому критическому давлению ркр р
Величина характеризует предел применимости теории
линейно деформируемой среды для расчета оснований по деформа-
циям при возведении фундаментов любой формы в плане. При
этом, если осадка здания или сооружения не превосходит 40%
324
предельно допустимой, оно может быть повышено в 1,2 раза.
При глубине заложения фундаментов менее 1 м для вычисления
принимается h = 1 м.
Если в пределах зоны влияния здания или сооружения (сжи-
маемая зона) под рабочим слоем или зоной горных пород залегают
породы меньшей прочности, расчетное давление под подошвой
фундамента, т. е. на рабочий слой, должно проверяться по проч-
ности пород подстилающего слоя или зоны по следующему усло-
вию:
Rj р
п подст»
где /?! — принятое расчетное давление на рабочий слой, тс/м2,
кгс/см2; Дподс1 — допустимое давление на подстилающий слой,
Рис. VПЫ6. Схема областей местного на-
рушения прочности основания фундамен-
тов.
тс/м2, кгс/см2; п — коэффициент, отражающий закономерности
распределения осевых сжимающих напряжений под фундаментом,
определяемый по специальной таблице.
Прогноз осадок зданий и сооружений. Осад-
кой зданий и сооружений принято называть вертикальное их
перемещение вследствие уплотнения горных пород под фундамен-
тами в зоне их влияния. Осадки зданий и сооружений характери-
зую! инженерно-геологические условия их строительства и могут
служить мерой для оценки качества горных пород как естествен-
ных оснований. Как показывает практика, осадки зданий и соору-
жений могут быть различными. Однако для каждого конкретного
объекта они не должны превышать предельно допустимых зна-
чений (см. табл. VII1-2).
Для прогноза осадок применяют различные методы. Основным
в настоящее время является метод послойного суммирования.
Сущность его состоит в следующем. На геологическом разрезе
показывают расположение фундамента здания или сооружения
и эпюры распределения напряжений! от собственного веса горных
пород и действующего давления от фундамента (рис. VII1-17).
Толщу горных пород в пределах зоны влияния фундаментов делят
на элементарные горизонтальные слои или подзоны. Для дости-
жения необходимой точности расчета каждый выделенный слой
325
.Шгррх.сота
или подзона должны иметь мощность не более (0,4-i-0,5) b и быть
однородными по петрографическому составу, физическому со-
стоянию и свойствам. Следовательно, если в геологическом раз-
резе имеются слои горных пород различного петрографического
состава мощностью до (0,44-0,5) Ь, они и будут являться элемен-
тарными слоями. Если мощность их больше, их разбивают на под-
зоны не более указанной мощности. Если в активной зоне фунда-
ментов залегает однородная
толща пород, ее разбивают на под-
зоны мощностью не более (0,4-?-
-4 0,5) Ь. Таким образом подгота-
вливают расчетную схему.
Полная (конечная) осадка зда-
ния или сооружения от действия
создаваемого ими давления будет
равна сумме деформаций, т. е.
сумме уплотнений каждого эле-
ментарного слоя или подзоны,
выделенных в пределах зоны
влияния фундамента —сжимаемой
зоны. Ее рассчитывают по фор-
муле [21, 321
4—1 со/
/=1
где 3 — полпая конечная осадка
Гис. VIII-17. Схема для расчета осадок фундамента, СМГ П — ЧИСЛО СЛОСВ
методом послойного суммирования. ’
I - пески; 2 - глины; з - суглинки, или подзон, выделенных в преде-
лах зоны влияния (сжимаемой
зоны) фундамента; h, — мощность /-го слоя или подзоны гор-
ных пород, см; Еы — расчетный модуль общей деформации /-го
слоя или подзоны горных пород; р, — среднедействующее допол-
нительное (к природному) давление в /-ом слое или подзоне горных
пород, равное полусумме дополнительных давлений на кровле
и почве /-го слоя или подзоны; р — безразмерный коэффициент,
принимаемый во всех случаях по СНиП II—15—74 равным 0,8;
его можно вычислять по формуле р = 1 — 2p‘j/l — р (р — ко-
эффициент поперечной деформации горных пород /-го слоя или
подзоны).
Из рассмотрения сущности метода расчета осадки зданий и
сооружений послойным суммированием следует, что для этого
кроме реальной расчетной схемы — геологического разреза —
необходимы следующие расчетные данные: 1) расчетные показа-
тели плотности горных пород каждого слоя или подзоны (для
горных пород, залегающих ниже уровня грунтовых вод, показа-
тели плотности принимаются с учетом взвешивающего действия
воды); 2) расчетный модуль общей деформации каждого слоя или
подзоны горных пород.
326
Эти данные получают при выполнении инженерных изысканий,
в процессе лабораторных исследовании физико-механических
свойств горных пород, испытаниях их полевыми методами (см.
гл. IV) и камеральной статистической обработки получаемых
результатов. Методика определения обобщенных (нормативных)
и расчетных показателей физико-механических свойств горных
пород рассмотрена в «Инженерной петрологии» [9] и специальном
руководстве ПО]. Кроме того, соответствующие табличные дан-
ные и у казали я для получения расчетных данных приведены также
в «Строительных нормах и правилах СССР» [32 ].
Метод послойного суммирования позволяет рассчитывать воз-
можные осадки как отдельно стоящих зданий пли сооружений,
так и таких, на осадку которых может влиять давление, передаю-
щееся от соседних зданий и сооружений. В этом случае вертикаль-
ное давление на любой глубине по вертикали, проходящей по оси
рассчитываемого здания, с учетом влияния соседнего определяют
ио формуле
ь
Р\ = Р, + £ Р\,
i
где — давление по оси рассчитываемого здания с учетом влия-
ния соседнего; р,- — давление по оси рассчитываемого здания без
влияния соседнего на глубине г, равное /), = а (р — р11₽) = ар0;
р — среднее фактическое давление под подошвой фундамента;
рпр — природное давление на уровне подошвы фундамента от
веса вышележащих масс горных пород; ре — дополнительное вер-
тикальное давление под подошвой фундамента; а — коэффициент,
учшывающий изменение давления в горных породах с глубиной,
определяемый по специальной таблице СНиП; /? — число влияю-
щих фундаментов; р\ — вертикальное давление па любой глубине,
передающееся <н соседнего фундамента.
Чтобы закончить проверку устойчивости основания по дефор-
мациям, необходимо сравнить рассчитанную осадку здания или
сооружения с предельно допустимой для них. Такое сопоставление
обычно позволяет сделать заключение о нормальности условий,
о большом нерациональном запасе устойчивости (осадка значи-
тельно меньше допустимой) или о том, что осадка недопустимо
велика и т. д. Для того чтобы инженерные решения удовлетво-
ряли технико-экономическим показателям, бывает необходимо
увеличить или уменьшить расчетное давление на горные породы,
применить искусственное улучшение их свойств или другие инже-
нерные мероприятия. Естественно, что сделанные выводы будут
правильными только тогда, когда в основу расчетов будут поло-
жены реальная расчетная схема и достоверные расчетные данные,
полученные при детальных инженерных изысканиях для обосно-
вания проектов зданий и сооружений.
Из курса «Инженерной петрологии» [9] известно, что уплот-
нение глинистых пород протекает медленно (месяцы, годы, десятки
327
ww .Шхтрх.сото
лет и более), а песчаных и других обломочных водопроницаемых
пород — быстро, почти со скоростью приложения нагрузки.
Поэтому при строительстве на глинистых породах представляет
практический интерес прогноз осадки зданий и сооружений во
времени, а при строительстве их на песках и других обломочных
водопроницаемых породах осадку их во времени не прогнозируют.
Процесс осадки зданий и сооружений на глинистых породах
зависит от ряда факторов, ведущими из которых являются сле-
дующие.
1. Прочность структурных связей в породах. Пока эти связи
не нарушены, деформация пород имеет упругий характер и про-
текает быстро, уплотнение их начинается при нагрузке выше
эффективной [9 ].
2. Водопроницаемость пород, влияющая па скорость выжима-
ния воды из водоиасыщенпых пород и соответственно на скорость
их уплотнения. Движение воды в глинистых породах начинается
только тогда, когда напорный градиент достигает определенного
значения, называемого начальным градиентом [9 ].
3. Вязкость пород (внутреннее сопротивление частиц породы
перемещению), влияющая на скорость развития структурных и
структурно-адсорбционных деформаций, на развитие явлений
ползучести в породах [9 J.
В зависимости от физического состояния, водонасыщенности и
свойств глинистых пород процесс осадки зданий и сооружений
на них будет обусловлен действием тех или иных факторов. Осадка
зданий и сооружений па глинистых породах высокой степени лити-
фикации ограничивается прочными структурными связями в них
и высокой плотностью. На породах малой степени литификации,
имеющих молекулярные тиксотропно-коагуляционные связи, и
особенно не полностью водонасыщенных, осадка определяется
в первую очередь их вязкостью. Скорость осадки на тех же поро-
дах, но водонасыщенных зависит, как правило, от их водопрони-
цаемости и от действующей нагрузки.
В глинистых породах вследствие малой их водопроницаемости
всегда наблюдается отставание деформации уплотнения (за счет
которой происходит осадка зданий и сооружений) от скорости
увеличения нагрузки. О ходе этого уплотнения обычно судят по
наблюдениям за осадками сооружений и зданий, но его можно кон-
тролировать также с помощью наблюдений за изменением порового
давления в породах. Поровое давление, возникающее от действия
уплотняющего давления, равно
/г = р/ув.
По мере отжатия воды и соответствующего уплотнения породы
поровое давление постепенно уменьшается (рассасывается) и
при гидростатическом равновесии становится равным начальному
напору для данной глинистой породы. Так как скорость устано-
вления такого равновесия, а соответственно и затухания осадок
328
сооружений зависит от фильтрационных свойств глинистых по-
род, эту фазу их уплотнения часто называют фильтрационной
консолидацией. Естественно, что если поровое давление в породах
будет недостаточным для того, чтобы началась фильтрация воды,
ю осадка зданий и сооружений будет возможна только за счет
с груктурно-адсорбционных — упруго-вязких и вязко-пластиче-
< кпх — деформаций, т. е. явлений ползучести.
Для прогноза осадки здании и сооружений во времени привле-
кают главным образом теорию фильтрационной консолидации,
основывающуюся на законах и уравнениях фильтрации. Много-
численные наблюдения показывают, что в глинистых породах
основная часть деформаций (составляющая 0,80—0,95 от полных)
связана с фильтрационной консолидацией, а остальная — с раз-
витием ползучести, т. е. медленным уплотнением пород под по-
стоянной нагрузкой. Так как развитие деформаций ползучести
продолжается и после наступления гидростатического равновесия
в породе, эту фазу их уплотнения называют вторичной консоли-
дацией. В связи с медленным развитием деформаций ползучести
сколько-нибудь заметного изменения порового давления в породе
при этом обычно не происходит.
Согласно теории фильтрационной консолидации осадка здания
пли сооружения в данный момент времени от начала приложения
нагрузки на горные породы основания определяется по уравнению
St = US,
। де St — осадка здания или сооружения по истечении времени t
(годы), см; U — степень консолидации пород, или отношение
осадки, которая произошла за данный период времени, к полной
осады-; .S — полная конечная осадка здания пли сооружения, см.
Значения пепсин консолидации и для различных случаев рас-
пределения давления с глубиной в уплотняющихся породах осно-
ваний фундамешов зданий или сооружений приводятся в спе-
циальных таблицах 113 |.
Оценка устойчивости зданий и сооружений^
Под устойчивостью зданий и сооружений следует понимать такое
их состояние, при котором обеспечиваются допустимые их осадки,
сохранность, целостность и нормальные условия эксплуатации.
Устойчивость зданий и сооружений в значительной степени опре-
деляется устойчивостью горных пород, слагающих основания
фундаментов, — их способностью сохранять данное физическое
состояние, прочность или равновесие, несмотря на действие на
них различных сил: агентов выветривания, сил тяжести, гидроста-
тического и гидродинамического давления, сейсмического уско-
рения и др. [9 ]. Следовательно, при инженерно-геологической
оценке устойчивости зданий и сооружений необходимо в первую
очередь оценивать устойчивость горных пород в их основании.
Выше уже было показано, что нарушение устойчивости горных
пород в основании фундаментов связано с их разрушением —
329
.Шхтрх.сото
с образованием вначале локальных сдвигов у краев фундаментов,
а впоследствии с образованием некоторой сплошной поверхности
скольжения и выпирания горных пород из-под фундамента. Зда-
ния п сооружения при таких условиях как бы проваливаются,
часто теряют вертикальность, кренятся и разрушаются. Так про-
исходит нарушение прочности, несущих способностей и устойчи-
вости горных пород и соответственно устойчивости зданий и со-
оружений. Поэтому при их проектировании и возникает необхо-
димость в проверке оснований по несущим способностям. Она
должна быть достаточной, чтобы не происходили потеря устойчи-
вости пли разрушение основания.
«Строительными нормами и правилами» [32 ] расчет оснований
по несущим способностям рекомендуется производить в случаях,
когда: а) на основание передаются значительные горизонтальные
давления, в том числе сейсмические; б) фундаменты зданий или
сооружений располагаются на склонах, у бровок склонов или от-
косов или в пределах поверхностей или зоп ослабления пород
(слоев, контактов, трещин, систем трещин), имеющих крутое паде-
ние и неблагоприятную ориентировку; в) основание сложено
слабыми водонасыщенными глинистыми, заторфованными и дру-
гими породами, которые под действием давления фундаментов
зданий и сооружений обычно легко разрушаются.
Наряду с перечисленными случаями (а, б, в) в «Строительных
нормах п правилах» рекомендуется также производить проверку
скальных оснований по несущим способностям. Мы уже обращали
внимание иа то, чго при строительстве гражданских и промышлен-
ных зданий и сооружений несущие способности скальных п полу-
скальпых пород обычно используются далеко не полно. Осадки
некоторых ответственных и уникальных сооружений на таких
породах могут достигать предельно допустимых значений вслед-
ствие закрытия горизонтальных или пологонаклониых трещин
и из-за других дефектов пород. Поэтому расчет оснований, сло-
женных скальными и полускальными породами, целесообразно
выполнять не по несущим способностям, а главным образом по
деформациям.
Расчет оснований, сложенных скальными и полускальными
породами, по несущим способностям необходимо производить,
как и во всех других случаях, если они испытывают значительные
горизонтальные давления, если сооружения располагают на скло-
нах, у бровок склонов и откосов или в пределах неблагоприятно
ориентированных поверхностей и зон ослабления.
Расчет оснований по несущим способностям производят 121,
32 j исходя из условия
Ra>NK„,
где /?ц — несущая способность горных пород, слагающих осно-
вание фундаментов зданий и сооружений, равная ркрц; N —
расчетное давление проектируемых зданий и сооружений, кгс/см2;
330
к„ — коэффициент надежности, устанавливаемый в зависимости
от ответственности зданий и сооружений, значительности послед-
ствий нарушения устойчивости горных пород и степени изучен-
ности их свойств, принимаемый равным не менее 1,2.
Следовательно, расчетное давление на горные породы никак
не должно превышать давления, соответствующего их несущей
способности, т. е. предельного — второго критического, при ко-
тором происходят полное разрушение пород, их сдвиг и выпирание.
В настоящее время при определении несущих способностей
горных пород, т. е. их устойчивости, исходят из теории предель-
ного напряженного состояния, используя при этом характери-
стики прочности пород — внутреннее трение и удельное сцепле-
ние. По «Строительным нормам и правилам» несущая способность
песчаных и глинистых пород определяется из условия, что поверх-
ность скольжения под фундаментом охватывает всю их область.
В этом случае несущую способность основания для вертикальной
составляющей допускается определять по формуле
Rn = ЛхБу + В^у' — LRC,
где /?ц — давление (второе критическое) на горные породы, опре-
деляющее их несущие способности, тс/м2, кгс/см2; Alt Blt —
безразмерные коэффициенты, зависящие от расчетного угла вну-
треннего трения горных пород, определяемые по специальной
таблице; b — приведенная ширина подошвы фундамента (м),
вычисляемая по формуле b = b — 2еь (Ь — ширина фундамента,
м; eh — эксцентриситет приложения равнодействующей всех на-
грузок в направлении поперечной оси фундамента); h — глубина
заложения фундамента, м; у и у’ — расчетные значения плотно-
ст горны к пород, находящихся в пределах возможной призмы
выпирания соответственно ниже и выше подошвы фундамента (при
наличии грунтовых вод определяется с учетом их взвешивающего
действия); С — расчетное значение удельного сцепления, тс/м2,
кгс/см2. Формула для определения несущей способности горных
пород в основании фундаментов, т. е. второй критической нагрузки,
по своему виду сходна с ранее приведенной для определения рас-
четного давления на горные породы, но отличается от нее числен-
ными значениями коэффициентов А г, В} и Dr.
Несущую способность оснований, сложенных скальными поро-
дами, в соответствии со «Строительными нормами и правилами»
[32] рекомендуется вычислять независимо от глубины заложения
фундаментов по формуле
/?П = Rcxfi I »
где //сж — расчетное значение временного сопротивления сжа-
тию образцов скальных пород в водонасыщенпом состоянии}
Би/ — соответственно приведенные ширина и длина фундамента.
331
.сою
В «Инженерной петрологии» [9] и выше, в гл. II, мы уже обра-
щали внимание на то, что прочность скальных и полускальных
пород в образце существенно отличается от их прочности в усло-
виях естественного залегания. Их несущая способность зависит
от трещиноватости, выветрелости и других факторов, хотя зна-
чения временного сопротивления образцов могут быть высокими.
Поэтому проверку прочности основания, сложенного скальными
и полускальными породами, кроме случаев а и б, отмеченных
выше, необходимо производить только по деформациям с исполь-
зованием характеристик, получаемых при их испытаниях поле-
выми методами — пробными статическими нагрузками, с приме-
нением прессиометров, дилатометров и др.
Условия вскрытия котлованов для фунда-
ментов. Возведение фундаментов для зданий и сооружений свя-
зано с отрывкой для них котлованов. В зависимости от типа и раз-
мера фундаментов котлованы могут представлять собой либо
отдельные колодцы — шурфы, либо траншеи, либо сплошные
выемки тех или иных размеров. Производство работ по вскрытию
котлованов определяется главным образом геологическими усло-
виями. Поэтому при инженерно-геологическом обосновании про-
ектов зданий и сооружений этим вопросам следует уделять долж-
ное внимание.
Во-первых, всегда необходимо оценивать и классифицировать
горные породы по способу и трудности их разработки. Категория
пород по такой классификации определяет стоимость кубического
метра земляных работ. Вторым важным вопросом является опре-
деление устойчивости горных пород в откосах котлованов и необ-
ходимости их крепления.
Предельную высоту вертикального откоса, при которой горные
породы находятся еще в устойчивом состоянии, обычно определяют
по уравнению
/*9o = -Y-tg(45 + ^)
2С
или для глинистых пород hg0 = ——, где С — значение расчет-
ного удельного сцепления, кгс/см2; <р — угол внутреннего трения;
у — плотность горных пород, г/см3. Однако в силу недоста-
точной плотности горных пород, их выветрелости, трещиновато-
сти и других особенностей наибольшая крутизна необводненных
откосов котлованов при кратковременной их службе рекомен-
дуется такой, которая показана в табл.VIП-5.
Устройство наклонных откосов котлованов исключает необ-
ходимость их крепления, хотя и увеличивает объемы земляных
работ и главное размеры территорий, занимаемых котлованами,
что не всегда допустимо, так как свободного пространства на строи-
тельной площадке нет или его не хватает.
332
Большое внимание при вскрытии котлованов следует обращать
па сохранность естественного сложения и физического состояния
lopnux пород по дну котлованов. Многие глинистые породы очень
склонны к усадке, растрескиванию и шелушению, т. е. разруше-
нию при аэрации, другие набухают и разуплотняются или легко
переходят из скрытопластичного и текучего состояния в явно
пластичное и текучее. Некоторые песчано-глинистые тиксотроп-
ные неустойчивые породы легко разжижаются, переходят в плы-
вунное состояние. Лёссовые и некоторые другие глинистые породы
Т а б л и ц а VI П-5
НАИБОЛЬШАЯ КРУТИЗНА ОТКОСОВ КОТЛОВАНОВ
В НЕОБВОДНЕННЫХ ГОРНЫХ ПОРОДАХ
Горные породы Отношение высоты откоса к заложению при глубине котлована
до 3 м от 3 ДО 6 м
Пески, гравелистые породы 1 : 1,25 1 : 1,50
Супеси и суглинки 1 : 0,67 1 : 1,00
Глины 1 : 0,50 1 : 0,67
Лёссовые 1 : 0,50 1 : 0,75
Полускальные 1 : 0,10 1 : 0,25
Скальные 1 : 0,00 1 : 0,10
Насыпные 1 : 1,25 1 : 1,50
легко размокают, размываются, оплывают при увлажнении и дают
просадки. Нарушение устойчивости горных пород в котлованах
нередко связано с их пучением при промерзании, с выдавлива-
нием, выпиранием под действием давлений, оказываемых на уча-
стках, прилегающих к котлованам, под воздействием напорных
вод, приуроченных к горизонтам, залегающим ниже дна котло-
вана. Все эти особенности горных пород и геологических условий
необходимо выявлять при инженерных изысканиях и отражать их
в материалах, обосновывающих проект производства строитель-
ных работ.
В этом плане важным условием является сохранение горных
пород от увлажнения, высыхания, промерзания, механического
разрушения и т. д. С этой целью наряду с другими мероприятиями
необходимо по дну котлованов оставлять предохранительные
целики пород мощностью до 0,2—0,4 м и вскрывать их непосред-
ственно перед производством бетонных работ, укладкой сборных
элементов фундаментов. Надо всячески предупреждать перебор
горных пород по дну котлованов и нарушение их естественного
сложения и физического состояния при углублении котлованов
и других работах в них.
333
6wirpx.com
Рис. V111-18. Организация открытого водоотлива изустроительного котло-
вана.
1 — насос; 2 — всасывающий шланг; 3 — зумпф; 4 — водосборная канава
по периметру котлована; 5 — шпунтовое ограждение по периметру котло-
вана.
Рис. VII1-19. Понижение уровня грунтовых вод иглофильтровой уста-
новкой.
а — разрез; 6 — план строительного котлована и расположения игло-
фильтров. 1 — иглофильтры; 2 — всасывающий коллектор; 3 — насосная
установке!.
334
Нередко котлованы приходится располагать ниже уровня
I ру нтовых вод в обводненных породах или в опасной зоне влияния
п.шорных вод. Поэтому при инженерных изысканиях важно вы-
являть и оценивать гидрогеологические условия — возможные
водопритоки, опасность действия напорных вод—и определять
целесообразные инженерные мероприятия, касающиеся мощности
необходимых водоотливных средств (рис. VIII-18), способа осуше-
ния пород (рис. VIII-19), мощности и расположения водопони-
зительных установок (рис. VI11-20, VIII-21), необходимости гидро-
изоляции подземных частей сооружений н др. При инженерных
Рис. V111-20. Понижение уровня грун-
товых вод двухъярусной иглофильтро-
вой установкой.
1 — иглофильтр первого яруса; 2 —*
иглофильтр второго яруса; 3—4 — вса-
сывающие коллекторы (3 — первого
яруса, 4 — второго яруса).
Рис. VI11-21. Понижение пьезометриче-
ского уровня напорных вод.
1—2 — пьезометрические уровни воды
(/ — До водопонижения, 2 — после
водопонижения); 3 — иглофильтр; 4 —
всасывающий коллектор.
изысканиях важно не только оценивать существующее положение
подземных вод, но и составлять прогноз возможного их изменения
под влиянием естественных и искусственных факторов, на что
уже обращалось внимание выше.
Геологические условия применения свайных
фундаментов. Свайные фундаменты с давних пор применяются
в практике строительства зданий и сооружений на слабых горных
породах. Однако в настоящее время, как никогда раньше, строи-
тельство на свайных фундаментах получило исключительно широ-
кое распространение и не только на слабых водонасыщенных сильно
сжимаемых породах, но и на более плотных и прочных, а также
на песчано-глинистых породах мерзлых, глинистых набухающих,
лёссовых просадочных н др.
Широкое применение свайных фундаментов связано с техни-
ческим прогрессом в строительстве, обеспечивающим техническую
целесообразность их применения и экономическую выгоду. Теперь
сван различных типов и размеров изготавливают в массовом по-
рядке в заводских условиях, создана мощная техника для их
погружения. Применение свайных фундаментов сокращает объемы
земляных работ, и, что особенно важно, здания и сооружения,
возведенные на них, как правило, дают меньшие осадки. Это обес-
печивает необходимую их устойчивость и нормальные условия
эксплуатации. Последнее обстоятельство имеет очень большое
335
w ww IWirpx.coi»
значение для массовых видов строительства крупнопанельных
зданий, чувствительных к значительным и неравномерным осад-
кам.
В зависимости от способа передачи нагрузки на горные породы
сваи работают либо как стойки, либо как висячие опоры
(рис. VIII-22). Сваи-стойки прорезают толщу слабых горных пород
и своей подошвой опираются на подстилающие их более плотные
и прочные породы. Известно, что для таких целей теперь приме-
няют сваи длиной 20—30 м и более. Висячие сваи своим нижним
концом не достигают плот-
ных и прочных горных
пород. Они удерживаются
в слабых породах силами
их сопротивления, при-
ложенными по боковой по-
верхности свай и по их
подошве.
На рис. VI11-22 видно,
что вся нагрузка на сваю-
стойку практически пере-
дается на подстилающие
породы через ее подошву
Р = N0. Нагрузка, дей-
ствующая на висячую
сваю, передается горным
породам через боковую их
поверхность и подошву.
Рис. VIII 22. Действующие силы при работе g ГОрНЫХ ПОрОДЗХ BO3HH-
а — свая-стойка; б — свая висячая. КЭЮТ СИЛЫ СОПрОТИВЛеНИЯ,
которые равны Р — N6 +
+ No. Соотношение ме-
жду силами N6 и N0 изменяется в зависимости от свойств горных
пород. Если под подошвой сваи будут находиться породы бо-
лее плотные и прочные, чем вдоль боковых ее поверхностей,
то значительная доля нагрузки будет передаваться на породы
через подошву сваи. Если в нижних горизонтах геологического
разреза будут залегать более слабые породы, то передача на-
грузки будет происходить больше по боковой поверхности. Это
соотношение существенно изменяется в зависимости от длины
свай: у коротких преобладающее значение приобретают силы
сопротивления горных пород по подошве, а у более длинных —
по боковым поверхностям.
Все это показывает, что геологические условия существенно
предопределяют необходимость, целесообразность и возможность
применения свайных фундаментов. Распространение в геологиче-
ском разрезе строительной площадки с поверхности земли и на
значительную глубину слабых водонасыщениых сильносжпмае-
мых горных пород является основным обстоятельством, указы-
336
byKor ert
пакмцим на возможность или необходимость применения свайных
фундаментов.
При их проектировании необходимо иметь: 1) детальные гео-
логические разрезы, на которых четко обозначены распростране-
ние слабых отложений, их мощность, а также глубина залегания
плотных, прочных пород и рельеф их поверхности; 2) описание
состава, физического состояния и свойств слабых пород и степени
их однородности в этом отношении с обязательным указанием на
распространение в них включений крупных валунов и глыб;
3) характеристики сопротивлений горных пород, определяющие
несущие способности свай, т. е. такие на них нагрузки, при кото-
рых гарантируется их устойчивость в горных породах.
Свайные фундаменты из свай-стоек применяют в тех случаях,
когда в основании здания или сооружения залегают горные
породы, способные выдержать нагрузку, передаваемую только
подошвами свай. Поэтому в качестве оснований для свай-стоек
обычно выбирают наиболее плотные и прочные породы достаточной
мощности, выделяющиеся в геологическом разрезе строительной
площадки. Наиболее часто такими являются коренные породы
или плотные и прочные горизонты среди четвертичных отложений.
Свайные фундаменты из висячих свай применяют в случаях,
когда плотные и прочные породы находятся на глубине, при кото-
рой применение свай-стоек нецелесообразно. Сопротивление гор-
ных пород по боковым поверхностям висячих свай в совокупности
с сопротивлением по их подошвам должно быть достаточным,
чтобы выдерживать нагрузку от здания или сооружения. Поэтому
при их проектировании стремятся выбрать наиболее надежные и
Мощные слои пород, в которые их углубляют, что обеспечивает
наибольшую устойчивость свайного фундамента. Наиболее досто-
верные данные о плотности и прочности горных пород в условиях
естественного залегания обычно получают при выполнении поле-
вых опытных работ, например статического и динамического зон-
дирований. Поэтому их следует шире применять при инженерных
изысканиях. Описание методики и техники их выполнения при-
ведено выше, в гл. IV.
Несущую способность свай можно определять несколькими
методами. В соответствии с рекомендациями «Строительных норм
и правил» [32] расчетное сопротивление сваи-стойки в тоннах,
работающей на вертикальную сжимающую нагрузку, не должно
быть больше значения Р, определяемого по уравнению
Р = KmR"F,
где К — коэффициент однородности горных пород, принимаемый
равным 0,7; т — коэффициент условий работы, принимаемый
равным 1; R" — нормативное сопротивление горных пород под
подошвой сваи (тс/м2), определяемое по специальным таблицам
или по данным опытных работ; F — площадь поперечного сечения
нижнего конца сваи, м2.
12
В. Д. Ломтадзе
337
Шую .twirpx.coi»
Расчетное сопротивление основания висячей сваи равно сумме
расчетных сопротивлений горных пород под подошвой сваи и по
ее боковой поверхности. Оно должно быть не более величины Р,
определяемой по уравнению
Р = Km(Rl,F +
где К, tn, Ря и F — те же значения, что и выше; и — периметр
поперечного сечения сваи; /“ — нормативное сопротивление /-го
слоя горных пород по боковой поверхности сваи (тс/м2), опреде-
ляемое по специальной таблице; /, — мощность t-ro слоя горных
пород, соприкасающегося с боковой поверхностью сваи, м.
Для определения несущих способностей свай кроме расчетно-
теоретического метода применяют также метод испытания их проб-
ными статическими нагрузками. В этом случае опытная свая по-
гружается па проектную глубину и испытывается постепенно воз-
растающими ступенями нагрузки. По результатам наблюдений по-
лучают зависимость осадки сваи от нагрузки и ее значения во вре-
мени. В зависимости от полученной нагрузки, соответствующей
пределу пропорциональности осадки от нагрузки, устанавливают
расчетную несущую способность сваи
Р = КтРрр,
где К — коэффициент однородности горных пород, принимаемый
равным 0,7; т — коэффициент условий работы, принимаемый по
специальной таблице.
Инженерные мероприятия для повышения
устойчивссти зданий и сооружений и обеспечения нормальных
условий их строительства и эксплуатации. При проектировании
и строительстве гражданских и промышленных зданий и сооруже-
ний нередко возникает необходимость в осуществлении некоторых
инженерных мероприятий по обеспечению их устойчивости, нор-
мальных условий производства строительных работ и эксплуата-
ции. Список таких мероприятий достаточно велик, и перечислить
их все здесь нет возможности. Поэтому назовем только главные,
наиболее часто или постоянно применяемые, не останавливаясь
на их описании, так как это в той или иной мере уже сделано в кур-
сах «Инженерной петрологии» [9] и «Инженерной геодина-
мики» [11].
I. Мероприятия по защите территорий строительных площадок
от поверхностных и атмосферных вод:
1) планировка территорий с целью предупреждения накапли-
вания, застаивания дождевых и талых вод и заболачивания;
2) устройство системы нагорных и водоотводных канав, водо-
спусков и других сооружений для регуляции стока дождевых и та-
лых вод и предупреждения заболачивания и развития эрозионных
явлений;
3) лесомелиоративные работы с целью регуляции стока дожде-
вых и талых вод и предупреждения эрозионных процессов;
338
1) отвод поверхностных вод (ручьев, речек и др.) с помощью
наняв, каналов, лотков, водоспусков и других сооружений;
5) устройство дамб и других сооружений для защиты террито-
I ini от затопления поверхностными водами.
II. Мероприятия по защите территорий и сооружений-от под-
кшления и другого влияния подземных вод:
6) полное или частичное осушение горных пород и водоносных
1 орпзоитов с помощью вертикальных и горизонтальных дренажей
(юловных, кольцевых, систематических, береговых) с целью обес-
1 ечения устойчивости горных пород и сооружений, нормальных
условий производства строительных работ, защиты подземных по-
мещений от затопления и подземных частей сооружений от агрес-
сивного воздействия подземных вод;
7) временное снижение уровня грунтовых вед с помощью водо-
понизительных установок для обеспечения нормальных условий
производства строительных работ;
8) временное снижение пьезометрического уровня напорных вод
с помощью водопонизительных установок с целью предупреждения
деформаций горных пород в котлованах и прорыва в них подзем-
ных вод;
9) организация временного поверхностного водоотлива из
строительных котлованов насосными установками для обеспечения
устойчивости горных пород и нормальных условий производства
строительных работ;
10) устройство шпунтовых ограждений для защиты котлованов
ст затопления и поддержания горных пород в устойчивом состоянии;
11) гидроизоляция подземных помещений и частей зданий и со-
оружений от затопления и агрессивного влияния подземных вод.
111. Мероприятия по искусственному улучшению свойств гор-
ных пород:
12) цементация, глинизация и горячая битумизация скальных и
полускальных горных пород для придания им монолитности,
повышения прочности и устойчивости, снижения деформируемости
и водопроницаемости;
13) осушение, механическое уплотнение, цементация, силика-
тизация, холодная битумизация и укрепление синтетическими смо-
лами рыхлых несвязных горных породе целью повышения их плот-
ности, прочности и устойчивости, уменьшения деформируемости и
водопроницаемости;
14) электроосмотическое осушение, электрохимическое закреп-
ление, силикатизация, термическое закрепление, уплотнение грун-
товыми сваями и другими методами мягких связных глинистых, и
в том числе лёссовых, пород с целью уменьшения их влажности,
повышения плотности, улучшения консистенции, повышения
прочности, устойчивости и уменьшения деформируемости, а у лес-
совых пород — просадочности;
15) замораживание горных пород для придания им временной
устойчивости, прочности и водонепроницаемости.
12*
339
IV. Конструктивные мероприятия:
16) управление устойчивостью зданий и сооружений путем
подбора типов и размеров фундаментов и расчетных давлений на
горные породы в их основании;
17) управление устойчивостью зданий и сооружений путем
изменения глубины заложения их фундаментов, устройства
песчано-гравелисто-щебенистых или бетонных подушек;
18) устройство осадочных швов, армированных поясов и дру-
гих конструкций, повышающих жесткость сооружений и сопро-
тивляемость их к осадкам, в том числе и неравномерным.
IV. Мероприятия по организации производства строительных
работ:
19) защита горных пород в строительных котлованах от увлаж-
нения, высыхания, промерзания, механического разрушения и др.
20) организация поверхностного водоотлива, водопонижения,
оставление предохранительных целиков горных пород и приме-
нение других мероприятий по сохранению горных пород в котло-
ванах от увлажнения и разрушения.
Состав и методика инженерных изысканий
на выбранной строительной площадке. Изыскания на выбранной
строительной площадке отвечают стадии детальных исследований
и потому должны обеспечивать получение всех необходимых ма-
териалов для составления технического проекта здания или со-
оружения и его инженерно-геологического обоснования.
Основными видами геологических работ, выполняемыми
для изучения инженерно-геологических условий строительной
площадки в целом и условий строительства каждого проектируе-
мого на ней здания и сооружения, являются следующие: а) инже-
нерно-геологическая съемка масштаба 1 : 10 000 и крупнее;
б) разведочные работы; в) опытные работы; г) режимные стацио-
нарные наблюдения; д) лабораторные исследования и е) каме-
ральная обработка материалов.
Инженерно-геологическая съемка масштаба 1 : 10 000 и более
крупного основывается главным образом на данных разведочных
работ, поэтому она сливается с разведкой. Изучение строительной
площадки, составление карты или карт, геологических разрезов
и других материалов выполняются в процессе разведки. Все дру-
гие геологические работы (опытные, режимные и др.) обычно до-
полняют разведочные количественной характеристикой свойств
горных пород, водоносных горизонтов и т. д.
Можно считать, что детальные исследования строительной пло-
щадки — это ее разведка, с помощью которой полно изучают инже-
нерно-геологические условия, составляют необходимые карты,
геологические разрезы и решают все вопросы, связанные с оцен-
кой геологических условий строительства зданий и сооружений.
Так как разведка сопровождается комплексом опытных и других
геологических работ, то эти решения получают должное обоснова-
ние и надежность.
340
Описание методики выполнения всех видов геологических работ
п применяемых при этом необходимых технических средств приве-
дено выше, в гл. II и III. Поэтому здесь мы остановимся только на
главных методических вопросах изучения инженерно-геологиче-
ских условий строительной площадки.
Инженерно-геологическую съемку и разведочные работы вы-
полняютс целью изучения геологического строения площадки сточ-
ностью, обеспечивающей выделение всех слоев, прослоев, линз,
зон выветривания, повышенной трещиноватости или отдельных
крупных трещин, многолетнемерзлых пород, горизонтов под-
земных вод независимо от их мощности и выдержанности по про-
стиранию. Полнота разреза должна быть 100%-ной. Положение
геологических границ в разрезе фиксируется с погрешностью
±(5н-20) см, а в плане — с точностью выполнения топо-гео-
дезических работ. При этом достоверность и надежность характе-
ристик и оценок всех разностей горных пород, выделенных в раз-
резе, при вероятности 0,90 или 0,95 должны находиться в грани-
цах доверительных пределов (см. гл. III).
Разведочные работы на стадии детальных исследований осу-
ществляют главным образом с помощью бурения скважин и про-
ходки горных выработок — шурфов, дудок и др. Опыт показы-
вает, что число горных выработок для полного контроля получае-
мых при разведке данных о составе, физическом состоянии и свой-
ствах горных пород в условиях естественного залегания должно
составлять примерно 10% от общего их числа.
Геофизические методы разведки, такие как электрозондирова-
ние, электропрофилирование, ядерные и др., в некоторых слу-
чаях могут хорошо дополнять разведку. Поэтому во всех слу-
чаях, когда применение геофизических методов разведки целесооб-
разно, их следует использовать. Например, при установлении гра-
ниц и мощности распространения мпоголстиемерзлых пород, глу-
бины залегания н рельефа поверхности коренных пород и др.
Если площадка сложена песками и другими рыхлыми несвязными
породами пли глинистыми породами неустойчивой консистенции,
может быть весьма целесообразным применение ядерных методов
(гамма-гамма и нейтрон-нейтронный) для их характеристики и
массовых определений и оценки плотности и влажности.
План разведочных работ, т. е. расположение разведочных выра-
боток и разведочных линий на исследуемой строительной площадке,
определяется прежде всего расположением проектируемых зда-
ний и сооружений, их длиной и шириной, степенью неоднород-
ности геологического строения и изменчивости состава, состоя-
ния и свойств всех разностей горных пород, выделенных в геоло-
гическом разрезе.
Инженерные изыскания должны дать геологические материалы
для проектирования. Поэтому разведочные линии следует наме-
чать прежде всего в пределах расположения проектируемых фун-
даментов, чтобы на геологических разрезах можно было бы пока-
341
WVWlwfrpX.COTO
зать их врезку, горные породы, слагающие их основания, положе-
ние подземных вод и т. д. Ширина (короткая сторона) граждан-
ских и промышленных зданий и сооружений обычно измеряется
первыми десятками и реже многими десятками метров, поэтому
наибольшие расстояния между выработками по таким разведоч-
ным линиям должны быть такими же. Наименьшие расстояния
между крайними точками по этим линиям определяются необхо-
димостью расположения промежуточных разведочных точек в за-
висимости от неоднородности и изменчивости геологических усло-
вий и конструктивных особенностей зданий и сооружений.
Рис, VIII-23. План расположения разве-
дочных выработок на участке проектируе-
мого здания при простых (а) и сложных (б)
геологических условиях.
1 — разведочные выработки; 2 — разве-
дочные выработки дополнительные, необхо-
димость проходки которых обнаружена
в процессе разведки и составления геоло-
гических разрезов для однозначней интер-
претации геологического строения; 3 —*
капитальные стены здания; /—/, VIII—<
Vi И —линии геологических разрезов.
Следовательно, па стадии детальных исследований расположе-
ние разведочных выработок по разведочным линиям вдоль корот-
ких сторон зданий и сооружений измеряется первыми десятками
метров (10—40). Число разведочных линий, располагающихся
поперек длинной стороны здания или сооружения, зависит в ка-
кой-то степени от длины последних, но оно должно быть примерно
таким, чтобы расстояния между ними были такими же, как между
разведочными точками вдоль короткой стороны (рис. VIII 23).
При прямоугольной сети расположения выработок обеспечи-
вается необходимая равномерная плотность разведки участка.
Она позволяет составлять геологические разрезы вдоль контуров
зданий, сооружений и любых несущих конструкций, карты по
участку, блок-диаграммы и аксонометрические проекции и пред-
ставлять, таким образом, геологическое строение в самой нагляд-
ной форме. Естественно, что плотность (густота) разведки не мо-
жет быть одинаковой и абсолютно равномерней. Она зависит от
сложности геологического строения, конструктивных особенно-
стей и ответственности зданий и сооружений. Если в пределах
всей строительной площадки разведочные выработки распола-
гаются более или менее равномерно, то непосредственно на участ-
ках зданий или сооружений (пятно застройки) их плотность (гу-
стота) может быть выше.
342
В общем весь план разведки должен быть соответствующим
t бразом обоснован. Разведка должна давать материалы-для точ-
ною, достоверного и однозначного решения поставленных задач
при минимальных затратах средств и объемов работ. Это полу-
чается только тогда, когда в процессе разведки непрерывно (еже-
дневно, ежесменно) производится анализ получаемых материалов,
г оставляются геологические разрезы и карты. Заметим, что если
компоновка зданий и сооружений на строительной площадке к на-
чалу детальных изысканий не определена, план разведки должен
(беспечить равномерное изучение строительной площадки при
плотности разведки, отвечающей размерам зданий и сооружений.
Глубина разведочных выработок должна быть не менее зоны
влияния зданий и сооружений. Отдельные выработки следует
проводить до значительно большей глубины, чтобы убедиться
в том, что и на этих глубинах нет и не может возникнуть каких-
либо опасных геологических явлений. При неглубоком залегании
от поверхности земли плотных и прочных коренных пород разве-
дочные выработки углубляют до них, прорезая зону выветривания.
Для успешного решения задач детальных изысканий разве-
дочные работы иа строительной площадке сопровождают опытными,
из которых в рассматриваемом случае наиболее целесообразными
являются: статическое и динамическое зондирование, пробные
статические нагрузки и прессиометрические испытания горных
пород в скважинах. При распространении на строительной пло-
щадке слабых глинистых пород желательно исследовать и оцени-
вать их прочность путем испытаний в скважинах с применением
лопастных приборов (крыльчатки).
Статическое и динамическое зондирование применяют для ис-
следований преимущественно песчаных и глинистых пород. Оно
даст широкую информацию об пх плотности, прочности, дефор-
мационных свойствах и однородности. Кроме того, с помощью
этих методов можно устанавливать изменение геологического раз-
реза с глубиной и по простиранию, выявлять глубину залегания и
мощность слабых слоев и зон, плотных, прочных и коренных по-
род, а также изменение степени уплотнения и упрочнения во вре-
мени искусственно отсыпанных или намытых пород. Методы
зондирования позволяют получать необходимые данные для про-
ектирования и оценки условий строительства свайных фундамен-
тов, шпунтовых ограждений и других видов строительных работ.
Область применения статического и динамического зондирования
показана в табл. IV-3.
Зондирование целесообразно проводить по разведочным ли-
ниям вблизи разведочных выработок на глубину, необходимую
для характеристики и оценки горных пород как оснований зда-
ний и сооружений. Данные, получаемые при зондировании, сле-
дует рассматривать совместно с данными бурения скважин и про-
ходки горных выработок (шурфов), и особенно тех, из которых
отбирались пробы для лабораторных исследований физико-меха-
343
WWW .tWirpX.COTO
нических свойств горных пород или в которых производилось их
испытание другими методами.
Пробные статические нагрузки выполняют для определения
сравнительной сжимаемости горных пород, показателей их де-
формационных свойств (£0) н степени просадочности лёссовых,
многолетнемерзлых и некоторых других горных пород. Данные,
получаемые при таких испытаниях горных пород, невозможно
переоценить, однако в массовом их применении нет необходи-
мости. Для пробных статических нагрузок требуется специальное
оборудование, и их выполнение всегда вызывает определенные
затруднения в техническом и экономическом отношениях. Поэтому
эти опыты целесообразно проводить в шурфах, котлованах или
скважинах в индивидуальном порядке при проектировании отдель-
ных ответственных сооружении, либо многих однотипных зданий
и сооружений па застраиваемых территориях, либо там, где
недостаточно изучены горные породы как основания фунда-
ментов.
Пробные статические нагрузки допустимо выполнять на любых
горных породах для решения задач, перечисленных выше. Согласно
требованиям «Строительных норм и правил» [32 ] минимальное
число полевых опытов для определения нормативного значения
модуля общей деформации (£я) должно быть не менее трех. Опи-
сание методики проведения пробных статических нагрузок и не-
обходимого для этого оборудования приведено в гл. IV.
Одним из современных и уже довольно широко применяемых
методов изучения деформационных свойств горных пород является
испытание их в скважинах с применением прессиометров. Наи-
более часто его применяют при изучении свойств песчаных
и глинистых пород.
В тех случаях, когда в пределах строительной площадки рас-
пространены слабые глинистые породы, в комплекс полевых опыт-
ных работ целесообразно включать испытание пород в скважи-
нах лопастными приборами (см. гл. IV).
При детальных изысканиях на выбранной строительной пло-
щадке важнее место должны занимать режимные стационарные
наблюдения. Они необходимы для получения достоверных дан-
ных о режиме подземных вод и составления прогноза положения
их уровней при строительстве и эксплуатации зданий и соору-
жений. В районах распространения многолетней мерзлоты та-
кие наблюдения необходимы для оценки температурного ре-
жима горных пород, а во всех других районах — установления
мощности деятельного слоя.
Очень важны наблюдения за осадками и деформациями суще-
ствующих зданий п сооружений, расположенных вблизи проекти-
руемых, а также за строящимися и эксплуатируемыми.
Полевые инженерные изыскания сопровождаются лаборатор-
ными исследованиями горных пород, химического состава поверх-
ностных и подземных вод и камеральной обработкой материалов.
1 Л Л В A IX
ЖЕЛЕЗНЫЕ
И АВТОМОБИЛЬНЫЕ ДОРОГИ
Введение. В планах развития народного
хозяйства Советского Союза огромное внимание уделяется расши-
рению сети железных и автомобильных дорог. Для полного и ра-
ционального использования природных богатств страны и освое-
ния новых территорий потребуется и в дальнейшем развивать до-
рожное строительство, которое в недалеком будущем станет одним
из массовых.
Советский Союз уже теперь является великой железнодорож-
ной державой. Развернулось строительство Байкало-Амурской
магистрали, которая по масштабам предстоящих работ и соци-
ально-экономическому значению будет выдающимся инженерным
сооружением. Ее протяженность составит 3145 км, она пройдет
от Усть-Кута на р. Лене до Комсомольска-на-Амуре через Нижне-
ангарск, Чару, Тынду и Ургал, пересечет северные районы Во-
сточной Сибири, Забайкалья, Амурской области и Хабаровский
край (рис. IX-1). Вместе с уже построенными ранее участками
дороги (Тайшет—Лена и Комсомольск-на-Амуре—Советская
1 аваль) Байкало-Амурская магистраль будет второй трансси-
бирской дорогой к портам Тихоокеанского побережья. Это по-
истине стройка века.
По трассе БАМ будет построено 3200 инженерных сооружений,
т. е. в среднем по одному на каждом километре. В их числе 20
больших мостов — через реки Лену, Верхнюю Ангару, Витим,
Селемджу, Зею, Амур — общей протяженностью 10 км. Многие
сооружения будут уникальными, например мост через залив
Зейского водохранилища, длина которого составит 1,5 км, а вы-
сота его опор — 60 м, туннели под Северо-Муйским хребтом дли-
ной 15 км и под Байкальским — 7,5 км. Будет построено 200
станций и разъездов с 70 вокзалами. Строятся новые города,
наиболее крупными из которых будут Усть-Кут, Нижнеангарск,
Чара, Тында, Беркакит, Зейск, Ургал.
Строительство Байкало-Амурской магистрали ведется в слож-
ных инженерно-геологических условиях: трасса пересекает гор-
ные перевалы и широкие речные долины, геологическое строение
региона отличается большой сложностью, неоднородностью и
в целом еще недостаточно изучено, сейсмичность па отдельных
345
.Шптрх.сото
участках достигает 8 и 9 баллов, дорога располагается полностью
в области распространения многолетней мерзлоты. Сложность
инженерно-геологических условий определяется также широким
развитием разнообразных геологических процессов и явлений.
Все сказанное об условиях строительства БАМ — это лишь один
пример, показывающий, что инженерно-геологическое обоснова-
ние проектов и строительства дорог — это сложная задача.
Дорожное строительство предъявляет к инженерной геологии
очень большие требования. Они состоят в инженерно-геологичес-
ком обосновании выбора трассы дороги, проектов ее земляного
/ -------------2
Pmc.IX-1. Трасса Байкало-Амурской магистрали.
1 — действующие железные дороги; 2 — строящиеся железные дороги.
полотна, мостов, туннелей, депо, станций, вокзалов и многочислен-
ных разнообразных инженерных сооружений для обеспечения
устойчивости земляного полотна и нормальных условий эксплуа-
тации дороги. Огромные задачи стоят также в связи с необходи-
мостью поисков и разведки месторождений минеральных строитель-
ных материалов для удовлетворения запросов строительства,
источников водоснабжения, а также в связи с возникающими де-
формациями — болезнями земляного полотна. Последнее обстоя-
тельство постоянно требует наблюдений за его состоянием и устой-
чивостью.
Разнообразные геологические процессы и явления — подмывы,
размывы, селевые выносы, просадочные и провальные явления,
оползневые, обвальные, мерзлотные процессы и землетрясения
постоянно угрожают устойчивости земляного полотна, вызывают
его деформации. Описание многих таких явлений приведено в «Ин-
женерной геодинамике» [9]. Мировая практика показывает, что
постоянные и разнообразные деформации земляного полотна су-
щественно нарушают нормальные условия эксплуатации дорог
346
п нередко сопровождаются авариями, а иногда и катастрофами.
Все это вызывает необходимость в организации специальных
служб, которые ведут наблюдения за состоянием устойчивости
земляного полотна дорог, осуществляют профилактические меро-
приятия, изучают болезни земляного полотна, проектируют и
строят защитные инженерные сооружения для обеспечения безо-
пасности движения транспорта.
Требования, предъявляемые к инженерно-геологическому обо-
снованию проектов железных дорог, обычно выше, чем автомобиль-
ных, так же как к обоснованию проектов дорог общегосударствен-
ного значения (I, II, III категорий) по сравнению с проектами
дорог местного значения (IV, V категорий).
Следует заметить, что, несмотря на большую сложность и ответ-
ственность инженерных изысканий для обоснования проектов до-
рог, очень многие задачи, связанные с этой проблемой, решены
пока очень слабо. В недостаточных объемах выполняются научные
исследования, мало выпускается научной и методической литера-
туры, слабо внедряются передовые методы инженерных изыска-
ний в связи с нехваткой эффективных технических средств, обо-
рудования и приборов. В общем перед инженер пой геологией
стоят большие задачи по рассматриваемой проблеме.
Стадии проектирования и инженерных изы-
сканий. Проектирование дорог в Советском Союзе, как и всех дру-
гих сооружений, выполняется в две стадии: на первой состав-
ляется технический проект дороги, а на второй — рабочие чер-
тежи. По крупным и сложным объектам в предпроектный период
выполняют проблемные изыскания по технико-экономическому
обоснованию (ТЗО) целесообразности строительства дороги, вы-
бору направления линии и основных технических параметров для
проектирования. В соответствии с такой организацией проекти-
рования дорог инженерные изыскания разделяются на рекогно-
сцировочные, предварительные, детальные и дополнительные.
Технико-экономическое обоснование целесообразности строи-
тельства дороги и выбор ее направления обычно осуществляются
по имеющимся литературным и фондовым картографическим и
другим материалам. На этой стадии производят сбор, система-
тизацию и обобщение имеющихся данных, дешифрируют аэро-
фотосъемочные материалы и составляют обзорные карты и т. д.
В тех случаях, когда инженерно-геологические условия района
характеризуются определенной сложностью, а по возможному
направлению дороги неизбежно строительство крупных сооруже-
ний (мостовых переходов, туннелей и др.), проводят рекогно-
сцировочные исследования в пределах всего района или на отдель-
ных участках развития опасных геологических явлений, возмож-
ного расположения крупных инженерных объектов и др. Реко-
гносцировочные исследования состоят из аэровизуального обсле-
дования района, инженерно-геологической съемки масштаба
1 : 100 000—1 :200 000 с сопровождающими ее картировочными
347
WWW^WlrpX.COTO
работами, включая полевое дешифрирование имеющихся аэро-
фотосъемочных материалов и др.
Таким образом, камеральные и в необходимых случаях рекО'
гносцировочные исследования должны давать ясные представления
об основных особенностях инженерно-геологических условий
района и материалы для составления технико-экономического обо-
снования целесообразности строительства дороги, ее направле-
ния, т. е. какие пункты она должна соединить и через какие пройти.
После завершения работ по составлению ТЭО, его рассмотрения
и утверждения соответствующими государственными инстанциями,
открывается титул на проектирование дороги, т. е. составление
технического проекта.
Инженерные изыскания для обоснования технического проекта
дороги выполняют в два этапа: на первом — предварительные,
для обоснования выбора варианта трассы дороги; на втором —
детальные, для обоснования технического проекта земляного
полотна и всех других инженерных сооружений, которые будет
необходимо построить по трассе дороги и частично на полосе от-
вода, выделенной для нее.
Инженерные изыскания, как предварительные, так и деталь-
ные, выполняют с целью получения всех необходимых исходных
инженерно-геологических данных, обеспечивающих разработку
технически правильных и экономически наиболее целесообразных
решений при проектировании и строительстве дороги.
Дополнительные изыскания выполняют при разработке рабо-
чих чертежей с целью получения некоторых дополнительных дан-
ных и уточнения полученных при детальных изысканиях.
Инженерно-геологические исследования при
выборе трассы дороги. Эти исследования по своему существу
являются предварительными, так как выполняются с целью инже-
нерно-геологического обоснования предварительных работ по
составлению технического проекта дороги. Несмотря иа это,
ответственность таких изысканий и решений, которые прини-
маются в результате их выполнения, в большинстве случаев выше,
чем изысканий более детальных, выполняемых на следующем
этапе. Действительно, если при выборе трассы дороги не будет
выявлено, учтено или правильно оценено что-то главное, то в даль-
нейшем это может создать большие трудности и сложности при
строительстве и эксплуатации дороги. Практика проектирова-
ния и строительства дорог постоянно это подтверждает. Поэтому
к выбору трассы дороги надо подходить с особой тщательностью,
учитывая как региональные, так и местные (локальные) геологи-
ческие условия.
При выборе трассы дороги необходимо выполнять определен-
ные требования, главными из которых являются следующие:
1) расстояния между определенными пунктами, нуждающи-
мися в соединении дорогой, должны быть кратчайшими;
348
2) профиль и план дороги должны быть наиболее спокой-
ными, т. е. без крутых поворотов, подъемов и спусков;
3) объемы земляных и других строительных работ при возве-
дении земляного полотна дороги и инженерных сооружений дол-
жны быть минимальными;
4) устойчивость и долговечность дороги без существенных за-
трат на поддержание йормальных условий ее эксплуатации дол-
жны гарантировать бесперебойное и безопасное движение транс-
порта.
Таковы главные требования, которые обычно стараются вы-
полнять при выборе трассы проектируемой дороги. Однако не
всегда представляется возможным выполнять все эти требования,
Причинами этого могут быть неблагоприятные условия рельефа,
геологического строения, распространение опасных геологических
явлений, отсутствие необходимых месторождений Минеральных
строительных материалов й др. Поэтому выбор трассы дороги
обычно производят на основании сравнения нескольких вариантов
и в результате останавливаются на том, который больше отвечает
перечисленным требованиям.
Геоморфологическое положение пунктов, между которыми дол-
жна быть построена дорога, а также тех, через которые она дол-
жна пройти между заданными крайними пунктами, определяет
условия ее проложения. Если перечисленные пункты лежат в од»
ной и той же речной долине, то трасса пройдет по ней на всем про-
тяжении и будет иметь долинный ход. Долинный ход может быть
свободным, если долина широка для свободного проложения
дороги без излишних поворотов, искривлений и т. д., или стеснен-
ным, если долина узкая и имеет резкие повороты. По относитель-
ному положению к тальвегу долины ход трассы может быть низ-
ким пли высоким.
Гели пункты, которые необходимо соединить дорогой, распо-
ложены па одном н том же водоразделе, то трасса дороги будет
иметь водораздельный ход. Водораздельный ход может быть также
свободным пли стесненным.
Продольный уклон полотна дороги как долинного, так и водо-
раздельного хода определяется обычно уклоном рельефа мест-
ности. Если уклон поверхности рельефа достаточно пологий и
трасса на своем пути не встречает больших препятствий (возвы-
шенностей, гор и др.), требующих искусственного развития длины
дороги, то это говорит о том, что трасса идет вольным ходом.
Если же рельеф местности достаточно пересечен и трасса дороги
на своем пути встречает разнообразные препятствия — глубокие
долины, горы и др., возникает необходимость в искусственном
развитии длины дороги, устройстве виражей, петель, серпантина,
чтобы придать дороге необходимый руководящий продольный
уклон. Условия проложения трассы дороги в таких случаях ста-
новятся сложными.
349
www.twirpx.coTO
Следует заметить, что долинный ход трассы дороги почти все-
гда расположен ближе к источникам водоснабжения, в долинах
на речных террасах часто встречаются месторождения песка,
гравия и галечника для балласта и других минеральных строитель-
ных материалов. Однако инженерно-геологические условия
здесь всегда более сложные. Нередко приходится пересекать уча-
стки, сложенные слабыми горными породами, глубокие болота,
овраги, балки и многочисленные ручьи и речки, оползневые и
обвальные склоны, конусы селевых выносов, затопляемые и под-
мываемые (прижимы) участки. В долинах северных и северо-во-
сточных областей нашей страны шире распространены и интен-
сивнее проявляются мерзлотные явления: наледи, однолетние
и многолетние бугры пучения (булгунняхи), термокарст и др.
Все это при долинном ходе прокладки дороги вызывает необхо-
димость в строительстве разнообразных искусственных сооруже-
ний, а земляного полотна на многих участках — по индивидуаль-
ным проектам.
В условиях водораздельного хода дорога обычно распола-
гается дальше от источников водоснабжения и месторождений
естественных балластных материалов. Здесь часто обнаружи-
вается дефицит в необходимых рыхлых обломочных или глинистых
породах для возведения насыпей. Однако инженерно-геологические
условия в целом здесь обычно более благоприятны. Трасса пере-
секает участки более дренированные; если и встречаются болота,
то верхового (мохового) типа, несравненно более ограниченно рас-
пространены опасные геологические явления. Все это не вызывает
необходимости в строительстве большого числа искусственных
сооружений, а земляного полотна по индивидуальным проек-
там.
Если заданные пункты, между которыми необходимо проло-
жить дорогу, располагаются частично в долине, а частично па
водоразделе или в разных долинах, разделенных одним или не-
сколькими водоразделами, то трасса приобретает смешанный
долинно-водораздельный или поперечно-водораздельный ход.
Условия проложения трассы при таких обстоятельствах всегда
более сложные. Возникает необходимость преодолевать подъемы,
спуски, речные долины и реки, иногда высокие горные водораз-
делы и т. д. Инженерно-геологические условия при таком ходе
трассы бывают более неоднородными и сложными, приходится
осуществлять искусственное развитие длины трассы, устраивать
глубокие выемки, строить туннели, мостовые переходы и другие
разнообразные искусственные сооружения.
Инженерно-геологические условия района выбора трассы до-
роги существенно влияют также на способ ее проложения. Поэтому
в одних случаях дорогу приходится прокладывать «нулевыми ра-
ботами», насыпями, полувыемками, полунасыпями-полувыем-
ками, в других — выемками, полувыемками или даже в тунне-
лях (рис. IX-2).
350
При инженерных изысканиях для выбора трассы дороги и
оценки инженерно-геологических условий отдельных ее вариантов
важно обращать особое внимание на следующие обстоятельства.
1. Рельеф местности. Если рельеф спокойный, малопересе-
ченный, дорога будет прокладываться на низких насыпях, в неглу-
боких выемках, «нулевыми работами», т. е. при условии выполне-
ния небольших объемов земляных работ. Однако такие участки
часто бывают слабодренированными, заболоченными, с неглубо-
ким залеганием уровня грунтовых вод. Здесь могут получить раз-
Рис. 1Х-2. Схемы способов проложения дорог,
а — продольный профиль дороги; б — поперечные профили дороги: 1
почунасыпь; 2 — нулевые работы; 3 — полунасыпь-полувыемка; 4 —•
выемка; 5 — насыпь, под которой труба для пропуска вод; 6 — полу*
выемка; 7 — туннель.
вигне как верховые, так и низовые пучины [9]. Если рельеф мест-
ности неспокойный, пересеченный, то возникает необходимость
строить глубокие выемки, высокие насыпи и соответственно боль-
шое число разнообразных водопропускных сооружений.
При рассмотрении и оценке особенностей рельефа необходимо
учитывать, что большие трудности встречаются на участках кру-
тых склонов — косогоров, где дорогу приходится прокладывать
на полунасыпях, полунасыпях-полувыемках или полностью в по-
лувыемках. Здесь часто встречаются каменные россыпи, осыпи,
оползни и обвалы, участки селевых выносов, снежных обвалов и
лавин. В сейсмических районах на таких участках трудно обе-
спечить устойчивость земляного полотна.
2. Геологическое строение — распространение и условия за-
легания горных пород; степень их трещиноватости, выветрелости,
закарстованности, плотность и влажность. Опасность представ-
ляют участки трассы дороги, сложенные горными породами,
склонными к образованию оползней и обвалов, закарстованными,
на которых возможны просадки и провалы земляного полотна,
а также участки, на которых выемками и полувыемками будут
351
WWW.tWirpX.COTO
вскрываться мягкие глинистые пылеватые и сильно пылеватые
пучинистые породы и пески мелко- и тонкозернистые, обладающие
плывунными свойствами Достаточно детальному обследованию
подлежат участки болот, в пределах которых распространены
слабые болотные отложения часто неустойчивой консистенции,
сильно сжимаемые и неустойчивые.
3. Распространение разнообразных геологических процессов
и явлений. Действие этих процессов может проявиться не только
в будущем, что отмечено выше, но и уже явно видно их разрушаю-
щее действие на местности. Обследование и оценку таких участ-
ков надо производить особенно тщательно. Иногда бывает более
целесообразным обойти такие участки, чем применять разнообраз-
ные инженерные мероприятия для обеспечения устойчивости
земляного полотна в их пределах.
4. Распространение месторождений минеральных строительных
материалов для балласта (гравий, галечники, щебень), строитель-
ного и облицовочного камня, горных пород, пригодных для воз-
ведения насыпей, изготовления щебня для балласта и др. Нали-
чие месторождений строительных материалов вдоль того или иного
варианта трассы дороги является одним из важнейших обстоя-
тельств ее конкурентоспособности. От этого зависят конструк-
ция земляного полотна, его устойчивость, организация производ-
ства строительных работ и в целом стоимость строительства до-
роги. Поэтому при выборе трассы дороги необходимо уделять
должное внимание выявлению, поискам и перспективной промыш-
ленной оценке месторождений строительных материалов вдоль
рассматриваемых вариантов.
5. Участки, где трасса дороги пересекает речные долины мосто-
выми переходами, преодолевает горные массивы туннелями, и дру-
гие, где строительство земляного полотна и инженерных сооруже-
ний будет осуществляться по индивидуальным проектам Очень
важно, чтобы на таких участках трасса проходила по направле-
ниям, имеющим наиболее благоприятные инженерно-геологические
условия. Для этого иногда бывает целесообразным перетрасси-
ровать дорогу на подходах к таким участкам, но располагать от-
ветственные и уникальные сооружения в наиболее благоприят-
ных геологических условиях.
6. Строительство дороги может нарушить существующие в
данном районе равновесия в геологической среде и в природной
обстановке вообще. Поэтому при выборе трассы дороги должно
быть уделено соответствующее внимание оценке и прогнозу воз-
можных изменений инженерно-геологических условий территорий
и природной окружающей среды. Важно уже на этом этапе изы-
сканий и проектирования дороги видеть пути охраны геологиче-
ской среды и природы.
Таковы главные обстоятельства, на которые необходимо обра-
щать внимание при выборе трассы дороги. Они, как и практика
проектирования, строительства и эксплуатации дорог, показывают,
352
что инженерные изыскания на этом этапе являются весьма ответ-
ственными. При их выполнении важно полно учитывать как регио-
нальные, так и местные особенности инженерно-геологических
условий района. На этом этапе нельзя сосредоточивать исследова-
ния в минимально узкой полосе вдоль каждого варианта трассы.
В каждом конкретном случае ширина полосы исследований дол-
жна быть оптимальной, позволяющей полно выявлять инженерно-
геологические условия и в случае необходимости при проектирова-
нии изменять на отдельных участках положение трассы, произ-
водить ее сдвижки, т. е. принимать самые рациональные решения
в отношении ее положения и гарантировать строительство от вся-
ких геологических неожиданностей.
Состав и методика инженерных изысканий
при выборе трассы дороги. Варианты трассы дороги обычно перво-
начально намечают камеральным путем на планах, картах и
аэрофотосъемочиых материалах. Таких вариантов бывает один,
два, три-или даже четыре на отдельных участках. Затем их «вы-
носят»— трассируют на местности, одновременно снимают план
обычно в масштабе 1 ; 10 000, составляют продольный профиль и
отдельные поперечники. Эти работы следует выполнять с полным
использованием имеющихся топографических карт, аэрофото-
снимков, фотосхем, фотопланов. Почти одновременно с топо-гео-
дезическими работами начинают и инженерно-геологические
изыскания по каждому варианту трассы. Поэтому геолог сразу
же получает выкопировки по отдельным участкам с плана трассы,
обычно масштаба 1 ; 10 000 (рис. IX-3), продольного профиля
(масштаб горизонтальный 1 : 10 000, вертикальный 1 : 200—
1 : 500, рис. IX-4) и отдельные поперечники. Из продольного
профиля обычно видно, па каких участках и каким способом дол-
жна прокладываться дорога, где и какие искусственные сооруже-
ния будут проектироваться, а также крупные объекты — станции,
мостовые переходы, туннели и др.
В период подготовки к полевым работам должны быть завер-
шены работы по сбору и систематизации имеющихся геологичес-
ких материалов по району в целом и каждому намечаемому ва-
рианту трассы. Полезно в подготовительный камеральный период
разобраться в стратиграфической схеме отложений района, его
структурно-тектоническом положении, геоморфологических осо-
бенностях и составить или подготовить карты: геологическую,
инженерно-геологическую, гидрогеологическую и др. Все это
обычно дает возможность ясно представить общие инженерно-
геологические условия района и выявить такие участки по каждому
варианту трассы дороги, на которых можно встретить неблаго-
приятные условия. Поэтому первым видом работ при выборе трассы
дороги, т. е. на стадии предварительных изысканий, следует счи-
тать подготовительные камеральные работы.
Основным видом полевых геологических работ на этой стадии
изысканий является инженерно-геологическая съемка. Ею покры-
353
iwww.twlrpx.coi»
354
by
вают территорию шириной ориентировочно 0,3—0,5 км вдоль
каждого варианта трассы. Масштаб съемки обосновывают степенью
геологической изученности территории и сложностью ее инже-
нерно-геологических условий (см. гл. II). На участках с пересе-
ченным, горным рельефом и сложными инженерно-геологическими
условиями обычно выполняют съемку в масштабе 1 : 25 000, на
участках со спокойным, равнинным рельефом и более простыми
инженерно-геологическими условиями оптимальной является
съемка в масштабе I : 50 000. На отдельных участках, отличаю-
щихся большой сложностью инженерно-геологических условий,
по которым для однозначного решения вопроса о возможности
и условиях строительства дороги необходимо более детальное об-
следование, допустимо выполнять съемку в масштабе 1 : 10 000.
Съемку такого же масштаба целесообразно выполнять на участ-
ках уникальных объектов — туннелей, крупных мостовых пере-
ходов и др.
Съемка каждого из названных масштабов должна сопрово-
ждаться полным комплексом картировочных работ и выполняться
в соответствии с методическими рекомендациями, приведенными
в гл. II. При этом следует возможно максимально использовать
геофизические методы (электрозондировапие, электропрофилиро-
вание, микросейсмику и ядерные методы) для получения сведений
о мощности четвертичных отложений, глубине залегания корен-
ных пород, рельефе их поверхности и другой геологической ин-
формации. В небольшом объеме выполняются бурение скважин и
проходка горных выработок — канав, расчисток, шурфов. Все
это должно обеспечить полевую привязку и полевое дешифри-
рование аэросъемочных материалов и составление инженерно-
геологической карты соответствующего масштаба, предваритель-
ного продольного профиля (масштаба горизонтального 1 : 10 000
п вертикального 1 : 200—1 : 500) и геологических поперечных
профилей по характерным, типичным участкам трассы по каждому
варианту (рис. IX-5).
Число точек геофизических наблюдений, геофизических про-
филей, разведочных скважин и горных выработок определяется
необходимостью составления кондиционной инженерно-геологи-
ческой карты и достоверных предварительных геологических про-
филей — продольного и поперечных. Ориентировочно расстоя-
ния между разведочными выработками по трассе дороги изме-
няются в среднем от 200 до 500 м в зависимости от сложности
инженерно-геологических условий, а на поперечниках — от 75—
100 до 200 м.
Глубина разведочных выработок в среднем должна быть 4—
6 м. На участках насыпей 3—4 м, на участках выемок — до корен-
ных пород и в них на глубину зоны интенсивного выветривания;
на участках пересечения болот зопдировочные выработки проводят
до минерального дна болот, на участках искусственных сооруже-
ний средняя глубина разведочных выработок должна быть G—8 м.
355
WMW/6WiypX.COI»
0.15
Ситуация Крупный редкий лес ...... (
Отметки проектной броски полотно >- $9 <Q ГЧ. S' СП о гН ю §§ § S 5 g £ < &' <R е? а §' а § П п Г> ГО го
Проектные уклоны _0_С 600 " _____ — «45 ® 460 ,
Отметки Земли СЛ со Г-3 Q) <5- 6^ V. fO »; СО С £>‘ <г rrf <Г <1 СО о> СП О) СГ.СПО-, ЧП О) О) о> О ГГ) Ю го ГО гоЮГО'О Ю Г) ю к 337,00 395,80 39/, 00 ^ол кп I oKf62'
Расстояния 1 1 45 й5 S ^0 > ч
Пике ты План линии Километры И5 б 7 е 9 « 1У90 Ю 1 2 3 U 5 6 7 ^5а09'Р^ЗООО 8
йГОО С г. \Г~155,09 К-ЗЮ) 5
По А-Б = РА мм
Рис. IX-4. Продольный профиль
356
участка трассы дороги.
357
.WirpX.COTO
Расположение выработок и
петрографическая характерис-
тика пород на проектной
плоскости /масштаб 1 10000)
При определении плана расположения разведочных выработок
и их глубины следует руководствоваться необходимостью состав-
ления дсстов«рного геологического профиля по трассе дороги,
т. е. предварительного выяснения геологического строения участ-
ков расположения насыпей, выемок, искусственных сооружений
и т. д. Решению этих задач в значительной степени должны спо-
собствовать опережающее выполнение геофизических работ и де-
шифрирование аэрофотосъемечных материалов.
Бурение разведочных скважин и проходка горных выработок
должны сопровождаться всем комплексом геологических наблю-
дений, отбором проб горных пород и воды для лабораторных ис-
следований и в отдельных случаях (на участках распространения
слабых пород) специальными испытаниями горных пород и водо-
носных горизонтов путем выполнения соответствующих полевых
опытов (статическое и динамическое зондирование, испытания
пород в скважинах с применением лопастных приборов, проб-
ные откачки воды и др.). Описание опытных работ приведено
в гл. IV.
Важнейшим специальным видом работ, сопровождающим ин-
женерно-геологическую съемку, является попикетное описание
вариантов трассы дороги. Его обычно выполняют по определенной
форме с целью более конкретной характеристики и оценки вариан-
тов трассы по отдельным участкам
(от 00 км, ПК + ... м до 00 км,
ПК + ... м). Такое описание должно
отражать самые главные и отличи-
тельные особенности инженерно-
геологических условий возведения
земляного полотна дороги: низких и
высоких насыпей, мелких и глубо-
ких выемок, участков пересечения
болот, косогоров и др. Для каждой
группы однотипных участков трассы
дороги составляют типовой попереч-
ный геологический разрез, показы-
вающий, как на таких участках
должна прокладываться дорога и
какова должна быть конструкция
земляного полотна. В поппкетном
описании приводят и конкретные
указания о расположении месторож-
дений строительных и балластных
материалов. Это описание должны
выполнять наиболее квалифициро-
ванные специалисты экспедиции, пар-
тии — главные и старшие геологи, ко-
торые одновременно руководят про-
изводством инженерных изысканий.
Характеристика рельефа
Состав и строительная ха-
рактеристика пород
Инженерно - геологическая
оценка трассы и рекомен-
дуемые мероприятия
Проектные отметки
Уклоны
Рбсолнотные отметки земли
Пикеты
План трассы, км
Рис. IX-5. Схема оформления про
358
ш 73
Пологий скпон крутой склон Долина Крутой склон Бал Крутой ка склон Долина Пологий склон
0.00-1.00- песок (П) 1,00'1,80- гнейс (ГУ) 0.00 0^0 -песок(Б) 0,90 2,60 гнейсГГ} Индивиду- альный участок 0.00-100- супесь со щебнем (Ш) 0,00-1.60- песок со щеднем(П) 1.60-2.30- гранитГУ) 0.00-1.00- Супесь со щебнем (П), 1,00-3.80- сланец глинистый (ГУ)
1.00-6.20- гнейс 12J 1,00-8,00- гранит (У)
Основание земл пол устой- чиво Резерв 1,50"; откосы выемки 0,00-5.0- 1 Ю. 5.00- 8 0-1 0,5 Нагорная кана - ёа Проект искусств сооруж №96 Участок вполне устойчив Наледь ГК 962 В выем- ках ГК 957-961+50 Откосы 0.0-3.0-1 1,5,3,0-6,0- 1 0.5, на ГК 969- 971-1 1,5. Породы выемки исполь- зовать для насыпей. Искусст eJupyx Н 98 залом осн.2,1м; нагрузка 6кгс/см 2
пе
дольного геологического профиля по грассс дороги.
359
Целесообразное сочетание всех перечисленных видов работ при
выполнении инженерно-геологической съемки и непрерывный
анализ получаемых материалов обычно позволяют составлять до-
статочно полную характеристику инженерно-геологических усло-
вий каждого варианта трассы дороги, особенностей рельефа,
геологического строения и гидрогеологических условий, распро-
странения геологических явлений и месторождений строительных
материалов и выделять участки с простыми, средней сложности
и сложными инженерно-геологическими условиями.
Следовательно, подытоживая результаты инженерных изыска-
ний по каждому варианту трассы, следует давать их инженерно-
геологическое районирование, за основу для которого может быть
принята классификация, приведенная в табл. IX-1. Такое спе-
циальное районирование позволяет обобщать характеристику и
давать оценку инженерно-геологических условий каждого вари-
анта трассы, сравнивать их и обосновывать выбор лучшего.
Таблица 1Х-1
КЛАССИФИКАЦИЯ ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИХ УСЛОВИЙ
ДЛЯ РАЙОНИРОВАНИЯ ТРАССЫ ДОРОГИ (ПО МАТЕРИАЛАМ ЦНИИС)
Категория сложности инженерно* геологиче- ских условий Характеристика инженерно-геологических условии территорий по трассе дороги
1 Условия благоприятны. Строительство дороги возможно по типо- вым проектам без дополнительных мероприятии для обеспе- чения устойчивости сооружении. В отдельных случаях тре- буются индивидуальные решения
11 Условия ограниченно благоприятны. Глубокие овраги, заболо- ченные поймы, древние конусы выноса, склоны крутизной более 1 : 3, болота глубиной более 3—4 м и др. Наряду с при- менением типовых проектов на многих участках потребуется разработка индивидуальных проектов
111 Условия неблагоприятные. Неустойчивые оползневые и обваль- ные склоны, лавиноопасные участки, действующие конусы выноса, значительная закарстовапность, подвижные пески, активный термокарст, мерзлотные бугры пучения и другие явления. По трассе в целом или на многих ее участках потре- буется применение сложных инженерных решений при проек- тировании и строительстве дорош
Таковы примерные состав, организация и методика инженер-
ных изысканий для выбора трассы дороги. Завершающим видом
работ для таких изысканий является камеральная обработка ма-
териалов. При нормальном развитии инженерных изысканий на
рассматриваемой стадии составление карт, нормального продоль-
ного профиля, поперечных профилей, оформление попикетного
описания, составление схем и карт распространения месторожде-
360
пн и строительных материалов, сравнительной таблицы инженер но-
। оологических условий рассматриваемых вариантов трассы, обо-
снование заключения о выборе трассы дороги должныбыть сделаны
уже в поле. Поэтому окончательная камеральная обработка мате-
риалов в значительной степени должна состоять в оформле-
нии полевых материалов и составлении отчета по выполнен-
ным изысканиям. Следовательно, все основные результаты
изысканий подготавливаются в процессе полевой камеральной
обработки материалов, так же как и основные выводы и заключе-
ния. Полевые изыскания для выбора трассы дороги — это от-
ветственный, сложный, творческий и интереснейший этап работ,
па что следует обратить особое внимание.
Детальные инженерно-геологические иссле-
дования для обоснования технического проекта дороги. Главная
задача этих исследований состоит в обосновании технического про-
екта дороги в целом и ее земляного полотна в частности. Если
инженерно-геологические исследования по выбору направления
трассы являются предварительными и составляют первый этап
исследований для-обоснования технического проекта дороги, то
второй этап представляет собой детальные исследования, выполняе-
мые последовательно на каждом участке расположения элемен-
тов земляного полотна, искусственных инженерных сооружений,
месторождений строительных материалов.
Под земляным полотном дороги понимается совокупность воз-
водимых преимущественно из горных пород (земляных) сооруже-
ний в виде насыпей, полунасыпей, выемок, полувыемок на полосе
земли, отведенной для строительства дороги. Земляное полотно
предназначается: 1) для непосредственной укладки на него верх-
него с।роения железнодорожного пути (балластный слой, шпалы,
рельсы) пли соответствующего покрытия па автомобильных доро-
гах; 2) для обеспечения безопасного и непрерывного движения
транспорта с установленной для данной дороги скоростью и весом
11 од в 11 жио го гостава.
Для этого земляное полотно имеет ряд устройств, обеспечиваю-
щих его устойчивость и долговечность. Это разнообразные водо-
отводы, дренажи, подпорные сооружения, противооползневые,
противообвальные, противоэрозионные и др. При детальных ис-
следованиях надо обосновывать необходимость применения таких
устройств и сооружений, давать геологические материалы для
их проектирования и оценки условий производства работ по их
возведению.
Дороги на своем протяжении обычно имеют много одинаковых,
однотипных участков, иа которых соответственно и конструкция
земляного полотна, т. е. насыпей, выемок и др., должна быть оди-
наковой. Поэтому на таких участках, имеющих благоприятные
инженерно-геологические условия, проектирование дороги ведут
по типовым поперечным профилям, а строительство — по типовым
проектам. На участках со сложными инженерно-геологическими
361
wwvOwifpx.coTO
условиями проектирование ведут по индивидуальным поперечным
профилям, а строительство — по индивидуальным проектам.
Естественно, что чем сложнее инженерно-геологические условия
трассы, тем больше применяется индивидуальных проектов.
По существующим «Строительным нормам и правилам» 117, 18]
строительство дорог по индивидуальным проектам производят
га участках: 1) насыпей высотой более 12 м из крупнообломочных
и глинистых пород устойчивой консистенции; 2) насыпей на боло-
тах глубиной более 4 м; 3) насыпей в местах со слабым естествен-
ным основанием, в том числе в местах размещения водопропускных
сооружений; 4) насыпей на подтопляемых участках и пересечений
водоемов и водотоков; 5) насыпей на склонах — косогорах круче
1 : 5, сложенных скальными и полускальными породами, и на
косогорах круче 1 : 3, сложенных рыхлыми несвязными и мягкими
связными породами; 6) выемок глубже 12 м; 7) выемок в скальных
и полускальных породах трещиноватых, раздробленных, закар-
стованных, имеющих наклон зон и поверхностей ослабления в сто-
рону полотна дороги; 8) выемок в глинистых породах неустойчи-
вой консистенции или вскрывающих водоносные горизонты и
зоны; 9) выемок в глинистых породах, склонных к образованию
морозных пучин, набуханию и т. п.; 10) развития оползней, обва-
лов, осыпей, каменных россыпей, снежных обвалов и лавин, селей,
оврагов, карста, наледей, распространения подземных льдов,
с сейсмичностью 7 баллов и более. «Строительными нормами и пра-
вилами» рекомендуется также возводить земляное полотно по
индивидуальным проектам при применении гидромеханизации и
массовых взрывных работ.
Из приведенного перечня следует, что строительство по инди-
видуальным проектам осуществляют на участках, неблагоприят-
ных по инженерно-геологическим условиям. Поэтому при деталь-
ных инженерных изысканиях для обоснования технического про-
екта дороги проводят изучение, дают характеристику и оценку ин-
женерно-геологических условий последовательно каждого участка
расположения земляного полотна, т. е. выемок, полувыемок и т. д.
Инженерно-геологические условия строи-
тельства дороги на участках выемок. Когда поверхность основной
площадки земляного полотна проектируемой дороги распола-
гается ниже поверхности земли, устраивают выемки, полувыемки
или полувыемки-полунасыпи (см. рис. IX-1). Выемки, полувыемки
и полувыемки-полунасыпи могут быть мелкими (первые метры),
средней глубины и глубокие (обычно более 12 м). На существую-
щих дорогах встречаются выемки очень глубокие, высота их от-
косов иногда достигает нескольких десятков метров. Также может
существенно изменяться и длина выемок. Иногда наблюдаются
выемки очень затяжные, длина которых измеряется многими сот-
нями метров и километрами.
Нормальный поперечный профиль выемки показан на рис. IX-6,
на котором видно, что основные ее элементы — это основная пло-
362
щадка, откосы и нагорный склон. Другие элементы являются
вспомогательными устройствами для отвода дождевых и талых вод
(кювет, закюветные и нагорные канавы), улавливания осыпей и
различных свалов (закюветная полка, банкет) и др. Все вспомога-
тельные устройства, как и возможные другие инженерные соору-
жения (лотки, подкюветные и откосные дренажи, облицовочные,
подпорные и улавливающие стенки и др.), служат для обеспечения
нормальной работы выемки, ее устойчивости и безопасности дви-
жения транспорта.
Инженерно-геологические условия строительства выемок и
их устойчивость определяются рельефом местности, ее геологи-
ческим строением, свойствами горных пород, ее слагающих, и
активностью развития существующих или возможных геологи-
ческих процессов и явлений.
Рельеф участков выемок обычно определяет возможную их
глубину, распространение и мощность четвертичных отложений на
водоразделах и склонах, степень их дренированное™, а также раз-
витие геологических явлений. Высокие водоразделы и крутые
склоны обычно сложены коренными скальными или полускаль-
ными породами, в значительной степени или полностью дрениро-
ваны. С поверхности они покрыты элювиально-делювиальными,
делювиальными, делювиально-коллювиальными отложениями не-
большой мощности. На крутых склонах нередко наблюдаются
солифлюкционные подвижки, каменные и щебенистые осыпи,
многочисленные обнажения разнообразной формы, выступы,
гребни из коренных пород. При подрезке таких склонов откосами
выемок покровные четвертичные отложения нередко теряют устой-
чивость, образуют осыпи, обвалы, сплывы, оползни, на них воз-
363
www.Wirpx.ceTO
можны снежные обвалы и лавины, особенно там, где со склонов
спускаются ложбины стока.
Пологие склоны и низкие водоразделы обычно менее дрениро-
ваны и покрыты чехлом четвертичных отложений (элювиально-
делювиальных, делювиальных, делювиально-пролювиальных)
большой или значительной мощности. На таких участках выемки
часто вскрывают только четвертичные рыхлые несвязные и мяг-
кие связные породы. Здесь при подрезке склонов возможны зна-
чительные оползневые явления, а в пределах основной площадки
развитие пучин и особенно коренных. Следовательно, рельеф мест-
ности действительно в значительной степени определяет инже-
нерно-геологические условия строительства и устойчивость вы-
емок. Поэтому при детальных инженерных изысканиях необхо-
димо уделять большое внимание изучению рельефа на участках
проектируемых выемок, полувыемок и полувыемок-полунасыпей.
Особенно большое значение имеет геологическое строение уча-
стков. Устойчивость выемок в скальных и полускальных горных
породах определяется главным образом степенью их выветрелости,
трещиноватостью, расположением и ориентировкой поверхностей
и зон ослабления (слоистости, сланцеватости, слабых прослойков
и зон, систем трещин и отдельных трещин). Важное значение имеют
склонность горных пород к выветриванию, их обводненность,
а в горно-складчатых областях — напряженное состояние пород,
возможное их разуплотнение, образование трещин упругого от-
пора при вскрытии их выемками. С откосов выемок, проложенных
в скальных п полускальных породах, возможны осыпи, вывалы,
структурные оползни и образование па них в зимнее время на-
ледей. Основная площадка земляного полотна в выемках, сло-
женных скальными и полускальными породами, обычно не испы-
тывает каких-либо опасных деформаций.
Выемки в рыхлых несвязных и мягких связных породах обычно
требуют к себе особого внимания. Здесь важное значение имеет
изучение гранулометрического и минерального состава пород,
их физического состояния, водоустойчивости, влагоемкости, ка-
пиллярности, водопроницаемости и сопротивления сдвигу. Со-
вершенно особое внимание следует уделять изучению распростра-
нения, глубины и условий залегания подземных вод, водоносности
и водообильности водоносных горизонтов, зон и комплексов,
условий их питания и разгрузки, а в районах распространения
многолетней мерзлоты — условий залегания, мощности и степени
льдистости мерзлых пород.
Устойчивость откосов выемок в рыхлых несвязных и мягких
связных породах в значительной степени определяется высотой
и крутизной их заложения. Поэтому обоснованию рационального
заложения откосов выемок необходимо уделять большое внимание.
В пределах основной площадки выемок, особенно в глинистых
пылеватых и сильно пылеватых породах, большие сложности
представляют пучины. При проектировании выемок в таких усло-
364
пнях необходимо сразу же предусматривать соответствующие
мероприятия.
Крутизну откосов выемок при типовом проектировании реко-
мендуется определять с учетом геологических, гидрогеологичес-
ких и климатических условий по табл. IX-2. Крутизна откосов
высотой более 12 м пли проектируемых в неблагоприятных усло-
виях определяется расчетом и другими специальными методами
(геологического подобия, аналогий, моделирования). Во всех
случаях, когда устойчивость откосов выемок вызывает сомнение,
предусматривают их укрепление или другие инженерные меро-
приятия для обеспечения безопасности движения транспорта.
Т а б л и ц a IX-2
ДОПУСТИМАЯ КРУТИЗНА ОТКОСОВ ВЫЕМОК В РАЗНЫХ
ГОРНЫХ ПОРОДАХ (11O СНиП 11 — 39 — 76)
Горные породы Высота откосов, м Крутизна откосов
Скальные <12 1 : 0,2
Полу скальные <12 1 : 0,5—1 1,5
» 6—12 1 : 1,5
» <6 1 : 1
Крупнообломочные и песчаные <12 1 : 1,5
Пески мелко- и тонкозернистые <12 1 i 1,75
То же <6 1 : 1
Глинистые однородные устой- <12 1 : 1.5
чибой консистенции
Лёссовые породы в районах с <12 1 : 0,1—1 : 0,5
засушливым климатом
1 о ;ке, вне районов с засуп'лн- <12 1 : 0,5—1 : 1,5
i i.iM климатом
Для нормальных условий эксплуатации выемок, прорезающих
склоны, особенно крутые горные, большое значение имеет обеспече-
ние устойчивости нагорной части склонов. Многолетняя практика
показывает, что на нагорных склонах очень часто получают раз-
витие осыпи, каменные россыпи, обвалы и оползни, снежные ла-
вины, селевые выносы и т. д. Поэтому при детальных инженерных
изысканиях реобходимо уделять большое внимание изучению и
оценке устойчивости нагорных склонов, подрезаемых откосами
выемок и полувыемок. В необходимых случаях следует преду-
сматривать соответствующие инженерные мероприятия.
Таким образом, при оценке условий строительства и устой-
чивости выемок и полувыемок необходимо раздельно рассматривать
устойчивость основной площадки, откосов и нагорных склонов,
так как в пределах каждого из этих основных элементов создаются
определенные условия и могут получить развитие свойственные
для них геологические явления. Перечень таких характерных ге-
365
(w-w .tvTrpx. сото
ологических явлений приведен в табл. IX-3, а описание условий
их образования, методов оценки угрожаемое™ и инженерных
мероприятий для защиты от их влияния — в разделе инженерной
геологии, посвященном проблемам и вопросам инженерной геоди-
намики [9].
Т а б л и ц a IX-3
ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ И ЯВЛЕНИЯ, ХАРАКТЕРНЫЕ
ДЛЯ УЧАСТКОВ ВЫЕМОК И ПОЛУВЫЕМОК
Основные элементы выемок Характерные геологические процессы
Основная площад- Пучины верхоиые и очень часто коренные
к а в четвери!иных глинистых пылеватых и сильно пылеватых породах
Откосы Выветривание равномерное по откосу или неравномерное -— избирательное по отдель- ным слоям, горизонтам и зонам Осыпи песчаные, дресвяные, щебенистые Сплывы Оползни Вывалы Образование промоин, рытвин, оврагов Выдувание вдоль ослабленных слоев, гори- зонтов, зон Наледи
Нагорный склон Осыпи Оплывы элювиально-делювиальных масс Оползни с захватом всего откоса или части его Обвалы каменные Снежные обвалы и лавины Селевые выносы Наледи
Инженерно-геологические условия строитель-
ства дороги на участках насыпей. Если отметки поверхности зем-
ляного полотна дороги намечаются выше поверхности земли,
устраивают насыпи, а на склонах и косогорах — полунасыпи и
полунасыпи-полувыемки (см. рис. IX-2). При спокойном, равнин-
ном рельефе трассы дороги обычно возводят насыпи небольшой вы-
соты (первые метры), на участках с рельефом, расчлененным глу-
бокими оврагами, балками и долинами, нередко приходится воз-
водить насыпи высотой 20—25 м и даже более. Такие насыпи пред-
ставляют собой уже серьезные сооружения, в основании которых
нагрузки достигают 4—5 кгс/см2, т. е. значений, намного превы-
шающих допустимые на приповерхностные четвертичные отложе-
ния, которые должны служить для них естественным основанием.
Если учесть при этом еще постоянное динамическое воздействие
транспорта, то станет очевидным, что обеспечение устойчивости
высоких насыпей — задача непростая.
366
Бу JforJT ert
Чтобы лучше представить себе размеры высоких насыпей,
обратим внимание на следующие обстоятельства. Двухпутная
насыпь высотой 20—25 м должна иметь заложение откосов не ме-
нее 1 : 2. В этом случае ширина ее по низу будет ПО—120 м.
Кроме того, при пересечении насыпями речных долин, оврагов
и балок с временными или постоянными водотоками возникает
необходимость в строительстве соответствующих искусственных
водопропускных сооружений: на участках низких насыпей обычно
мостовых переходов, а на участках высоких — водопропускных
труб. Размеры таких сооружений, т. е. число и ширина пролетов
мостов и диаметр труб, определяют исходя из объемов паводковых
расходов временных или постоянных водотоков. Протяженность
Рис, IX-7. Типовой поперечный про-
филь земляного полотна дороги на
участке насыпн.
1 — основная площадка; 2 — обо-
чина; 3 — тело насыпи; 4 — откос
насыпи; 5 — основание насыпи;
6 — берма; 7 — путевая канава или
резерв (неглубокий карьер).
насыпей, как и выемок, может измеряться многими сотнями мет-
ров и километрами. Типовой нормальный поперечный профиль
насыпи показан на рис. IX-7.
При оценке условий строительства насыпей целесообразно
раздельно рассматривать устойчивость их тела и откосов, основ-
ной площадки и основания, так как в пределах каждого из этих
элементов могут получить развитие присущие им виды деформа-
ций земляного полотна. Однако в действительности насыпь и ее
основание в большинстве случаев работают как единое целое,
что надо ясно представлять. Поэтому раздельное рассмотрение
устойчивости отдельных ее элементов целесообразно только для
анализа возможных деформаций.
Насыпи можно возводить почти из любых горных пород —
крупно- и грубообломочных, щебня, галечников, гравия, песка,
глинистых и в том числе лёссовых. Нежелательны для возведения
насыпей юнко- и мелкозернистые пылеватые и сильно пылева-
тые пески и супеси, так как в сухом состоянии они легко разве-
ваются ветром, при увлажнении и насыщении водой разжижаются,
а при промерзании сильно пучатся. Непригодны для возведения
насыпей сильно гумусированные, заторфованные, засоленные и
мерзлые песчаные и глинистые породы.
267
WVW.tV?irpX.COTO
Устойчивость и прочность насыпей при строительстве, особенно
насыпей из песчаных и глинистых пород, достигаются их уплот-
нением (укаткой, трамбованием, виброуплотнением) до макси-
мальной плотности при оптимальной влажности. На рис. IX-8, а
видно, что при одинаковой затрате работы уплотнение породы
зависит от ее влажности. С увеличением влажности до определен-
ного предела плотность породы повышается, но при дальнейшем
увеличении — понижается. Влажность, соответствующая макси-
мальной плотности породы, называется оптимальной 11^опт.
Степень уплотнения породы зависит также от величины затра-
чиваемой работы. На рис. IX-8, б видно, что рациональная работа
Рис. IX-8. Графики, показывающие способ определения максимальной
плотности, оптимальной влажности и рациональной работы при уплотнении-
а — зависимость изменения плотности скелета породы от влажности при
уплотнении; б — зависимость изменения плотности скелета породы от
количества затрачиваемой работы на се уплотнение.
равна такой ее величине, при превышении которой дальнейшее
уплотнение мало изменяет плотность породы. Наибольшая ее плот-
ность (характеризуется плотностью скелета породы), получаемая
при затрате рациональной работы на ее уплотнение, называется
максимальной -уск гаах.
Следовательно, при детальных инженерных изысканиях на
участках насыпей надо проводить специальное изучение горных
пород, рекомендуемых для отсыпки —укладки их в тело насыпей.
Необходимо определять рациональную работу и оптимальную
влажность, при которых породы в насыпи будут приобретать
максимальную плотность и соответственно устойчивость. Эти дан-
ные служат обоснованием проекта организации строительных работ
и используются для контроля за качеством работ по возведению
насыпей.
Для строительства насыпей обычно используют горные породы,
разрабатываемые в прилегающих выемках, а также из резервов —
карьеров, открытых на месторождениях строительных материалов,
найденных и разведанных при инженерных изысканиях.
Важнейшим условием, определяющим устойчивость насыпей,
является установление оптимальной крутизны их откосов. Для
насыпей, строительство которых должно производиться по типо-
368
вым проектам, рекомендуемая крутизна откосов показана в
табл. IX-4, а по индивидуальным — определяется расчетом. Ме-
тодика расчетов устойчивости откосов приведена в «Инженерной
геодинамике» 19 ].
Т а б л и ц a IX-4
РЕКОМЕНДУЕМАЯ КРУТИЗНА ОТКОСОВ НАСЫПЕЙ (по СНиП 11—39—76)
Горные породы Крутизна откосов при высоте насыпи
до 6 м до 12 м
в верхней части высотой 6 м в нижней части
Крупно- и грубообломочные (валуны, глыбы) 1 : 1,5 1 : 1,5 1 : 1,5
Галечники, щебень, гравий, дресва, пески грубо-, крупно- и среднезер- иистые 1 : 1,5 1 : 1,5 1 : 1,5
Пески тонко- и мелкозернистые пыле- ватые; глинистые породы, в том числе лёссовые 1 : 1,5 1 : 1,5 1 : 1,75
Пески топко- и мелкозернистые пыле- ватые; глинистые породы пылева- тые в районах избыточного углаж- нения 1 : 1,75 1 : 1,75 1 : 2
Пески тонко- и мелкозернистые в райо- нах с засушливым климатом 1 : 2 1 : 2 1 : 2
Пример проверки устойчивости откоса железнодорожной на-
сыпи высотой 14 м, отсыпанной из суглинков, показан на рис. 1Х-9.
Из этой проверки видно, что при расчетных схемах IV и V, т. е.
по поверхностям скольжения I—IV и I—V, коэффициент устой-
чивости меньше единицы. Следовательно, откос неустойчив,
возможно оползание пород. Рациональное заложение откосов
должно обеспечивать устойчивость насыпи не менее чем по пяти
поверхностям скольжения, показанным на рис. IX-9, при мини-
мальном объеме работ по ее возведению, т. е. при наибольшей
крутизне откосов.
При проверке устойчивости откосов насыпей необходимо учи-
тывать нагрузку от транспорта, особенно на железнодорожных
насыпях, где от локомотивов она может быть достаточно большой.
Для этого ее приравнивают к эквивалентному слою пород
кэкв = Ply,
где /гэкв — мощность (высота) эквивалентного слоя горных пород,
м; Р — удельная нагрузка (кгс/см2) от транспорта, равная весу
13 В. Д, Ломтадзе 369
WWW.tWirpx.cepj
Рис. 1Х-9. Результаты проверки
устойчивости откоса железнодо-
рожной насыпи.
локомотива, а на двухпутных дорогах — весу двух локомо-
тивов, деленному на суммарную площадь их опорной базы;
у — плотность горных пород в теле насыпи, г/см3. Таким
образом, если при расчете увеличить высоту насыпи на мощ-
ность эквивалентного слоя пород, можно в первом приближении
учесть действие нагрузки от транспорта. Такая высота насыпи бу-
дет расчетной при определении рацио-
нального заложения откосов и ее устой-
чивости.
Важнейшими видами деформаций
земляного полотна, связанными с нару-
шением устойчивости тела и откосов на-
сыпей, являются следующие:
1) осадка насыпи вследствие уплот-
нения слагающих ее пород;
2) расползание насыпи в резуль-
тате разжижения пород;
3) оползание тела и откосов вслед-
ствие большой их высоты и крутизны;
4) оползание оттаивающего откоса
по поверхности мерзлого ядра, обра-
зовавшегося в теле насыпи (такие яв-
ления возникают в районах распрост-
ранения многолетней мерзлоты, когда
верхняя ее граница поднимается в тело
насыпи);
5) пучение откосов при промерза-
нии зимой и затем оплывание их на
таких участках при частичном или
полном протаивании весной;
6) оползание откосов пойменных
насыпей при их затоплении во время
паводков вследствие гидростатического взвешивания пород ниж-
ней части откосов или после резкого спада паводковых вод и об-
разование в теле насыпи гидродинамического давления;
7) размыв откосов стекающими дождевыми и талыми водами и
подмыв их поверхностными водами;
8) образование ниш и углублений в откосах при выдувании
с последующим обрушением нависающих масс пород.
Для предупреждения возникновения и развития перечислен-
ных явлений необходимо соблюдать требования к качеству гор-
ных пород, рекомендуемых для отсыпки насыпей, степени их уплот-
нения при строительстве и выбирать наиболее рациональную кру-
тизну откосов. В этих же целях производят укрепление откосов
(одерновку, мощение и др.), устраивают откосные прорези —
дренажи для осушения пород в откосах, а в основании — предо-
хранительные бермы (см. рис. IX-7) или подпорные сооружения
в виде банкетов и контрбанкетов [9].
370
Деформации основной площадки насыпей обычно связаны
с образованием морозных пучин верховых, а на низких насыпях
и коренных, а также с явлениями просадок, возникающими вслед-
ствие образования в теле насыпи балластных корыт и мешков,
когда она сложена из глинистых пород. В районах распростране-
ния многолетней мерзлоты на дорогах, особенно автомобильных,
па участках низких насыпей большие помехи составляют наледи,
которые могут перекрывать проезжую часть и образовывать порой
непреодолимые препятствия. Описание этих явлений и мер борьбы
с ними приведено в «Инженерной геодинамике» [9].
Устойчивость насыпей в значительной степени определяется
также устойчивостью горных пород, слагающих их основания.
Выше уже обращалось внимание на то, что в основании насыпей
давления могут достигать значительных величин. Поэтому нару-
шение их устойчивости наиболее часто связано с возведением в осо-
бых геологических условиях: на болотах — на болотных отложе-
ниях и других слабых водонасыщенных сильносжимаемых породах;
в районах интенсивного развития карста; на лёссовых засоленных
просадочных породах; на многолетнемерзлых сильнольдистых
породах с неустойчивым температурным режимом; на оползневых
накоплениях; на крутых склонах — косогорах и др.
Деформации насыпей, обусловленные нарушением устойчи-
вости их основания, обычно проявляются в виде: 1) значительных
осадок в результате сильной сжимаемости пород; 2) просадок,
т. е. значительных и быстрых осадок, происходящих вследствие
просадочности лёссовых пород или деградации (протаивания)
многолетнемерзлых; 3) осадок, связанных с оползанием части на-
сыпи или с ее расползанием и выдавливанием подстилающих пород
в результате их разрушения; 4) провалов в сильно закарстован-
ных породах; 5) осадок со сползанием или полным оползанием на-
сыпей со склонов (рис. IX-10).
Все перечисленное вызывает необходимость выполнять при про-
ектировании насыпей следующие специальные требования [11]:
а) обеспечивать устойчивость основания; б) устанавливать и по
возможности уменьшать их осадки; в) обеспечивать завершение
значительной части осадки в заданный срок; г) исключать недопу-
стимые упругие деформации насыпи при движении транспорта.
Устойчивость оснований насыпей, возводимых на слабых отло-
жениях, принято оценивать по величине коэффициента надеж-
ности (безопасности), определяемого по уравнению
== Ррасч/^»
где ргасч — расчетное давление проектируемой насыпи, кгс/см2;
N — безопасная нагрузка на породы основания, кгс/см8. Под
коэффициентом, надежности пород, основания насыпи понимается
такое соотношение максимальной расчетной .и безопасной нагру- <
зокна них, при котором еще не возникает предельного напряжен- .
ного состояния; Этот коэффициент может служить количественным - >'
13* 371
WWW.tWtrpX.COTO
показателем степени устойчивости основания насыпи. Если Кн >
> 1, устойчивость основания при заданной нагрузке обеспечена.
При Кк < 1 имеется опасность нарушения устойчивости насыпи.
Коэффициент надежности показывает, во сколько раз надо уве-
личить или уменьшить заданную нагрузку или как изменить свой-
ства пород основания, чтобы довести напряженное состояние в ос-
новании насыпи до некоторого безопасного для данного класса
дороги.
Рис. IX-) 0. Деформации насыпей, обусловленные нарушением устойчиво-
сти их основания.
1 — осадка; 2 — просадка; 3 — оползание с выдавливанием подстила-
ющих пород; 4 — расползание с выдавливанием подстилающих пород; 5 —*
провал; 6 — оползание со склона косогора.
На рис. IX-11 показаны график и схема развития деформации
горных пород в основании насыпи, из которых видно, что развитие
локальных сдвигов в них происходит не так, как, например, под
фундаментом (рис. IX-12). Под насыпью разрушение горных пород
раньше всего начинается в точках, где соотношение главных на-
пряжений не обеспечивает состояния предельного равновесия, т. е.
вблизи ее оси. В результате в таких точках происходят смещения
горных пород в раправлении меньших главных напряжений
(рис. IX-13). При дальнейшем увеличении внешней нагрузки зона
разрушения пород разрастается и процесс их выдавливания из-под
насыпи сопровождается боковым уплотнением (рис. IX-14).
При определенных условиях род насыпью может образоваться
сплошная область разрушения пород, произойти их выпор на по-
372
Верхность, что вызовет значительную, а часто и неравномерную
осадку и разрушение насыпи. Поэтому при инженерных изыска-
ниях надо детально изучать геологические условия возведения на-
сыпей.
Максимальная расчетная нагрузка на основание насыпи со-
стоит из веса слагающих ее пород и веса эквивалентного слоя по-
род, равного нагрузке от подвижного состава, т. е.
Ррасч “ Т “I” ^экв)•
Рис. IX-11, Развитие деформа-
ции горных пород в основании
насыпи.
А — график развития осадки
насыпи по мере возрастания
нагрузки; Б — схемы развития
деформаций горных пород при:
а — уплотнении; 6 — образо-
вании сдвигов (показана зона
локальных сдвигов); в — выпи-
рании горных пород из-под на-
сыпи.
где у — плотность горных пород в теле насыпи, г/см3; h —
максимальная высота насыпи в рассматриваемом ее сечении;
/1ЭКВ — высота эквивалентного слоя горных пород.
Безопасная нагрузка на основание насыпи, сложенное сла-
быми породами с ничтожно малым внутренним трением, опреде-
ляется по формуле
N = С/р.
Если внутреннее трение пород основания насыпи достигает за-
метной величины, то безопасная нагрузка на них определяется
полным сопротивлением их разрушению, т. е.
N = (р tg ф + С)/р,
где С — удельное сцепление, кгс/см2; tg ф — коэффициент вну-
треннего трения пород основания насыпи; р — среднедействующее
373
ww .Штгрх.сото
давление в рассматриваемой точке (толще, слое) пород осно-
вания насыпи; Р — безразмерный коэффициент-функция, опре-
деляемый по специальной номограмме (рис. IX-15). Коэффи-
циент р в формулах для определения безопасной нагрузки
отражает часть касательных напряжений, действующих по наибо-
Рис. IX-I2. Схемы образования и развития зон
разрушения пород при эпюрах нагрузки: а —
прямоугольной (фундамент), б — трапецеидальной
(насыпь), по Е. И. Евгеньеву и В. Д. Казарнов-
скому.
Рис. IX-I3. Схема деформации
элемента горной породы под на-
сыпью при нарушении условия
предельного состояния.
лее опасным площадкам в породах основания насыпи. Нагрузка
должна быть компенсирована силами сопротивления пород сдвигу
для предупреждения их разрушения. Удельное сцепление в слабых
породах можно принимать равным сопротивлению сдвигу, получае-
мому при их испытаниях в полевых условиях, в скважинах лопаст-
ными приборами (см. гл. IV). В тех случаях, когда полевые йены-
Рис. IX-14. Схема разрастания зоны раз-
рушения горных пород под насыпью, их
выдавливания и бокового уплотнения (по
Е. И. Евгеньеву и В. Д. Казарновскому).
тания пород не проводились, расчетное сцепление определяют по
результатам их лабораторных исследований. <.
При оценке устойчивости насыпей на слабых породах важно?
учитывать скорости отсыпки насыпи и консолидации этих пород
под нагрузкой. При быстрой отсыпке насыпи расчетные сопротив-
ления сдвигу должны соответствовать естественной влажности и
плотности пород, т. е. приниматься равными Cw и «р^,, зависящими
от влажности пород [7, 8]. Соответственно коэффициент надеж-
374'
Рис. IX-15. График для определения коэф-
фициента-функции 3 при <р = 0°.
1 — 2а/Ь = 10; 2 — 2а/Ь = 3; 3 — 2а/Ь =
= 1; 4 — 2а/Ь = 0,6; 5 — 2о/й = 0,2.
пости будет характеризовать как бы начальное состояние устой-'
чивости основания до его уплотнения под весом насыпи, т. е. Лнач-
Заметим, что таким же значениям должны соответствовать пока-
затели сопротивления сдвигу оттаявших пород, т. е. после дегра-
дации мерзлоты, и лёссовых увлажненных, готовых к просадке.
При медленной отсыпке насыпи, когда ее основание успевает
достигать гидростатического равновесия [7, 8 J, показатели проч-
ности пород следует принимать соответствующими состоянию
влажности и плотности после уплотнения их до полной консоли-
дации под действием расчетной
нагрузки. Этим условиям будет
отвечать коэффициент надеж-
ности конечный К*'"1.
В отдельных случаях, когда
устойчивость насыпей на сла-
бых породах недостаточна и
коэффициент надежности бли-
зок к единице, рекомендуется
[9, 11] дополнительно прове-
рять их устойчивость по методу
круглоцилиндрической поверх-
ности скольжения (рис. IX-16).
Такая проверка особенно жела-
тельна при значительной вы-
соте проектируемой насыпи
(более 6 м). Методика расчета
устойчивости масс горных по-
род по круглоцилиндрнческой
поверхности приведена в «Ин-
женерной геодинамике» [9 ].
При возведении насыпей i
оценку и прогноз их устойчивости на сдвиг по поверхности склона
или по поверхности любого слоя пород в толще делювиальных,
делювиально-элювиальных или элювиальных образований, сла-
гающих основание насыпи. Это наиболее целесообразно проводить
для крутых участков склонов (круче 25—30°) по схеме консек-
вентного оползня. Мерой устойчивости насыпи в этом случае будет
служить коэффициент устойчивости
склонах следует производить
n = (Mt&4? + C/)/T,
где N — составляющая силы тяжести, стремящаяся удержать
насыпь в равновесии по рассматриваемой поверхности скольжения;
Т — составляющая силы тяжести, стремящаяся сдвинуть насыпь;
I — длина рассматриваемой' поверхности .скольжения, м; С и
tg <р — показатели сопротивления пород сдвигу по поверхности' + т
скольжения. Методика расчета устойчивости горных пород иа
склонах приведена в-«Инженерной геодинамике» [9]?
375
[W w .tv? irpx.coTO
Для оценки устойчивости насыпей, возводимых на закарсто-
ванных породах, обычно достаточно качественной их характери-
стики. Важно знать степень закарстованности пород в приповерх-
ностных горизонтах, размеры карстовых полостей и их распростра-
нение по трассе дороги.
При изучении геологических условий возведения насыпей
важнейшей задачей является прогноз возможных осадок и их
развития во времени. Он позволяет устанавливать мощность отсы-
паемых в тело насыпи пород, т. е. ее высоту. Насыпи на слабых
отложениях обычно имеют пологие откосы, а ширина их по низу
превышает мощность этих отложений в несколько раз. При таких
соотношениях ширины насыпи и мощности сжимаемых слоев для
Рис. 1X-J6. Схема для расчета насыпи на
устойчивость на слабом основании по
круглоцилмндрическсй поверхности
скольжения.
расчета осадки вполне применим метод одномерного сжатия [11 ].
При действии равномерно распределенной нагрузки величина сжи-
мающих напряжений по оси насыпи в толще пород небольшой мощ-
ности практически не меняется с глубиной. Поэтому осадка в усло-
виях невозможности бокового расширения пород рассчитывается
по формуле
1 -Hi
где h — мощность однородного сжимаемого слоя, м; а — коэф-
фициент сжимаемости, см2/кгс, определяемый по компрессионной
кривой для интервала нагрузок от рг до р2 = /?расч; Ррасч —
расчетное давление в основании насыпи, кгс/см2; — коэффициент
пористости пород, соответствующий по компрессионной кривой
нагрузке р± — р11рнрОд. Так как коэффициент относительной сжи-
маемости пород а0 = a/(l + ej, формула для расчета осадки
имеет вид
S = /ш0/7расч, или а0 = ₽/£(>, тогда S /,pgaC4-,
где Ео — модуль общей деформации пород, кгс/см2; Р — множи-
тель, численно равный для песков 0,76, для супесей — 0,72,
для суглинков — 0,57, для глин — 0,43. Величина р определя-
ется по коэффициенту поперечного расширения пород р по фор-
муле
Р = 1 — [2р/(1 — р)].
376
В тех случаях, когда сжимаемая толща пород в основании на-
сыпи имеет значительную мощность, для точности расчета осадок
необходимо учитывать распределение дополнительных напряжений
в породах с глубиной, а также неоднородность состава, физичес-
кого состояния и сжимаемости пород. В таких случаях толщу по-
род в пределах зоны влияния насыпи (сжимаемая зона) делят на
элементарные расчетные слои, подзоны или пачки и расчет ведут
по методу последовательного элементарного суммирования [5,
11 ] по формуле
где S — полная конечная осадка насыпи, м; п — число расчетных
слоев, подзон или пачек, выделенных в пределах зоны влияния
насыпи; с,- — коэффициент сжимаемости каждого расчетного
слоя, подзоны, пачки; е, — коэффициент пористости каждого
слоя, подзоны, пачки пород, соответствующий природной на-
грузке; /г,- — мощность каждого расчетного слоя пород, м; pt —
среднедействующее (дополнительное к природному) давление в
пределах каждого расчетного слоя.
Заметим, что при расчете осадок насыпей за нижнюю границу
зоны их влияния (сжимаемой зоны) целесообразно принимать глу-
бину, где дополнительные напряжения на породы не превышают
0,2 от природной нагрузки, либо поверхность прочных малосжи-
маемых пород, а в отдельных случаях — слой пород, структурная
прочность которых больше дополнительных давлений на них на-
сыпи.
Применимость указанных методов расчета осадок насыпей
подтверждается многочисленными наблюдениями за фактической
их осадкой. На рис. IX-17 приведен график сопоставления рас-
четных осадок насыпей на слабых отложениях, полученных по
методу одномерного сжатия, с фактическими осадками для дорог
в различных районах. Из этого рисунка видно, что точки, отра-
жающие фактические наблюдения, концентрируются вдоль линии,
построенной по расчетным данным.
Прогноз осадки во времени составляют исходя из следующих,
известных из «Инженерной петрологии» [7 ] положений.
Время t, необходимое для уплотнения слоя породы высотой
(мощностью) Л при увеличении нагрузки от рг до р2,
о/12Тв
4(1-ре)/<ф ’
Из приведенного следует, что время уплотнения (консолидации)
образца породы высотой h можно вычислить, если известны коэф*
фициепты: сжимаемости а, пористости е (соответствующий посто-
янно действующей нагрузке р) и фильтрации Все эти ис-
377
wvw .twirpx.ceTO
ходные данные получают в результате испытаний пород на ком-
прессию и фильтрацию 17, 8].
Если известно время уплотнения t образца породы высотой h,
то можно определить время уплотнения Т слоя породы мощностью
Н, так как отношение времени уплотнения двух образцов одной
и той же породы примерно пропорционально отношению квадратов
их мощностей, т. е.
~ = Н2/1г2, T = t(H!h)\
Рис. IX-17. Сопоставление рас*
четных осадок насыпей на сла-
бых отложениях по методу одно-
мерной схемы сжатия с фактиче-
скими осадками для дорог в раз-
личных районах (по И. Е. Евге-
ньеву и В. Д. Казарновскому).
1 — Белоруссия; 2 — Западная
Сибирь; 3 — Московская об-
ласть; 4 — Прибалтика; 5 «
Украина.
Теорией фильтрационной консолидации и экспериментальными
наблюдениями доказано, что между степенью консолидации по-
роды и временем существует соотношение
U = f(Tuy, Tn-CJIFT,
где U— степень консолидации, или величина осадки (%), которая
произошла за данный период времени, по отношению к полной
осадке; ти — безразмерное число, называемое фактором времени,
определяющее скорость осадки в данных условиях загрузки;
Си — коэффициент консолидации, отражающий совместное влия-
ние водопроницаемости и сжимаемости породы при данной пори-
стости на скорость ее уплотнения Си = Кф (1 + е)/(аув); Н —
наибольший путь фильтрации воды при уплотнении породы (если
ее движение идет вверх и вниз — половина мощности сжимае-
мого слоя; при односторонней фильтрации — полная его мощность);
Т — время, соответствующее- значению V. Степень консолидации
породы можно определять также по графику, показанному” на
рис. IX-18.
87$
Определив степень консолидации породы (величину осадки)
через различные промежутки времени, устанавливают время за-
вершения значительной части осадки насыпи. Это время можно
определять [11] также по следующей приближенной формуле:
7= 1,13№/СЫ.
Осадку насыпи в определенный период времени от начала при-
ложения полной нагрузки на горные породы ее основания (при
быстрой отсыпке) можно определять по уравнению
St - US,
где St — осадка насыпи по истечении времени /, см, м; U — сте-
пень консолидации породы, или величина осадки (%), которая
Рис. IX-18. График для определения степени консоли-
дации (уплотнения) породы при вертикальной фильтра-
ции [11].
произошла за данный период времени, по отношению к полной
осадке (может определяться по специальной таблице); S — пол-
ная осадка насыпи, см, м.
Останавливаясь кратко на вопросе прогноза развития во вре-
мени осадок насыпей, возводимых на слабых отложениях, заметим,
что он разработан еще далеко не полно. Фактический ход осадки
насыпей, построенных на разнообразных сжимаемых отложениях,
во многих случаях не подтверждает расчетные данные. В различ-
ных по составу и состоянию слабых отложениях на развитие де-
формаций за счет отжатия воды (фильтрационной консолидации)
влияют явления ползучести, порового давления, структурной
прочности, начальных градиентов и др. Количественная роль
каждого из них установлена еще недостаточно. Поэтому изучение их
влияния и уточнение методов расчета осадок насыпей во времени —
задача неотложная.
! Для общей оценки условий строительства насыпей на слабых
основаниях производят их типизацию (табл. IX-5). В соответствии
с этой типизацией принято различать основания: I—не требующие
специальных мероприятий по обеспечению устойчивости; II—для
979
WW .Шхтрх.со W
Т а б л и ц a IX-5
ТИПЫ ОСНОВАНИЙ НАСЫПЕЙ, СЛОЖЕННЫХ СЛАБЫМИ ОТЛОЖЕНИЯМИ
(«МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ПО ПРОЕКТИРОВАНИЮ ЗЕМЛЯНОГО ПОЛОТНА ДОРОГ НА СЛАБЫХ ОТЛОЖЕНИЯХ»)
Возможность использования в качество основания Можно использовать Можно использовать при медленной отсыпке на- сыпи 1 В качестве основания ис- пользовать нельзя, необ- ходимы специальные ме- роприятия
Преобл адающие деформации пород Уплотнение При быстрой отсыпке сдвиг, выдавливание, вы- пор; при медленной — уплотнение 1 Сдвиг, выдавливание, вы- пор
Характеристика устойчивости Устойчивость обеспечена при лю- бой скорости возведения насыпи Устойчивость при быстрой от- сыпке не обеспечена, но обес- печена при медленной Для окончательного суждения об устойчивости насыпи необхо- димы дополнительные исследо- вания Устойчивость насыпи не обес- печена ни при какой степени консолидации пород основания
Определяющий признак №ач > 1 X о к V V 3* rt К И !< 1 0,2 < К“н < 1 Я£°н <0,2
Типы оснований ►—1 НА ПБ III
Q80
обеспечения устойчивости которых необходимо применение мер
только технологического характера; III—требующие специальных
мер по обеспечению устойчивости.
Технологические мероприятия для обеспечения устойчивости
насыпей, возводимых на слабых основаниях, направлены на по-
степенное и планомерное уплотнение пород основания и придания
им необходимой устойчивости и надежности. С этой целью соблю-
дают определенный режим отсыпки насыпи последовательными
слоями, из которых каждый новый отсыпают после того, как за-
вершится уплотнение предыдущего. С этой же целью в некоторых
случаях применяют метод ускоренного уплотнения пород основа-
ния насыпей временной их перегрузкой. Для этого первоначально
возводят насыпь большей высоты и затем, после завершения ос-
новного уплотнения пород основания, излишнюю часть пород из
Насыпи распределяют на обочины и откосы. Для применения тех-
нологических методов повышения устойчивости насыпей необхо-
димы достоверные данные об общей сжимаемости пород, исполь-
зуемых в качестве оснований, и скорости их уплотнения во вре-
мени, на что следует обращать большое внимание при инженер-
ных изысканиях.
Важным мероприятием для обеспечения устойчивости насыпей
является осушение строительных участков путем устройства от-
крытых и закрытых дренажных систем. В последние годы для
ускорения и повышения эффективности уплотнения слабых водо-
насыщениых сильносжимаемых пород широко применяют верти-
кальные дренажи. Это скважины диаметром от 35 до 90 см или
плоские прорези шириной 80—120 см, устроенные специальными
машинами, заполненные хорошо фильтрующим песком или кар-
тонно-бумажными лентами. 14х располагают на строительном уча-
стке в шахматном порядке па расстоянии 2-»-4 м друг от друга.
Устья вертикальных дрен перекрывают хорошо фильтрующим ма-
териалом, обычно тем же песком, которым заполняют дрены. Под
нагрузкой насыпи слабые породы уплотняются, а отжимаемая вода
принимается и отводится вертикальными дренами (рис. IX-19).
Эффективность и экономичность этого метода улучшения слабых
отложений, используемых в качестве оснований для земляных
и различных других сооружений, доказаны и теперь общеизвестны.
Проектирование и строительство насыпей на болотах — бо-
лотных отложениях, как известно [9], ведутся по специальным
типовым схемам. На рис. IX-20 видно, что на болотах I типа на-
сыпи высотой более 3 м отсыпают согласно схеме с, в их основании
оставляют торф, который уплотняется. На основе прогноза ожи-
даемой осадки, полученной расчетом с учетом действующей на-
грузки, мощности болотных отложений и их сжимаемости, в про-
екте предусматривают дополнительный объем работ по отсыпке
насыпи до проектной отметки.
Насыпи высотой до 3 м на болотах I типа возводят по схеме б.
Торф в их основании частично вырезают, причем глубину вытор-
381
WWW.tWirpX.COTO
Рис. IX-19. Насыпь на слабых отложениях.
а — с вертикальными дренами в основании; б— с вертикальными дренами
в основании и временной пригрузкой.
1 — насыпь; 2 — временная пригрузка; 3 — вертикальные дрены; 4
дренажный слой.
Рис. IX-20. Типовые схемы насыпей на болотах болотных отложениях»
1 ~ торф; 2 — глина; 3 ~ минеральное дно; 4 *=- Рода. f 4 ,
382
фовывания определяют в зависимости от высоты насыпи по спе-
циальной таблице [9]. При небольшой мощности болотных отло-
жений насыпи высотой до 3 м возводят по схеме в. Торф при под-
готовке основания насыпи удаляют полностью. При возведении
насыпей на болотах I типа в тех случаях, когда можно обеспечить
отвод поверхностных вод, необходимо предусматривать устрой-
ство с обеих их сторон путевых водоотводящих канав.
На болотах II типа при мощности болотных отложений до 3 м
насыпи независимо от их высоты возводят по схеме г. Насыпь
должна быть «посажена» на минеральное дно. Для ускорения
выдавливания слабых отложений с обеих ее сторон устраивают
канавы-приемники. На болотах этого типа в лесных районах на
дорогах III и IV категорий вместо посадки насыпей на минераль-
ное дно допускается их возведение на еланях (накат из бревен)
при условии постоянного нахождения еланей ниже уровня воды
в болотах,
Рис. IX-21. Схема устройства банкетов для
повышения устойчивости насыпи.
1 — насыпь; 2 — банкет.
На болотах II типа при мощности болотных отложений более
3 м иногда допускается возведение насыпей по схеме д. Насыпь
как массивное тело погружается на такую глубину, где дости-
гается равновесие между активным ее давлением и пассивным
сопротивлением болотных отложений выдавливанию (коэффициент
надежности равен единице или близок к ней). Однако сопротивле-
ние болотных отложений неустойчивой консистенции часто прак-
тически равно нулю. Поэтому и в этих условиях насыпь должна
быть «посажена» на минеральное дно. В таких случаях необходимо
возможно полнее и достовернее исследовать свойства болотных
отложений в условиях естественного залегания с применением
лопастных приборов.
На болотах III типа насыпи независимо от их высоты обяза-
тельно должны быть «посажены» на минеральное дно с предвари-
тельной вырезкой сплавины (схема е) или вместе со сплавиной
(схема ж).Подводная часть насыпи должна иметь откосы более по-
логие, чем обычно. Для придания насыпям большей устойчивости
иногда целесообразно устраивать с обеих их сторон банкеты-
призмы или контрбанкеты, которые поддерживают их от распол-
зания и выдавливания (выпирания) из-под них слабых отложений
(рис. IX-21). При проектировании насыпей на болотах этого типа
особое внимание следует обращать на расположение их относи-
тельно элементов рельефа минерального дна. В случае расположе-
ния насыпи на крутом погребенном склоне неизбежны ее просадки
и подвижки (рис. IX-22). При возведении насыпей на слабых от-
383
WVW.tWirpX.COTO
ложениях большое значение имеют выбор и детальное изучение
свойств горных пород, из которых они должны отсыпаться. Реко-
мендуется применять преимущественно хорошо дренируемые по-
роды: средне- и крупнозернистые пески, гравий, галечники, ще-
бенистые и другие грубообломочные. *
При пересечении насыпями участков распространения слабых
отложений применяют и другие специальные мероприятия. Из-
Рис. IX-22. Расположение на-
сыпей иа болотах.
1, 2 — неблагоприятное; 3 —
благоприятное; 4—болотные
отложения; 5 — рельеф по-
верхности минерального дна.
вестны примеры возведения насыпей на сваях-стойках, на ви-
сячих сваях, а также строительство вместо насыпей эстакад. Для
придания усТбйчййббТй насыпям на склонах с целью предупрежде-
ния их опблзания предусматривают мероприятия, повышающие
их сопротивление сдвигу: нарезают уступы — штрабы, со стороны
низового откоса выкладывают упорные призмы из камня, строят
контрбанкеты и другие подпорные сооружения (рис. IX-23).
Рис. IX-23. Схемы инженерных мероприя-
тий для повышения устойчивости насыпей
на склонах.
Состав и методика инженерных изысканий
для обоснования технического проекта земляного полотна дороги.
При детальных инженерных изысканиях для обоснования техни-
ческого проекта дорог изучают, дают характеристику и оценку ин-
женерно-геологических условий последовательно каждого участка
расположения земляного полотна, т. е. выемок, насыпей и др. Та-
кое изучение, как следует из вышесказанного, должно охваты-
вать весь комплекс природных элементов, определяющих условия
384
производства строительных работ и устойчивость земляного по-
лотна дороги при ее эксплуатации.
Опыт строительства и эксплуатации дорог показывает, что при
инженерных изысканиях для обоснования проектов земляного
полотна дорог, как ни для многих других сооружений, исключи-
тельно важно выявлять и оценивать не только существующие
геологические процессы и явления, но и предвидеть — прогно-
зировать их развитие и возможность возникновения новых. Они
могут вызывать внезапные перерывы в движении транспорта,
например из-за просадки земляного полотна, образовавшейся
пучины, наледи, оползня, обвала и т. д., аварии, катастрофы
и выход дороги из нормального состояния на срок ликвидации
разрушений. Именно поэтому мы довольно подробно остановились
на важнейших видах деформаций земляного полотна в пределах
выемок и насыпей, связанных с геологическими процессами и яв-
лениями.
Для обоснования технического проекта земляного полотна
дороги необходимо иметь следующие материалы.
1. Инженерно-геологическую карту района масштаба
1 : 100 000—1 : 200 000, показывающую общие инженерно-гео-
логические условия расположения трассы дороги, для углублен-
ного анализа других, более детальных материалов и заключения
о правильности выполненных изысканий и сделанных выводов.
2. Инженерно-геологическую карту масштаба 1 : 10 000 по-
лосы вдоль трассы дороги шириной ориентировочно 0,3—0,5 км.
На отдельных участках карта может охватывать территорию боль-
шей ширины, необходимой для обоснования технического проекта
дороги.
3. Инженерно-геологические карты более крупного масштаба —
1 : 5000, 1 : 2000 по участкам расположения уникальных соору-
жений — туннелей, крупных мостовых переходов и др., а также
по участкам, на которых земляное полотно будет возводиться по
индивидуальным проектам.
4. Геологический разрез по оси земляного полотна дороги
в масштабах: горизонтальном 1 : 10 000, вертикальном 1 : 200—
1 : 500. Этот геологический разрез должен быть окончательным,
составленным с учетом всех возможных сдвижек трассы дороги
на отдельных участках, сделанных при разработке технического
проекта (см. рис. IX-5).
5. Геологические поперечные разрезы по каждому участку,
где строительство земляного полотна дороги должно осущест-
вляться по индивидуальным проектам. Если эти участки имеют
значительное протяжение, то по ним составляют несколько по-
перечных разрезов, располагая их вдоль трассы дороги на рас-
стоянии от 25 до 200 м один от другого в зависимости от сложности
инженерно-геологических условий. Масштаб поперечных гео-
логических разрезов (горизонтальный 1 : 2000—1 : 10 000, вер-
тикальный 1 : 200—1 : 500 или более крупный) выбирают с уче-
385
www.tWlrpx.coTO
том возможности показа необходимых деталей геологического
строения и использования их при проектировании земляного по-
лотна.
6. Такие же типичные геологические поперечные разрезы по
каждой группе участков выемок или насыпей, имеющих сходные
благоприятные инженерно-геологические условия, строительство
которых возможно по типовым проектам.
7. Уточненное попикетное описание трассы дороги. Оно дол-
жно сопровождать инженерно-геологическую карту, продольный
и поперечные геологические разрезы и содержать совершенно кон-
кретные, главные, наиболее существенные данные для характери-
стики и оценки инженерно-геологических условий каждого эле-
мента земляного полотна (выемка, насыпь и др.) дороги. Рассма-
тривая материалы по тому или иному участку дороги, из попикет-
ного описания сразу можно увидеть, где расположен этот участок,
какова его длина, каким способом здесь должна прокладываться
дорога (выемка и ее глубина, насыпь и ее высота и т. д.), особен-
ности рельефа, геологического строения и гидрогеологических
условий, какой поперечный геологический разрез отражает строе-
ние этого участка, где расположены месторождения строительных
материалов и т. д.
8. Характеристику и оценку физико-механических свойств
всех основных генетических типов и петрографических разностей
горных пород по отдельным (укрупненным) участкам трассы до-
роги. Такая характеристика должна содержать нормативные зна-
чения показателей свойств типов и разностей пород, а для отдель-
ных объектов — обоснованные расчетные показатели по каждому
слою, зоне, пачке или разности горных пород.
9. Для участков каждой выемки или группы выемок, каждой
насыпи или группы насыпей характеристику и оценку инженерно-
геологических условий строительства и оценку устойчивости ос-
новной площадки, откосов и нагорной части выемок, откосов и
тела насыпей и их основания. Такая характеристика и оценка
должны содержать все необходимые для проектирования и строи-
тельства расчетные данные, рекомендации и заключения об усло-
виях производства строительных работ, требующихся инженер-
ных мероприятиях и их обоснование.
10. Материалы о распространении месторождений балластных
и других строительных материалов вдоль трассы дороги, на кото-
рые должно базироваться строительство. По каждому месторожде-
нию должны быть приведены данные: о его геологическом строе-
нии условиях залегания полезного ископаемого, мощности
вскрыши, показателях качества и запасах, условиях вскрытия
и разработки.
Вот перечень главных, основных материалов, которые необ<-
ходимы для обоснования технического проекта дороги, Данные,
необходимые для обоснования проектов уникальных сооружений —
крупных мостовых переходов, туннелей и др. — рассматриваются
386
отдельно в соответствующих главах, т. е. так, как ведется и их
проектирование.
Чтобы располагать перечисленными материалами для обосно-
вания технического проекта земляного полотна дороги, необхо-
димо при детальных изысканиях выполнять следующие геологи-
ческие работы: 1) инженерно-геологическую съемку; 2) разведоч-
ные работы; 3) опытные работы; 4) стационарные наблюдения;
5) научно-исследовательские работы; 6) лабораторные работы;
7) камеральные работы.
Выполнению полевых детальных инженерных изысканий пред-
шествует анализ материалов предварительных изысканий по рай-
ону исследований и по выбранному варианту трассы, который
сопровождается дополнительным сбором и систематизацией имею-
щихся материалов, уточнением дешифрирования аэрофотосъемоч-
ных и других фотоматериалов. Особое внимание следует обращать
на изучение проектных проработок относительно условий и спо-
соба проложения дороги по выбранному варианту трассы. Эта
подготовительная камеральная работа должна обеспечить целе-
устремленное выполнение изысканий, конкретизировать их про-
грамму с учетом всех геоморфологических особенностей отдельных
участков трассы дороги, их геологического строения, распростра-
нения геологических явлений и в целом сложности инженерно-
геологических условий (см. табл. IX-2).
Подготовительная работа к изысканиям на крупных объектах
или объектах, расположенных в районах со сложными инженерно-
геологическими условиями, обычно позволяет сформулировать
также задачи и темы специальных научно-исследовательских работ.
Эти работы по вопросам, которые невозможно разрешить при вы-
полнении обычных планомерных изысканий, целесообразно по-
ручать специально организованному отряду, группе или специа-
лизированной организации. Результаты таких исследований обычно
повышают научный уровень инженерных изысканий, их эффек-
тивность и качество.
Полевые геологические работы начинаются инженерно-геоло-
гической съемкой масштаба 1 : 10 000 полосы территории вдоль
трассы дороги шириной ориентировочно 0,3—0,5 км. Съемка со-
провождается полным комплексом картировочных работ в соответ-
ствии с методическими рекомендациями, приведенными в гл. II.
Материалы, получаемые в процессе ее выполнения, позволяют
обоснованно вести разведочные (геофизические, буровые, горные),
опытные, режимные — стационарные и другие работы, прово-
дить окончательное дешифрирование и привязку аэрофотосъемоч-
ных материалов, составление инженерно-геологической карты,
карты инженерно-геологического районирования и уточнение
попикетного описания.
Геофизические разведочные'работы (главным образом электро-
разведка), выполняемые в процессе инженерно-геологической
съемки на отдельных участках (повышенной мощности четвертич-
3S7
WVW.tVC’trpX.COTO
ных отложений, пересечения долин, котловин, балок, болот*
закарстованных участков и др.), должны несколько опережать
другие виды разведочных и опытные работы. Обычно они повы-
шают целенаправленность и эффективность разведочного бурения,
горных и опытных работ, позволяют более рационально распола-
гать разведочные и опытные выработки.
Буровые и горные разведочные работы выполняют для полу-
чения точных данных об инженерно-геологических условиях
участка расположения каждого элемента земляного полотна до-
роги. По результатам этих работ составляют окончательные про-
дольный и поперечные геологические разрезы с максимальной до-
стоверностью и точностью. Поэтому при определении плана рас-
положения разведочных точек и плотности (густоты) разведки
необходимо руководствоваться инженерно-геологической картой,
данными геофизических измерений и наблюдений и учитывать
особенности конструкции земляного полотна дороги. На участках
насыпей и полунасыпей особое внимание надо уделять разведке,
характеристике и оценке их основания: мощности сжимаемой
толщи, глубины залегания коренных пород, рельефа минераль-
ного дна болот, верхней границы многолетнемерзлых пород и др.,
а также разведке и промышленной оценке месторождений балласт-
ных и других строительных материалов, которые будут разрабаты-
ваться при возведении насыпей и других инженерных сооружений.
На этой стадии изысканий разведочные выработки по оси на-
сыпей располагают ориентировочно в среднем через 50—100 м,
а на поперечниках—через 20—50 мотоситрассы (см. рис. IX-23).
Глубина выработок в среднем должна быть равна 5—6 м, или их
проходят до коренных пород и врезаются в них на глубину зоны
активного выветривания. Участки, где земляное полотно будет
строиться по индивидуальным проектам, разведуют более детально,
по нескольким поперечникам, на каждом из которых бурят по
3—5 скважин или проходят столько же горных выработок.
При вынужденном пересечении болот очень важно изучать
рельеф) поверхности их минерального дна, чтобы не «посадить»
насыпи на крутые склоны. Практика показывает, что в тех слу-
чаях, когда насыпи располагают на крутых склонах минерального
дна болот, они постоянно испытывают просадки, сдвижки и дру-
гие деформации (рис. IX-24). Поэтому разведку участков выну-
жденного пересечения болот необходимо проводить зондировоч-
ными скважинами по нескольким поперечникам.
На участках насыпей, где проектируются малые искусственные
водопропускные сооружения (трубы, мосты отверстием до 25 м),
разведочные выработки располагают примерно так, как показано
на рис. IX-25, а глубина их должна составлять в среднем 6—8 м,
т. е. охватывать зону влияния этих сооружений (сжимаемую зону).
Разведку месторождений строительных материалов проводят
также по разведочным линиям на площади, обеспечивающей по-
лучение необходимых запасов.
388
by ^orБ_eK
Участки расположения выемок разведуют на глубину, не-
сколько большую, чем их врезка в толщу горных пород (на 2—Зм),
либо до коренных скальных или полускальных пород, врезаясь
в них на глубину зоны активного выветривания. Расположение
разведочных скважин и горных выработок (расчистки, канавы,
шурфы) должно быть примерно таким же, как и на участках на-
сыпей, т. е. по оси выемок в среднем через 50—100 м, а на попереч-
никах — через 20—50 м от оси трассы (см. рис. IX-23). Участки
а
о Скв.
3 Ось трассы
---О-----------О--------О-
5
о Скв.
Ось трассы
---------о-------
Рис. IX-24. Примерные планы разведки участков расположения насыпей
(а) и выемок (б) при детальных инженерных изысканиях.
1 — план участка; 2 — продольный профиль; 3 —- поперечный профиль.
индивидуального проектирования разведуют детальнее. В ме-
стах выемок особое внимание уделяют оценке устойчивости основ-
ной площадки, откосов, рациональному их заложению и устой-
чивости нагорной части выемок.
Из опытных работ на этой стадии изысканий целесообразно
проводить статическое и динамическое зондирование на отдель-
ных участках распространения слабых, податливых пород, а также
их испытание в скважинах с применением прессиометров и лопаст-
ных приборов. Из других опытных работ целесообразно про-
водить откачки воды из одиночных скважин для характери-
стики и оценки водоносных горизонтов, зон и комплексов.
Заметим, что выполнение как разведочных, так и опытных
работ при инженерных изысканиях для обоснования проектов
дорог в условиях горного пересеченного рельефа, тайги, отсут-
ствия дорог и на неосвоенных территориях сопряжено обычно
с большими трудностями. Поэтому подготовка к изысканиям в та-
ких районах должна быть особенно тщательной.
389
WVW.WirpX.COTO
При проектировании дорог важное значение имеют некоторые
данные, характеризующие динамику развития геологических про-
цессов, режим поверхностных и подземных вод. В этом плане боль-
шой интерес представляют, например, динамика оползневых и дру-
гих явлений на склонах, температурный режим рек, озер, водо-
хранилищ и подземных вод и др. Поэтому если в литературных,
фондовых, справочных материалах нет данных о таких явлениях,
то для их получения при детальных изысканиях необходимо
организовывать режимные наблюдения. Описание организации
этих наблюдений приведено выше, в гл. V.
Рис. IX-25. Расположение разведочных выработок па участках
проектируемых водопропускных сооружений.
а — труба; б —- мост с отверстием до 25 м. 1—-U — геологиче-
ские условия: I — простые, // — более сложные.
В составе инженерных изысканий значительное место зани-
мают лабораторные работы по изучению физико-механических
свойств генетических и петрографических типов горных пород по
отдельным участкам трассы, а также слоев, зон, подзон и пачек
пород по участкам, где строительство земляного полотна дороги
должно производиться по индивидуальным проектам. Кроме того,
в лабораториях изучают свойства балластных и других строи-
тельных материалов при разведке месторождений и выполняют
гидрохимические исследования поверхностных и подземных вод.
Все эти исследования ведут в течение всего периода полевых ра-
бот и завершают в начальный период камеральных. Исходным ма-
териалом для них являются пробы, отбираемые при инженерно--
геологической съемке, разведочных и опытных работах.
Полевые изыскания завершаются окончательной камеральной
обработкой материалов, представлением всех необходимых для
проектирования данных и составлением отчета «Инженерная гео-
логия района трассы дороги... Инженерно-геологическое обосно-
вание технического проекта земляного полотна дороги». Описа-
ние состава и задач камеральных работ приведено выше, в гл, VI,-
МОСТОВЫЕ ПЕРЕХОДЫ
Общие положения. В тех случаях, когда
трасса железной, автомобильной дороги или городской магистрали
пересекает реку, канал или овраг, строят мостовые переходы.
Обычно мостовой переход состоит из собственно моста, подходов
к нему и регуляционных сооружений для пропуска под ним воды.
Следовательно, мост — это искусственное сооружение для про-
ложения дороги через водный поток. При переходе ее через дру-
гие препятствия вместо названия «мост» употребляют: виадук
(при пересечении горного ущелья), путепровод (при переходе
через другую дорогу), эстакада (при пересечении городской тер-
ритории), акведук (для пропуска магистрали водоснабжения) и
др. По назначению различают мосты железнодорожные, авто-
дорожные, пешеходные и др., а по материалам, из которых их
строят, — металлические, железобетонные, бетонные, каменные
и деревянные.
Каждый мост состоит из опор и пролетных строений, перекры-
вающих пространство между опорами и передающих на них на-
грузку от собственного веса и подвижного состава. Пролетом на-
зывается расстояние по горизонтали между смежными опорами.
При этом если опор только две, то мост называется однопролет-
ным, а если имеется несколько промежуточных опор — много-
пролетным. Промежуточные опоры называются быками, крайние —
береговыми устоями. Расстояние в свету между наружными гра-
нями устоев однопролетного моста на уровне высоких вод назы-
вается отверстием моста. При нескольких пролетах отверстием
моста является сумма всех пролетов, пропускающих воду.
По величине отверстий мосты принято разделять на малые
(до 25 м), средние (от 25 до 100 м) и большие (более 100 м). Отвер-
стие моста и его длина — не одно и то же. Длиной моста назы-
вается расстояние между задними гранями правого и левого бере-
говых устоев. Классификация мостов по длине обычно та же, что
и по величине отверстий. В зависимости от условий работы про-
летных строений под нагрузкой и их конструктивных особен-
ностей мосты, подразделяют на балочные, арочные, рамные, ком-
бинированные и^висячие (рис. Х-1).
- Опоры моста—.береговые устои и- быки — являются одной
из главных'его‘частей; Они служат для передачи'нагрузки на
горные породы, являющиеся естественным'основанием их фунда-
391
wwwxwirpx.ceTO
ментов. От прочности и устойчивости горных пород оснований опор
зависят устойчивость и долговечность моста в целом. Поэтому
главной задачей инженерных изысканий для обоснования про-
ектов мостов является исследование устойчивости опор. Подхо-
дами к мостам на дорогах обычно являются насыпи, реже выемки,
О е
Рис. Х-1. Схемы строения мостов.
а балочный; б — арочный; в — комбинированный; г — рамный; д — висячий. / —
устой; 2 — пролетное строение; 3 •— пилон.
а на городских магистралях — часто эстакады. Регуляционные
сооружения — струенаправляющие дамбы, траверсы, буны, раз-
личные виды берегоукреплений и укреплений основания опор —
направляют речной поток под мостом и защищают берега и осно-
вания опор моста от подмыва и размыва (рис. Х-2).
В настоящее время строительство мостов достигло очень вы-
сокого технического уровня. Построено и строится множество
мостов, имеющих десятки пролетов, длина некоторых из них до-
стигает 1000 м и более. Например, в 1973 г. закончено строи-
тельство моста через Босфор, у которого длина среднего пролета
392
by <N
достигает 1067 м. Высота опор мостов теперь нередко достигаз-т
десятков метров. В Советском Союзе также очень широко развито
строительство мостов. За последние 1,5—2 десятилетия построено
много крупных мостов — через реки Днепр, Волгу, Каму, Москву,
Неву, Оку, Вятку, Иртыш, Обь, Амур, Лену и др.
Стадии проектирования и инженерных изы-
сканий. Инженерные изыскания для обоснования проектов мостов
малых размеров обычно выполняют в процессе изысканий для
а
Рис» Х-2. Схема многопролетнсго мостового перехода через равнинную реку.
а — профиль по осп мостового перехода; б — план мостового перехода. 1 — насыпи
(подходы к мосту); 2 — береговые устои; 3 — промежуточные опоры (быки); 4 — пойма;
5 — русло; 6 — укрепление берега; 7 — регуляционное сооружение.
дороги в целом, тогда как для мостов средних, больших и сверх-
больших — в индивидуальном порядке, как правило, специали-
зированными организациями.
Проектирование мостов в Советском Союзе, как и всех других
сооружений, выполняется в две стадии: на первой составляют
технический проект мостового перехода, а на второй — рабочие
чертежи. Для крупных и сложных объектов в предпроектный пе-
риод выполняют технико-экономическое обоснование (ТЭО) целе-
сообразности их строительства, выбора районов расположения
и основных технических параметров для проектирования. Для
правильного решения этих задач намечают несколько участков
возможного расположения мостового перехода в рассматриваемом
районе. В соответствии с такой организацией проектирования
мостовых переходов инженерные изыскания делятся на рекогнос-
цировочные, предварительные, детальные и дополнительные.
393
www.tWirpx.ceTO
В задачу рекогносцировочных исследований входит получение
материалов и данных для общей характеристики района мостового
перехода и возможных вариантов участков его расположения.
Эта характеристика должна давать общие представления об
инженерно-геологических условиях района, развитии неблаго-
приятных геологических явлений, которые могут повлиять на
условия строительства и устойчивость проектируемого соору-
жения.
Технико-экономическое обоснование целесообразности строи-
тельства мостового перехода и его схемы обычно составляют по
имеющимся материалам — фондовым, литературным и др. На
этой стадии проводят сбор, систематизацию и обобщение клима-
тических, гидрологических, геоморфологических, геологических
и других данных, дешифрирование аэрофотосъемочных материа-
лов и составляют обзорные геологические схемы, карты и разрезы.
В тех случаях, когда материалов по району нет или они недоста-
точны, а инженерно-геологические условия его характеризуются
определенной сложностью, проводят рекогносцировочное обсле-
дование всего района и участков возможного расположения мосто-
вого перехода. Оно обычно состоит из аэровизуального обследо-
вания района и инженерно-геологической съемки масштаба 1 :
: 25 000 или 1 : 50 000 с сопровождающими ее картировочными
работами, включая полевое дешифрирование аэрофотосъемочных
материалов и геофизические исследования.
Результаты камеральных работ и рекогносцировочного обсле-
дования должны давать представление об основных особенностях
инженерно-геологических условий района и необходимые мате-
риалы для составления технико-экономического обоснования целе-
сообразности строительства мостового перехода в рассматривае-
мом районе, выбора его типа и т. д. После завершения работ по
составлению ТЭО, его рассмотрения и утверждения открывается
титул на проектирование мостового перехода, т. е. на составление
технического проекта.
Инженерные изыскания для обоснования технического про-
екта мостового перехода выполняют в два этапа: на первом —
предварительные, для обоснования выбора места расположения,
на втором — детальные, для обоснования технического проекта
моста, его подходов и регуляционных сооружений. При проекти-
ровании городских мостов, положение которых, как правило, уже
определено генеральным планом развития города или его деталь-
ной планировкой, предварительные изыскания проводят не для
выбора мест их расположения, а с целью получения материалов,
необходимых для начала проектирования. В городах реки часто
ограждены высокими набережными, их разлив ограничен и они
как бы превращены в каналы (канализованы)» Поэтому в таких
случаях нет необходимости в строительстве дополнительных^ регу-
ляцнрнных сооружений и инженерные изыскания выполняют.
- только для обоснования проектов моста и под ходов-к, нему.
394
Дополнительные изыскания на участках мостовых переходов
проводят в период составления рабочих чертежей для получения
некоторых дополнительных данных и уточнения полученных при
детальных изысканиях.
Инженерные изыскания для выбора места
и трассы мостового перехода. Выбор места и трассы мостового
перехода проводят на стадии предварительных изысканий, когда
должны быть получены также материалы для предварительного
выбора типа моста, определения его размеров, числа опор и про-
летов, типа фундаментов, условий организации строительных ра-
бот, т. е. для составления эскизного проекта. Следовательно, глав-
ной задачей предварительных исследований является геологиче-
ское обоснование для сравнения вариантов расположения мосто-
вого перехода и выбора одного из них, определения его конструк-
ции и технических параметров (эскизного проекта). Причем поло-
жение малых мостов на дорогах обычно определяется направле-
нием трассы дороги. При проектировании мостов на больших ре-
ках трассы железных и автомобильных дорог чаще определяются
положением мостового перехода, так как его стоимость обычно
значительно выше стоимости строительства земляного полотна
дороги. Положение городских мостов, как было отмечено, чаще
всего определяется планировкой города.
Работы по выбору места расположения мостового перехода
обычно производят в такой последовательности. На участках
его возможного расположения по планам или картам намечают
варианты трассы, затем конкурентоспособные варианты прокла-
дывают на местности и на каждом из них проводят изыскания
с целью получения предварительных материалов для харак-
теристики и оценки инженерно-геологических условий и обосно-
вания выбора одного из них для размещения мостового перехода.
При этом рекомендуется руководствоваться следующими поло-
жениями.
1. Мостовой переход при прочих равных условиях всегда
целесообразнее располагать на участке, где он будет иметь наи-
меньшую длину.
2. Участок долины должен быть прямолинейным, без резких
изменений ее ширины и глубины реки. Желательно, чтобы глу-
бина и скорость течения речного потока в месте перехода не были
чрезмерно большими, выделяющимися на данном участке, а рас-
пределение струй по живому сечению потока как при меженных,
так и при высоких уровнях воды было правильным, т. е. без обра-
зования водоворотов, обратных течений, резких изменений направ-
ления от одного берега к другому, а также чтобы не образовыва-
лись зажоры (большие скопления донного льда) и заторы (нагро-
мождения большого количества льдин во время ледохода). Важно
также, чтобы ось мостового перехода располагалась нормально
к общему направлению потока при меженных и высоких уровнях
и направлению долины реки.
395
WWW.tWirpX.COK)
3. Следует избегать участков с поймами, изрезанными прото-
ками, рукавами, старицами, с глубокими болотами, а также участ-
ков, где происходят интенсивный подмыв и размыв берегов и русла
реки, где развиты оползневые, карстовые, наледные и другие не-
благоприятные и опасные геологические явления.
4. Важнейшее, решающее значение при выборе трассы мосто-
вого перехода имеет геологическое строение долины на рассматри-
ваемых участках, так как оно определяет тип, условия строи-
тельства и устойчивость фундаментов опор моста в целом и его
подходов. Поэтому желательно, чтобы участок расположения мо-
стового перехода был сложен однородными горными породами,
залегающими выдержанными по мощности и простиранию слоями
и зонами, которые могли бы служить надежным естественным осно-
ванием для фундаментов опор. Их физическое состояние, проч-
ностные и деформационные свойства должны обеспечивать устой-
чивость и долговечность моста и подходов к нему при наимень-
ших затратах сил и средств, без применения дополнительных ин-
женерных мероприятий.
Таковы главные требования, которыми следует руководство-
ваться при выборе места расположения мостового перехода. Из
этого следует, что кроме данных, характеризующих инженерно-
геологические условия каждого участка, необходимо полно учи-
тывать гидрометрические — гидрологические данные об уровен-
ном режиме реки, скоростях течения, расходах, ледовом режиме.
Эти данные необходимы также для оценки и прогноза развития
явлений размыва и подмыва берегов, переноса и отложения рых-
лого материала, т. е. русловых процессов [4], для установления
размеров пролетов, отверстий моста и его высоты. Поэтому ин-
женерно-геологические исследования всегда сопровождаются
гидрологическими и геодезическими изысканиями.
Участок, наиболее полно отвечающий перечисленным требова-
ниям и на котором мост по эскизному проекту оказывается луч-
шим по технико-экономическим и другим хозяйственным или го-
сударственным показателям, выбирают для дальнейшего деталь-
ного изучения и проектирования мостового перехода. Для та-
ких выводов необходимо как минимум располагать материалами,
характеризующими; 1) геоморфологию долины на каждом кон-
курирующем участке — ширину долины и русла на уровне ме-
женных и высоких вод, распространение террас и их строение,
крутизну и строение склонов; 2) геологическое строение долины,
т. е. распространение рыхлых отложений, глубину залегания по-
верхности коренных пород, геологический разрез четвертичных
отложений и коренных пород, условия их залегания и обводнен- •
посты При характеристике и оценке геологического строения
особое внимание следует уделять распространению и условиям за-
легания слабых пород, поверхностей и зон ослабления, имеющих
существенное, а иногда и решающее значение для условий строи-
тельства и устойчивости сооружений; 3) физико-механические
396
свойства горных пород (предварительная оценка) в объеме, необ-
ходимом для решения принципиальных вопросов по выбору
места расположения мостового перехода, его типа, фундаментов
опор и организации производства строительных работ; 4) распро-
странение, интенсивность и тенденцию развития тех или иных гео-
логических процессов — подмыва и размыва русла и берегов,
заболоченности, оползневых и обвальных явлений, карста, плы-
вунов, многолетней мерзлоты, наледных и других мерзлотных
процессов, сейсмических явлений и др.; 5) гидрологические осо-
бенности реки — уровенный режим, скорости и расходы при ме-
женных и высоких уровнях, ледовый режим, особенности хими-
ческого состава воды и ее агрессивность по отношению к бетону
и металлам.
Для получения этих материалов по каждому из конкурирую-
щих участков проводят: 1) сбор и систематизацию всех материалов
изысканий прошлых лет, выполненных в зоне каждого из участ-
ков различными организациями; 2) инженерно-геологическую
съемку, обычно в масштабе 1 : 10 000, с сопровождающими ее
картировочными геофизическими и другими работами на пло-
щади шириной 200—400 м вдоль трассы мостового перехода на
участке его расположения; 3) разведочные работы по каждому
варианту трассы мостового перехода с целью составления геоло-
гических разрезов. Поэтому точки геофизических наблюдений и
измерений, буровые скважины и горные выработки (расчистки,
канавы, реже шурфы и дудки) располагают таким образом, чтобы
получить представление о геологическом строении каждого эле-
мента рельефа и рассматриваемых участков в целом.
Глубина разведки, и в том числе разведочных выработок, опре-
деляется мощностью четвертичных отложений, глубиной залега-
ния плотных и прочных их разностей, а также коренных пород,
распространением многолетней мерзлоты и других явлений в зоне
возможного влияния сооружения. Следовательно, расстояния
между разведочными точками и выработками могут существенно
изменяться, как и глубина разведки на каждом из конкурирую-
щих участков.
Разведочные работы сопровождаются всем комплексом на-
блюдений, а в отдельных случаях испытаниями горных пород и
водоносных горизонтов в скважинах. С этой целью проводят
прессиометрические измерения, статическое и динамическое зонди-
рование, опытные откачки воды, а также отбор проб горных пород
и воды для соответствующих лабораторных исследований. Все
виды перечисленных работ необходимо выполнять в соответствии
с методическими рекомендациями, приведенными выше, в гл. II,
III и IV.
В результате выполнения работ по каждому участку состав-
ляют геоморфологическую и инженерно-геологическую карты,
геологический разрез по трассе мостового перехода, описание «
оценку инженерно-геологических условий. Завершающими эта-
397
W’-W^Wpx.coTO
нами предварительных изысканий являются сопоставление мате-
риалов по каждому конкурирующему участку и обоснование вы-
бора одного из них для размещения мостового перехода.
Задачи детальных инженерных изысканий
на участке, выбранном для размещения мостового перехода.
Эти изыскания выполняют для обоснования технического проекта
мостового перехода — его типа, конструкции, фундаментов опор,
оценки устойчивости, условий производства строительных работ —
и для решения других вопросов, в том числе и для определения
стоимости строительства.
Приступая к детальным исследованиям участка, выбранного
для размещения мостового перехода, необходимо располагать:
1) планом участка, включая и дно русла реки, в масштабе 1 :
: 1000—1 : 10 000 с сечением рельефа через 0,5—1,0 м; 2) планом
расположения береговых устоев, промежуточных опор моста, под-
ходов к нему и намечаемых регуляционных сооружений; 3) ха-
рактеристикой конструкции моста и главным образом типов на-
мечаемых фундаментов его опор и условий их возведения, а также
подходов и регуляционных сооружений; 4) данными о требую-
щихся видах и объемах минеральных строительных материалов.
Все эти сведения должны быть отражены в техническом задании на
производство детальных изысканий, а ось мостового перехода и
положение опор соответствующим образом закреплены на мест-
ности .
При детальных изысканиях необходимо в первую очередь уточ-
нить представления об инженерно-геологических условиях вы-
бранного участка и подтвердить правильность сделанных выводов
относительно выбора места для размещения мостового перехода,
а затем сосредоточить внимание на изучении геологических усло-
вий строительства фундаментов каждой опоры моста, каждого
подхода к нему и регуляционных сооружений. При изысканиях
необходимо также составить прогноз и дать оценку масштабов
возможного развития тех или иных геологических процессов и
явлений, могущих повлиять на изменение природных условий,
устойчивость мостового перехода и условия его эксплуатации.
Главными вопросами при изучении и оценке геологических
условий строительства опор моста являются: 1) выбор естествен-
ных оснований для фундаментов и определение глубины их зало-
жения; 2) установление расчетных давлений на породы основания
и прогноз их устойчивости; 3) изучение геологических условий
района строительных работ по возведению фундаментов опор;
4) выбор инженерных мероприятий, необходимых для обеспечения
нормальных условий производства строительных работ и устой-
чивости сооружения при эксплуатации. Результаты детальных
изысканий должны полно освещать эти основные вопросы и содер-
жать соответствующие материалы и данные.для проектирования.-
Задачи изысканий- на участках подходов к мосту зависят от=
- их типа. Если это насыпи или выемки-, то изыскания выполняют;
398
по таким же плану и программе, как и для обоснования проекта
земляного полотна дорог (см. гл. IX), а если подходами будут слу-
жить эстакады, то задачи изысканий будут состоять в изучении
геологических условий строительства фундаментов их опор, т. е.
в том же, что и при проектировании моста.
Особенности геологических условий строи-
тельства фундаментов опор мостов. Мостовые опоры приходится
возводить в различных геоморфологических и геологических усло-
виях, зависящих от строения речной долины, которую пересекает
мостовой переход. Береговые опоры строят на коренных склонах
долины, на террасах или в их основании, либо в пределах пой-
менной части долины. Основанием их фундаментов могут быть
как коренные породы того или иного состава, состояния и свойств,
так и четвертичные отложения, залегающие как выше уровня
грунтовых вод, так и ниже его. Участки расположения береговых
опор (устоев) в зависимости от геоморфологического положения
либо могут затапливаться при высоких уровнях воды в реке,
либо нет. Промежуточные опоры (быки) обычно располагают на
низких террасах, чаще на пойме и в русле реки, т. е. в местах,
постоянно (русло) или временно (пойма) покрытых водой. Основа-
нием их фундаментов обычно служат либо русловые аллювиаль-
ные отложения, либо коренные породы, если мощность четвертич-
ных отложений мала.
Выбор числа, типов опор и их фундаментов, их расположение,
условия производства строительных работ и устойчивость соору-
жения зависят от геологических условий участка, выбранного для
размещения мостового перехода. При оценке устойчивости опор
важно учитывать, что промежуточные опоры, как и береговые
(если подход к мосту эстакадный), испытывают главным образом
вертикальные нагрузки. Если же подходами к мосту служат на-
сыпи, то береговые опоры кроме вертикального испытывают еще
и боковое давление. В этом случае они одновременно выполняют
роль как бы подпорной стенки, а их устойчивость определяется
не только предельно допустимой осадкой, но и сопротивлением
пород основания сдвигу.
Практика дает достаточно много примеров, когда устойчивость
мостов нарушалась вследствие смещения или сползания берего-
вых устоев. При строительстве арочных мостов береговые опоры
испытывают не только вертикальное давление от арки, но и гори-
зонтальный распор. У висячих мостов растяжки пилонов закреп-
ляют в массивные бетонные блоки, которые врезают на опре-
деленную глубину по берегам. Устойчивость таких мостов за-
висит при прочих равных условиях также от сопротивления сдвигу
этих блоков. Следовательно, при проектировании береговых опор
как арочных, так и висячих мостов важно оценивать их устой-
чивость как относительно возможных осадок, так и на сдвиг.
Фундаменты опор мостов и эстакад бывают самых различных
типов: в виде массивов (массивные фундаменты береговых опор)
399
WV? .ШгфХ.СОТО
или столбов (фундаменты промежуточных опор), которые возводят
в котлованах, опускных колодцах или кессонах, свай пли свай-
оболочск. Из многочисленных типов фундаментов в настоящее
время все большее распространение получают свайные. При этом
тело опоры (оболочка-свая) и ее фундамент конструктивно не
разделяют, а фундамент является продолжением тела опоры.
Фундамент в виде массива или столба может иметь мелкое или
глубокое заложение в зависимости от глубины залегания плотных
и прочных пород, обеспечивающих надежность и устойчивость
опор. Такие фундаменты возводят в открытых котлованах. Гор-
ные породы, имеющие недостаточную плотность и прочность,
искусственно улучшают. Если породы обводнены, то разработку
котлована ведут с водоотливом; при больших водопритоках при-
меняют шпунтовые ограждения. На участках, покрытых водой,
котлованы проходят под защитой перемычек — грунтовых, шпун-
товых, ряжевых и др. Применение таких фундаментов опор огра-
ничивается глубиной залегания плотных и прочных пород (не
более 6—8 м) и степенью их обводненности, т. е. величиной воз-
можных водопритоков.
При значительных водопритоках и более глубоком залегании
плотных и прочных пород применяют опускные колодцы. Это же-
лезобетонные сплошные или составные из колец оболочки с режу-
щим краем, которые погружаются в толщу пород под действием
соба венного веса при разработке породы внутри их. По дости-
жении плотных и прочных пород разработку колодца и погруже-
ние оболочки прекращают и заполняют ее бутовой кладкой. На
устроенном таким образом фундаменте возводят опору моста или
эстакады. Сооружать фундаменты в опускных колодцах бывает
затруднительно, а иногда и невозможно, когда породы переходят
в плывунное состояние и из них неосуществим водоотлив и когда
на забое встречаются очень прочные породы или крупные валуны,
которые чрезвычайно трудно разрабатывать под водой.
Кессонный способ возведения фундаментов опор применяют,
когда плотные и прочные породы залегают на сравнительно зна-
чительной глубине (более 6—8 м) и когда они или рыхлые отло-
жения с крупными валунами и глыбами содержат напорные воды.
Кессон — это камера, в которой создается повышенное атмосфер-
ное давление (до 3,5—4 кгс/см2) и сжатый воздух оттесняет воду
от забоя. Кессон погружается под влиянием собственного веса
при разработке внутри его горных пород и подъема их на по-
верхность через специальное шлюзовое устройство. Опустив та-
ким образом кессон до проектной отметки, его внутреннее про-
странство заполняют бутовой кладкой, и он превращается в фун-
дамент, на котором возводят опору. С помощью кессонов фунда-
менты можно заглублять в горные породы до 30—35 м.
Фундаменты в виде свай и свай-оболочек применяют преиму-
щественно там, где с поверхности залегают слабые водоносные или
водонасыщенные породы, а плотные и прочные — на значительной
400
глубине. Свайные фундаменты в зависимости от способа передачи
нагрузки на горные породы работают либо как стойки, либо как
висячие опоры (см. гл. VIII).
Из приведенного видно, что выбор типа фундаментов мостовых
опор, их устойчивость и условия производства работ определяются
главным образом геологическими условиями: составом и усло-
виями залегания горных пород, их физическим состоянием, проч-
ностью, деформируемостью и водопроницаемостью, глубиной зале-
гания водоносных горизонтов, их водообильностью и гидравличе-
скими особенностями. При этом важно учитывать агрессивность
подземных и поверхностных вод по отношению к бетону и метал-
лам, а также возможные неблагоприятные геологические явления.
Проектирование фундаментов мостовых опор, как и фундамен-
тов других сооружений, выполняют по предельным состояниям.
Эти вопросы рассмотрены выше, в гл. VIII, здесь только отметим,
что на глубину заложения фундаментов опор кроме общеизвестных
факторов влияет также интенсивность развития русловых про-
цессов. Поэтому необходимо детально изучать вопрос о возмож-
ности подмыва оснований фундаментов и составлять прогноз его
развития. В соответствии с этим надо уделять большое внимание
изучению распространения аллювиальных отложений, их мощ-
ности и состава, скоростей речного потока при меженных и высоких
уровнях воды и определять, не превышает ли она размывающих
и критических скоростей для рассматриваемого типа отложений.
При возведении мостового перехода живое сечение потока
может быть уменьшено в связи с устройством опор, а его скорости
увеличены. Следовательно, гидрологические условия реки и ее
режим могут измениться и соответственно изменится интенсив-
ность развития геологических эрозионных процессов. Поэтому
глубину заложения фундаментов опор мостов рекомендуется уве-
личивать по сравнению с другими сооружениями на 1,5—2 м и
предусматривать мероприятия по предупреждению их размыва
(каменная наброска, ряжи, струенаправляющие дамбы, берего-
укрепления).
Состав и методика инженерных изысканий
для обоснования технического проекта мостового перехода. Для
детального изучения инженерно-геологических условий участка
мостового перехода, строительства фундаментов его опор, подхо-
дов и регуляционных сооружений необходимо проводить: 1) де-
тальную инженерно-геологическую съемку; 2) разведочные ра-
боты; 3) опытные работы; 4) стационарные режимные наблюдения
и 5) лабораторные и камеральные работы. Одновременно с геоло-
гическими изысканиями проводят также гидрологические иссле-
дования для получения необходимых расчетных параметров, ха-
рактеризующих режим реки на рассматриваемом участке.
Детальную инженерно-геологическую съемку на этом этапе
работ выполняют в масштабе 1 : 2000—1 : 5000 на участке шири-
ной 100—200 м вдоль оси мостового перехода, сопровождая ее
14 В. Д. Ломидзе
401
полным комплексом картировочных геофизических и горно-буро-
вых работ.
Разведочные работы состоят в основном из бурения скважин
и частично геофизических исследований. План разведки участка,
т. е. размещение разведочных выработок, определяется прежде
всего расположением береговых и промежуточных опор, типом
подходов и регуляционных сооружений. Соответственно их целе-
сообразно располагать по трем параллельным разведочным ли-
ниям. по оси мостового перехода и двум оконтуриваюшим — вдоль
верхней (по течению реки) и нижней граней опор моста и эстакад-
ных подходов. Расстояния между разведочными линиями зависят
от ширины моста. При необходимости, обусловленной особенно-
стями геологического строения участка, г. е условиями залегания
горных пород, тектоническими нарушениями и др , часть разве-
дочных выработок может быть расположена вне основных разве-
дочных линий. Выработки по каждой линии располагают таким
образом, чтобы выявить в деталях геологическое строение участка
в целом и мест расположения всех опор, подходов и регуляцион-
ных сооружений.
По материалам съемочных и разведочных работ составляют де-
тальную инженерно-геологическую карту. Для проектирования
моста и его подходов необходимы детальные геологические раз-
резы по его оси, оконтуривающим линиям и поперечные к ним,
ориентированные по оси каждой промежуточной опоры, по перед-
ним (обращенным к реке) и задним граням береговых опор, по
осям устоев эстакад, а также по местам подходных насыпей и вы-
емок. Кроме того, выработки располагают по осям дамб и других
регуляционных сооружений. Таким образом, план разведки дол-
жен предусматривать площадное геологическое изучение всего
участка и мест расположения каждой опоры, каждого подхода
и регуляционных сооружений. Бурение скважин в русле произ-
водят с понтонов или других плавсредств, а в зимнее время —
со льда.
Глубина разведочных выработок определяется размерами зоны
влияния каждой опоры. В среднем она равна 25—30 м, но может
быть и меньше (8—10 м) или, наоборот, достигать 40—50 м, что
зависит от геологического разреза участка. Выработки должны
вскрывать песчано-галечные четвертичные отложения и врезаться
в плотные и прочные четвертичные или коренные скальные либо
полускальные породы на глубину до 5 м. Бурение скважин сопро-
вождается всем комплексом наблюдений и выполняется в полном
соответствии с требованиями инженерно-геологических исследо-
ваний (см. гл. III).
Для наиболее рационального размещения буровых скважин
и более полного выявления деталей геологического строения —
рельефа поверхности отдельных горизонтов отложений, коренных
пород, зон повышенной трещиноватости, тектонических наруше-
ний и др. — целесообразно, чтобы геофизические работы (напри-
402
мер, электроразведочные, микросеисмические и др.) несколько
опережали буровые.
Из опытных работ на участках мостовых переходов целесооб-
разно проводить: пробные статические нагрузки для изучения и
оценки деформационных свойств горных пород оснований фунда-
ментов опор: статическое и динамическое зондирование четвертич-
ных отложений для оценки их плотности, прочности и деформа-
ционных свойств и условий строительства фундаментов опор
(опускных колодцев, свайных и свай-оболочек); опытные откачки
воды из скважин для оценки возможных водопритоков в котло-
ваны. Число опытов должно быть достаточным для надежной
оценки свойств горных пород и водоносных горизонтов.
Практика показывает, что на участке мостового перехода до-
статочно проведение 3—5 пробных статических нагрузок, необ-
ходимых главным образом для исследования несущих свойств
горных пород. Динамическое и статическое зондирование целе-
сообразно выполнять на местах расположения каждой опоры,
особенно если их фундаменты будут свайными. Опытных откачек
воды из одиночных скважин обычно достаточно 2—3 для характе-
ристики водообильности водоносного горизонта, который будет
вскрыт строительным котлованом. Таким образом, опытные ра-
боты дополняют количественными показателями оценку инже-
нерно-геологических условий строительства, получаемую в основ-
ном по данным разведки. Из стационарных наблюдений перво-
степенное значение имеют гидрологические — за режимом реки
на рассматриваемом участке.
Полевые работы сопровождаются лабораторными исследова-
ниями свойств горных пород, химического состава подземных
и поверхностных вод и камеральной обработкой всех получаемых
материалов.
По результатам выполненных работ для проектирования мо-
стового перехода подготавливают следующие материалы: 1) план
участка (масштаба 1 : 10 000—1 : 25 000), на котором показывают
расположение проектируемых сооружений, разведочных вырабо-
ток, опытных участков и линий геологических разрезов; 2) гео-
морфологическую карту такого же масштаба; 3) инженерно-геоло-
гическую карту масштаба 1 : 2000—1 : 10 000; 4) геологические
разрезы по всем разведочным линиям; 5) в отдельных случаях
карту рельефа поверхности коренных пород или слоя пород, пред-
ставляющего практический интерес в связи с проектированием фун-
даментов опор; 6) графики и таблицы, отражающие результаты
опытных работ; 7) расчетные данные, характеризующие свойства
горных пород отдельных горизонтов, слоев и зон и водоносных
горизонтов; 8) данные, характеризующие гидрологический ре-
жим реки в виде графиков, профилей и таблиц; 9) отчет о резуль-
татах выполненных инженерных изысканий с заключением об
инженерно-геологических условиях строительства мостового пере-
хода .
403
глава XI
ГИДРОТЕХНИЧЕСКИЕ
СООРУЖЕНИЯ
Общие положения^ Гидротехническое строи-
тельство, особенно строительство гидроэнергетических объектов,
развивается в Советском Союзе исключительно высокими темпами.
К началу десятой пятилетки мощность гидроэлектростанций в на-
шей стране возросла по сравнению в 1945 г. в несколько раз. По-
строен каскад гидроузлов на Днепре: Киевский, Каневский, Кре-
менчугский, Днепродзержинский, Днепровский им. Ленина и
Каховский (рис. XI-1) Теперь воды Днепра пошли по каналам
в Крым, Донбасс и Кривой Рог, т. е. в районы, испытывающие боль-
шой недостаток в воде. Построен каскад волжских гидроэлектро-
станций: Иваньковская,. Угличская, Рыбинская, Горьковская,
Волжская им. Ленина, Саратовская, Волжская им. XXII съезда
КПСС, продолжается строительство Чебоксарского гидроузла.
Воды Волги по каналам направляются в засушливые степи За-
волжья. Построены и завершается строительство крупных гидро-
узлов в Сибири — Иркутского, Братского и Усть-Илимского на
р. Ангаре, Красноярского и Саяно-Шушенского на р. Енисее;
в Средней Азии — Токтогульского на р Нарын и Нурекского на
р. Вахш; в Закавказье — Ингурского на р. Ингури; в Дагестане —
Чиркейского на р. Сулак. Впервые крупный гидроузел построен
в районе распространения многолетней мерзлоты — на р. Вилюе
и строитс я Колымская ГЭС на р. Колыме; создан гидроузел с огром-
ным водохранилищем (96 км3) для борьбы с наводнениями на
р. Зее Из других крупных гидротехнических объектов нельзя не
назвать Каракумский оросительно-обводнительный канал. Это
крупнейшее в мире сооружение, длиной более 1000 км, пересекает
пустыню Каракумы.
Гидротехнические объекты обычно представляют собой слож-
ные комплексы сооружений, проектирование и строительство ко-
торых требуют большого и детального инженерно-геологического
обоснования. Задачи рационального использования водных ре-
сурсов теперь решаются комплексно. Одновременно с энергети-
ческим их использованием обязательно проектируются улучшение
судоходства, организация орошения земель, водоснабжения горо-
дов и предприятий, защита от наводнений и др. Для такого ком-
плексного решения водохозяйственных задач на реках строят
404
гидроузлы, т. е. комплексы гидротехнических сооружений, со-
стоящие из плотины, гидроэлектростанции, подводящего и отво-
дящего каналов, напорных трубопроводов и деривационных тун-
нелей, шлюзов, рыбоходов, водохранилищ и др.
Вопросы инженерно-геологических исследований условии стро-
ительства гидроузлов, организация и методика инженерных изы-
сканий для обоснования их проектов и рассматриваются в этой
главе. Переходя к рассмотрению таких сложных вопросов, обра-
Рис. X1-I. Схема размещения пост-
роенных (/), проектируемых и
строящихся (2) гидроузлов на реках
Волге, Каме и Днепре.
На Волге: 1 Иваньковский, 2 —
Угличский, 3 — Рыбинский, 4 —
Горьковский, 5 •— Чебоксарский,
6 — Волжский нм. В. И. Ленина,
7 — Саратовский, 8 — Волжский
им. XXII съезда КПСС, 9 —Ниж-
неволжский. На Каме: 10 — Верх-
иекамский, 11 — Пермский, 12 —
Воткинский, 13 — Нижнекамский.
На Днепре: 14 — Киевский, 15 —
Каневский, 16 — Кременчугский,
17 — Днепродзержинский, 18 —
Днепровский. 19 — Каховский
тим внимание на то, что становление и развитие инженерной гео-
логин как науки в Советском Союзе, как и во всех странах мира,
в значительной степени было обусловлено запросами гидроэнер-
гетического строительства. Решающее значение в этом отноше-
нии в СССР имел план ГОЭЛРО, разработанный по гениальному
замыслу В. И. Ленина. По этому плану были начаты работы
на реках Волхове, Свири, Днепре, Волге и Каме, на Северном
Кавказе, в Грузии, Армении, Азербайджане, Таджикистане и
Узбекистане. Началось строительство Волго-Балтийского канала,
канала им. Москвы и многих других объектов.
Для обоснования проектов новых строек потребовалось при-
менение совершенно новых методов геологических исследований,
количественных оценок природных геологических условии, опре-
деляющих устойчивость сооружений, прогноза их изменений после
строительства и др. Все это и привело к необходимости выделения
особой самостоятельной отрасли геологии — инженерной геоло-
гии.
www.twrrpx.cew
В годы последующих пятилеток в основе развития народного
хозяйства СССР по-прежнему лежало положение В. И. Ленина
о том, что «Коммунизм — это есть советская власть плюс электри-
фикация всей страны». В соответствии с этим продолжалось строи-
тельство крупных и гигантских гидроэнергетических объектов на
Волге, Каме, Днепре, Дону, в пустынях Средней Азии, на ре-
ках Сибири—Оби, Енисее, Ангаре и др. В связи с этим перед ин-
женерной геологией вставали все новые и новые проблемы и воп-
росы, требующие теоретических и экспериментальных исследова-
ний, методических разработок, создания нового оборудования и
приборов и широкой подготовки специалистов. В этом же направ-
лении развиваются работы и теперь, так как проектирование и
строительство гидроэнергетических объектов немыслимы без соот-
ветствующего инженерно-геологического обоснования.
За последнее десятилетие в стране построено и завершается
строительство ряда крупнейших гидротехнических сооружений
в сложных инженерно-геологических условиях. Среди них Брат-
ская, Красноярская и Усть-Илимская ГЭС и крупнейшая в мире
Саяно-Шушенская ГЭС с арочно-гравитационной плотиной высо-
той 235 м, Нурекская, Чарвакская, Токтогульская, Чиркейская,
Ингурская ГЭС и др.
В «Основных направлениях развития народного хозяйства
СССР на 1976—1980 гг.» дано следующее указание о дальнейшем
развитии гидроэнергетики: «В гидроэнергетике продолжать соору-
жение преимущественно крупных гидроузлов, позволяющих ком-
плексно решать задачи производства электроэнергии, орошения
земель, обеспечения водой городов и промышленных предприятий,
развитие судоходства и рыбоводства, предотвращения наводне-
ний». В соответствии с этими направлениями уже в первые годы
десятой пятилетки было начато строительство Шамхорской ГЭС
на р. Куре в Грузии, Богучанской на р. Ангаре в Восточной Си-
бири, Бурейской на р. Бурее на Дальнем Востоке, Рогунской на
р Вахш и Курпсайской на р. Нарын в Средней Азии, Шульбин-
ской на р. Иртыше в Казахстане, Миатлинской и Ирганайской
на р. Сулак в Дагестане и ряда других. Среди перечисленных
объектов Рогунская ГЭС на р. Вахш будет иметь плотину высо-
той 350 м.
Приведенный краткий перечень подтверждает вывод о том, что
на становление и развитие инженерной геологии огромное влия-
ние оказали запросы гидротехнического строительства.
Актуальность рассматриваемой темы очевидна, поэтому хо-
телось бы обратить внимание только на сложность и разнообразие
геологических вопросов, которые приходится решать при проекти-
ровании и строительстве гидроэнергетических объектов. Геолог,
занимающийся такими объектами, должен иметь очень хорошую
подготовку в области инженерной петрологии, инженерной геоди-
намики, специальной инженерной геологии, динамики подземных
вод и механики горных пород. Мировая практика постоянно об
406
этом напоминает. Многочисленные случаи показывают, что недо-
статочная изученность геологических условий строительства соору-
жений и недоучет тех или иных данных приводят в конечном итоге
к их деформациям, авариям, а иногда и к катастрофам.
Библиографический список литературы по различным вопросам
инженерной геологии, связанным с проектированием и строитель-
ством гидротехнических сооружений, достаточно велик. Система-
тические публикации по ним приводятся в журналах «Гидротех-
ничеекое строительство» и «Гидротехника и мелиорация», в сбор-
никах «Геология п плотины» (вышло 7 томов), издаваемых инсти-
тутом Гидропроект, в «Трудах Гидропроекта» и др. Из работ, име-
ющих большое научно-методическое значение для рассматривае-
мой темы, следует назвать: «Инженерно-геологические исследова-
ния по Камышинскому створу па р. Волге» [1939 г. ], «Инженерно-
геологические исследования для энергетического строительства»
в двух томах под общей редакцией И. В. Попова [1950 г.|, «Ин-
женерно-геологические изыскания для строительства гидротех-
нических сооружений» под общей редакцией Е. С. Карпышева
11972 г. [. Первые из этих работ, хотя изданы давно, в научно-
методическом отношении не потеряли своего значения и теперь.
Стадии проектирования и инженерных изы-
сканий. В гл. I уже отмечалось, что при выполнении проектно-
изыскательских работ для различных видов строительства соблю-
дается определенная стадийность. При гидротехническом строи-
тельстве на первом этапе выполняются предпроектные работы:
а) составление схемы комплексного использования реки или ее
части и б) технико-экономическое обоснование целесообразности
строительства первоочередного объекта на выбранном участке,
а на втором — проектные работы, выполняемые в две стадии:
а) составление технического проекта сооружения и б) рабочих
чертежей. В соответствии с таким развитием проектных работ
инженерные изыскания, выполняемые для их обоснования, де-
лятся на стадии: рекогносцировочных, предварительных, деталь-
ных и дополнительных исследований.
Рекогносцировочные исследования дополняют изучение геоло-
гического строения района по литературным и фондовым материа-
лам. Их выполняют для обоснования схемы комплексного исполь-
зования реки или ее части. Главными задачами на этой стадии
являются инженерно-геологическое изучение и районирование
долины реки, выделение участков возможного расположения
гидроузлов и водохранилищ. Особое внимание при этом уделяется
объекту, строительство которого намечается в первую очередь.
Предварительные изыскания служат обоснованием технико-
экономической целесообразности строительства первоочередного
объекта в выбранном районе. Главной их задачей является полу-
чение достоверных и убедительных геологических материалов
для обоснования выбора створа гидроузла, типа и параметров
составляющих его сооружений, их компоновки и предварптель-
407
www.fwlrpx.coi»
ной оценки геологических условий строительства. Предвари-
тельные изыскания должны служить обоснованием рациональ-
ного использования территорий, геологической среды и их охра-
ны в связи е возможным развитием геологических процессов и
явлений. При этом особое внимание обращается на вопросы,
определяющие выбор створа гидроузла в первоочередном районе.
Детальные инженерные изыскания выполняются для обосно-
вания технического проекта сооружений. Главной задачей этих
исследований является детальное обоснование окончательного
расположения всего комплекса сооружений гидроузла, выбора
типов сооружений и геологических условий их строительства,
устойчивости и эксплуатации. Они должны обеспечить проекти-
рование и строительство всеми необходимыми геологическими
материалами, расчетными данными и заключениями (в том числе
для проектирования мероприятий по защите окружающей среды),
обеспечивающими при проектировании самые рациональные реше-
ния и гарантирующими строительство от всяких геологических
неожиданностей.
Дополнительные изыскания выполняются для обоснования ра-
бочих чертежей с целью уточнения некоторых технических вопро-
сов, которые не удалось решить на предыдущей стадии изыска-
ний, или тех, которые возникли при рассмотрении технического
проекта экспертизой. Эти изыскания обычно выполняются в пе-
риод строительства сооружений, часто в строительных котлова-
нах и горных выработках, главным образом с целью уточнения
некоторых расчетных данных, организации производства строи-
тельных работ и др. В состав этих работ входят также докумен-
тация строительных котлованов, горных выработок и выполнение
некоторых специальных опытных работ.
В тех случаях, когда схема использования реки была разра-
ботана раньше или нет необходимости в ее составлении, все воп-
росы, связанные с технико-экономическим обоснованием целе-
сообразности строительства объекта в том или ином районе, ре-
шаются на первом этапе составления технического проекта. В этом
случае предварительные изыскания для обоснования выбора
створа гидроузла в рассматриваемом районе сразу же сменяются
детальными изысканиями на выбранном участке.
Инженерно-геологические исследования для
обоснования схемы комплексного использования реки. Эти изы-
скания выполняются с целью обоснования экономической целе-
сообразности и технической возможности комплексного исполь-
зования реки или ее части для производства электроэнергии,
улучшения судоходства, орошения земель, организации водоснаб-
жения городов и предприятий, рыбоводства, защиты от наводне-
ний и т. д. Решение такой технической задачи обычно осуществ-
ляется путем строительства каскада гидроузлов (рис. Xl-2, XI-3).
Рациональное их размещение на реке и выбор первоочередного
объекта — вот задачи схемы. Главными геологическими задачами
408
by Jferb ert
при этом являются изучение строения долины и ее инженерно-
геологическое районирование. Только на этой основе, т. е. учи-
тывая геоморфологические особенности, геологическое строение,
гидрогеологические условия, распространение геологических про-
215м
Рис. XI-2. Размещение гидроузлов на Волге.
/ — Иваньковский, II — Угличский, III — Рыбинский, IV — Горьковский, V —
Чебоксарский, VI — Волжский им. В. И. Ленина, VII — Саратовский; VIII — Волж-
ский им. XXII съезда КПСС, IX — Нижиеволжский. 1 — верхнекаменноугольные
известняки; 2 — пермские доломиты о гипсом; 3 — пермские красиоцветные глины,
песчаники и мергели; 4 — мезозойские глииы и пески; 5 — палеогеновые алевролиты,
аргиллиты н песчаники; 6 — палеогеновые опоки; 7 — неогеновые глниы; 8 — аллю-
виальные пески; 9 — действующие ГЭС, 10 — строящиеся ГЭС.
цессов и явлений и расположение месторождений минеральных
строительных материалов, можно определить и убедительно обос-
новать рациональное использование территорий и геологической
среды, т. е. размещение гидроузлов и водохранилищ в долине реки.
Рис. XI-3. Размещение гидроузлов
на р. Каме.
I — Верхиекамский, II — Перм-
ский, III — Воткинский, IV —*
Нижнекамский. 1 — соленосная
толща; 2 — кунгурские мергели,
глины, известняки с гипсом; 3—
пермские красиоцветпые глииы,
песчаники и мергели; 4 глины;
5 — аллювиальные пески; 6 — дей-
ствующие ГЭС; 7—строящиеся ГЭС;
8 — проектируемые ГЭС.
Строение каждой речной долины непосредственно связано с ус-
ловиями ее формирования, т. е. углублениями, разработкой,
переносом и отложением рыхлого материала и другими процес-
сами, в результате которых формируются ее продольный и по-
перечный профили. На развитие этих сложных взаимообусловлен-
409
WVW .twirpx.coin
вых процессов образования речной долины ведущее влияние ока-
зывают геологическое строение (состав горных пород и тектони-
ческая структура района), климат района и гидрологические
особенности водного потока и особенно новейшие и современные
движения земной коры. Это ведущие условия, определяющие до-
ли нообразование, строение долин в целом и отдельных их частей
и деталей.
Формирование нормального продольного профиля реки дости-
гается размывом ее русла в одних местах и накоплением рыхлого
материала в других. Однако нормальный продольный профиль
реки имеют только в схеме, при детальном его изучении почти
всегда можно выделить участки выполаживания и участки с кру-
тым уклоном. Такие прпчиннообусловленные особенности про-
дольного профиля рек имеют огромное инженерно-геологическое
значение, на что мы уже обращали внимание [32 |. Они позволяют
предполагать определенное геологическое строение долины, раз-
витие преобладающих геологических процессов на отдельных ее
участках и решать задачи, связанные с выбором мест расположе-
ния сооружений и оценкой условий их строительства.
Выполаскивание продольного профиля рек обычно происходит
на участках: 1) сложенных слабыми горными породами, более
легко размываемыми по сравнению с участками долины, сложен-
ными породами более стойкими, расположенными выше по тече-
нию; 2) испытывающих погружение в связи с новейшими тектони-
ческими движениями; 3) интенсивного накопления рыхлого мате-
риала вследствие резкого изменения скорости течения реки при
ее подпоре образовавшимся обвалом, оползнем или селевыми вы-
носами притоков, расположенными ниже по течению; 4) пониже-
ний и котловин, располагающихся на за карстованных участках.
Увеличение крутизны продольного профиля рек обычно про-
исходит на участках: 1) сложенных прочными коренными поро-
дами, трудно размываемыми; 2) испытывающих поднятие в связи
с новейшими тектоническими движениями; 3) образовавшихся
завалов русла реки обвалами, оползнями, селевыми выносами и др.
Долины рек на участках выполаживания продольного профиля
более широкие, здесь боковая эрозия преобладает над донной.
Именно на таких участках река образует излучины, меандры и раз-
рушает берега. Склоны долины здесь более пологие, террасиро-
ванные, одностороннего или двустороннего развития, мощность
рыхлых отложений повышенная или большая, долины часто сло-
жены мощными толщами рыхлых отложений (долины в рыхлых
отложениях).
Долины рек па участках увеличения уклона или больших его
значений, например в горных районах, обычно более узкие,
часто каньонообразные. Здесь преобладает донная эрозия, мощ-
ность рыхлых отложений мала, река часто непосредственно размы-
вает коренные породы (долины в коренных породах). На таких
участках встречаются водопады, пороги, перекаты, шиверы,
410
в руслах рек преобладает грубый, а на горных реках крупнсобло-
мочный валунно-глыбовый материал. Склоны речных долин здесь
высокие, крутые, террасы
Таким образом, изучение
продольного профиля реки
позволяет выявлять харак-
терные закономерности в
строении речной долины,
важные в инженерно-геоло-
гическом отношении. Эти за-
кономерности проявляются
в расположении участков до-
лины разной ширины (узких
и широких), в распростране-
нии крутых и пологих скло-
нов, в преобладании глубин-
ной или боковой эрозии,
в распределении в долине
рыхлого материала, т. е.
участков долины в коренных
породах и участков в рыхлых
отложениях. Для строитель-
ства плотин, особенно бетон-
ных, более перспективны
узкие участки долин, сло-
женные коренными породами.
Для размещения чаши водо-
хранилища, расположения
строительных площадок луч-
шими являются широкие уча-
стки долин с пологими скло-
нами и широкими террасами
с равнинными поверхностями.
Поперечный профиль реч-
ной долины может быть кань-
онообразным, односторонне-
го или двустороннего раз-
вития. Основными призна-
ками для такой типизации
долин являются: 1) морфоло-
гия долины, отражающая
стадию се развития; 2) мощ-
ность четвертичных отложе-
ний в долине и 3) однород-
ность состава коренных по-
род. Различные сочетания этих признаков позволяют выделить
минимальное число основных типов строения речных долин
(рис. XI 4).
411
.WirpX.COTO
Как показывает анализ многочисленных материалов, каждый
из этих типов соответствует участкам долин с определенным про-
дольным профилем. Для участков, имеющих крутой уклон (зна-
чительный перепад отметок продольного профиля), характерны
долины более узкие с высокими коренными склонами каньоно-
образного или близкого к нему строения. Для участков, имеющих
пологий продольный уклон, характерны долины одностороннего
(один склон коренной, другой террасированный) или двусторон-
него (оба склона террасированы) развития. В долинах односторон-
него и двустороннего развития террас может быть несколько,'в до-
линах крупных рек их число достигает 8—12 и даже более.
Рис. XI-5. Участок пере-
углублении в пределах
речной долины, выполнен-
ный глинистыми, песча-
ными н песча но-галечными
отложениями-
Наличие террас указывает на непрерывно-прерывистый характер
эрозионных процессов, на смену эрозионных циклов циклами ак-
кумуляции аллювия, на необратимый поступательный процесс фор-
мирования речной долины. Таким образом, распространение тер-
рас и их строение (аккумулятивные, эрозионные, скульптурные)
отражают историю формирования речной долины, ее строение на
каждом участке. При этом счет террас и определение их высоты
обычно ведут от уровня поймы [32 ].
При изучении строения речных долин необходимо обращать
внимание на развитие во многих из них, особенно на платформах,
переуглубленных участков, выполненных глинистым, песчано-
галечным или глыбовым материалом (рис. XI-5, XI-6). Эти пере-
углубления свидетельствуют о более древних эрозионных цик-
лах развития долин. Переуглубленные участки долин со свойствен-
ными им условиями залегания рыхлых отложений требуют осо-
бого изучения и инженерно-геологической оценки.
Таким образом, строение речных долин может быть различным
так же, как и строение одной долины на разных ее участках, что
связано с определенными стадиями их формирования. При изуче-
нии строения речной долины и решении задач ее инженерно-геоло-
гическогб районирования для обоснования схемы комплексного
использования реки необходимо рассматривать и анализировать:
1) строение речной долины в плане с целью выделения узких и
широких участков по гипсометрическим данным; 2) строение ее
412
413
WWW.tWirpX.COI»
продольного профиля; 3) поперечного сечения на различных
характерных участках.
Так, используя геоморфологические и морфометрические осо-
бенности речной долины, представляется возможным сразу же
устанавливать исходные позиции для выявления ее неоднород-
ности, проявляющейся в рельефе, геологическом строении, рас-
пространении групп и видов горных пород, подземных вод и гео-
логических процессов. В этом случае инженерно-геологическое
районирование долины является естественным, убедительно обос-
новывающим размещение гидроузлов, схему комплексного ис-
Рис. XI-7. Продольный профиль долины р. Сухоны, на котором заметно выделяются:
Присухонская впадина (/) с толщей четвертичных отложений более 100 м н Сухонский
вал (//), сложенный отложениями татарского и казанского ярусов, по Д. П. Прочу-
хану.
1 = четвертичные отложения; 2 — глины триаса; 3—5 — мергели татарского яруса*
8 глинистые, 4 — известковистые, 5 — доломитовые; 6 — пески н слабые песчаники
с включениями гипса; 7 — гипсоносная толща казанского яруса.
пользования реки. Заметим, что такой подход обычно дает доста-
точно полную информацию о планировочных ограничениях терри-
торий по инженерно-геологическим условиям и соответствующий
материал для обоснования выбора района размещения первоочеред-
ного объекта.
Примером такого подхода может служить инженерно-геологи-
ческое районирование долины р. Сухоны [29]. Этот район распо-
лагается на севере Русской платформы. Центральная его часть
занята Сухонским валом, к которому с запада примыкает При-
сухонская, а с востока Котласская впадина (рис. XI-7). Район
сложен в основном верхнепермскими отложениями (казанский и
татарский ярусы) и перекрывающей их толщей ледниковых и по-
слеледниковых отложений. Незначительно распространены от-
ложения нижнего триаса (ветлужский ярус). Современный рельеф
района сформировался главным образом в четвертичный период
под влиянием ледников, ледниковых вод и пеотектонических дви-
жений земной коры. Всестороннее изучение и учет всего комплекса
природных условий позволили выполнить инженерно-геологиче-
ское районирование, которое показано иа рис. XI-8.
Приведенный материал показывает, что для инженерно-геоло-
гического районирования речной долины и правильной оценки
каждого района с точки зрения использования его для гидротехни-
414
Ъу ЛогБ_ег£
415
WW.tWirpx.cein
ческого строительства на рассматриваемой стадии необходим де-
тальный анализ инженерно-геологических условий как долины
реки в целом, так и отдельных ее участков.
Основными видами работ, позволяющими решать поставленные
задачи, являются.
1. Подготовительные камеральные работы, включающие сбор
имеющихся литературных и фондовых материалов по району, их
обработку, обобщение и подготовку к решению поставленных за-
дач.
2. Выполнение инженерно-геологической съемки обычно мас-
штаба 1 : 100 000—1 : 200 000 и в случае необходимости на от-
дельных участках масштаба 1 : 50 000.
3. Окончательная камеральная обработка всех материалов,
составление текстовых, табличных и графических данных для
полного и убедительного обоснования районирования долины реки,
оценки инженерно-геологических условий выделенных районов и
более полной оценки участков возможного расположения перво-
очередных объектов гидротехнического строительства.
Описание методики выполнения всех этих работ приведено
выше, в гл. II и VI.
Инженерно-геологические исследования для
обоснования выбора створа проектируемого гидроузла. По своему
характеру эти исследования являются предварительными. Основ-
ные задачи их состоят в технико-экономическом обосновании це-
лесообразности расположения проектируемого первоочередного
гидроузла в рассматриваемом районе и получении убедительных
геологических материалов для выбора типов сооружений, их
компоновки на выбранном участке, оценки устойчивости и орга-
низации производства строительных работ. Важнейшими зада-
чами этих исследований являются также обоснование подпорной
отметки гидроузла и получение необходимых материалов для
определения ущерба от затопления и подтопления территорий,
населенных пунктов и производственных (в том числе сельско-
хозяйственных) предприятий, а также от возможного развития
тех или иных геологических процессов и явлений. При этом
учитывают и оценивают сложность выполнения разнообразных
мероприятий по ограничению возможного ущерба.
В тех случаях, когда нет необходимости в выполнении работ по
составлению схемы комплексного использования реки или когда
они были выполнены раньше, изыскания для выбора створа гидро-
узла проводят на первом этапе работ по обоснованию его техни-
ческого проекта.
Основные положения, которыми целесообразно руководство-
ваться при выборе створа гидроузла, можно сформулировать сле-
дующим образом.
1. Створ плотины необходимо располагать в наиболее узком
прямолинейном участке долины, где река имеет наибольший уклон
по сравнению с прилегающими участками, а долина — каньоно-
416
образную или одностороннего развития форму. Этим обеспечи-
вается наименьшая длина напорного фронта и проектируемых
сооружений и более полное энергетическое использование реки.
2. Наиболее оптимальными обычно являются участки, где до-
лина врезана в коренные плотные, прочные, устойчивые, слабо-
водопроницаемые породы, где не наблюдается опасных геологи-
ческих процессов и явлений и нет предпосылок для их развития.
3. В тех случаях, когда долина реки врезана в толщу четвер-
тичных отложений большой мощности (более 15—20 м) и плотину
целесообразно строить из местных строительных материалов,
строительство должно быть обеспечено требующимися запасами
этих материалов, месторождения которых должны располагаться
вблизи створа и быть удобными и выгодными для разработки.
4. Местоположение створа плотины следует выбирать с таким
расчетом, чтобы при равных положениях нормального подпор-
ного уровня воды у плотины площади затопления и подтопления
территорий, крупных населенных пунктов, ответственных пред-
приятий и сооружений были минимальными.
5. Для расположения створа плотины и гидроузла в целом
противопоказанными являются следующие участки долины: а) рас-
пространения соленосных и сильнозасоленных горных пород;
б) приповерхностного залегания сильнозакарстованных пород;
в) неглубокого залегания льдов и сильнольдистых мерзлых пород,
резко изменяющих свои свойства при деградации мерзлоты;
г) неустойчивых склонов, опасных развитием крупных обвалов,
оползней и других деформаций; д) расположения крупных и ре-
гиональных сейсмогенных разломов. Для строительства бетонных
плотин неблагоприятными являются участки долин, имеющие пере-
углубления, выполненные слабыми отложениями, а для плотин
из местных строительных материалов — участки распространения
мощных толщ водонасыщенных слабых сильносжимаемых пород.
6. Для выбора створа плотины немаловажное значение имеет
наличие в районе дорог, удобных подходов и подъездов, площадок
для размещения вспомогательных объектов (бетонных, механиче-
ских, ремонтных заводов, автобаз, гражданских сооружений и
др.), близкое расположение месторождений строительных мате-
риалов и других факторов, определяющих организацию и условия
производства строительных работ.
Таковы наиболее существенные положения и показатели ин-
женерно-геологических условий, определяющие целесообразность
выбора места расположения створа плотины. Для того чтобы наи-
более полно учесть и использовать природные условия при рас-
положении проектируемого гидроузла, выбор створа обычно произ-
водят на основании сравнения вариантов. Используя материалы,
подготовленные для обоснования схемы комплексного использова-
ния реки, а также фондовые и литературные, намечают несколько
вариантов створов или даже несколько вариантов групп створов,
на каждом из которых выполняют предварительные ипженерно-
417
<VW.tWirpX.COTO
геологические исследования. Участок, наиболее полно удовлетво-
ряющий перечисленным выше требованиям, позволяющий при-
нять самые оптимальные технико-экономические решения и на
котором при строительстве нет оснований ожидать каких-либо
непредвиденных геологических явлений, обычно и выбирают для
строительства. При этом важно учитывать, что для обоснован-
ного и объективного сравнения вариантов степень детальности
изучения инженерно-геологических условий каждого из них
должна быть более или менее одинаковой. Нельзя сравнивать
участки створов неодинаково изученные. Если в самом начале
работ на том или ином створе обнаруживается его неконку-
рентоспособность по тем или другим показателям, изыскания
на нем прекращают и из числа сравниваемых исключают.
Однако следует заметить, что выбор створа плотины и места
расположения гидроузла может определяться не только преиму-
ществами инженерно-геологических и технико-экономических ус-
ловий, но и некоторыми другими, общегосударственными сообра-
жениями.
Для решения задач, связанных с выбором створа, на каждом
из конкурирующих участков необходимо изучать следующее.
1. Структурно-тектоническое положение участка, т. е. в пре-
делах какой части местной, но крупной геологической структуры
он расположен (в пределах антиклинали, синклинали, монокли-
нали, отдельного тектонического блока или сопряжения блоков
и т. д.). Проявление новейших и современных дифференцированных
тектонических движений в пределах рассматриваемого участка.
2. Строение речной долины и все ее морфометрические дан-
ные — ширину на уровне воды в реке, на предполагаемых отмет-
ках нормального и максимального уровней воды в верхнем бьефе;
высоту поймы и надпойменных террас и их ширину; крутизну
склонов и др.
3. Геологический разрез четвертичных отложений и коренных
пород — распространение четвертичных отложений по площади
и их мощность в пределах долины реки, глубину залегания корен-
ных пород и рельеф их поверхности; условия залегания горных
пород, степень их нарушенности — дпслоцированности тектони-
ческими движениями и особенно условия залегания и распростра-
нение горизонтов, слоев, зон, пачек горных пород слабых, не-
устойчивых, обладающих малой прочностью, значительной и вы-
сокой деформируемостью и водопроницаемостью. При таком изу-
чении геологического строения речной долины в целом необходимо
полно представлять строение каждого из ее склонов и днища,
распространение и условия залегания в их пределах поверхностей
и зон ослабления, возможных сосредоточенных путей фильтрации
воды и др.
4. Распространение по простиранию и на глубину зоны интен-
сивного выветривания горных пород и ее строение, т. е. число под-
зон, состав и физическое состояние пород в каждой из них.
418
5. Трещиноватость и закарстованность горных пород — про-
странственную ориентировку господствующих систем и отдельных
крупных трещин, их морфологию, раскрытость, характер поверх-
ностей, заполнитель и его состояние и другие особенности; коли-
чественно степень трещиноватости и закарстованности горных
пород по простиранию и на глубину; расположение крупных текто-
нических нарушений, их характеристики и влияние на инже-
нерно-геологические условия; пространственное расположение зон
разуплотнения горных пород, их физическое состояние и свойства.
6. Распространение подземных вод в четвертичных отложе-
ниях и коренных породах — глубину залегания и мощность,
гидравлические особенности, водообильность водоносных гори-
зонтов, зон и комплексов, особенности химического состава под-
земных вод, условия их питания, разгрузки, влияние на устой-
чивость территорий и условия производства строительных работ.
7. Водопроницаемость горных пород в пределах речной до-
лины, глубину залегания практически водоупорных пород и рас-
пространение аномальных зон высокой водопроницаемости.
8. Физико-механические свойства горных пород, их неодно-
родность и изменчивость по простиранию и на глубину с той сте-
пенью детальности, какая может влиять на выбор створа, тип
сооружений и их компоновку на рассматриваемом участке и
в первую очередь на том варианте створа, который по совокуп-
ности признаков будет выбран для строительства.
9. Распространение месторождений строительных материалов,
их запасы, качество, условия вскрытия и разработки. При этом
поиски и предварительную разведку месторождений для наи-
более перспективного участка расположения створа выполняют на
площади, позволяющей получить запасы, полно удовлетворяю-
щие потребности строительства.
10. Инженерно-геологические условия территории будущего
водохранилища в объеме, необходимом для выявления участков,
на которых изменение природных условий может нанести ущерб
сохранности их, а также расположенных на них сооружений
вследствие затопления, подтопления и заболачивания, перера-
ботки берегов, развития оползневых и других геологических явле-
ний. На основании этого предварительного изучения территории
водохранилища составляют ведомость и карту распространения
участков, на которых впоследствии потребуется проведение де-
тальных исследований для оценки степени угрожаемое™ возмож-
ных явлений и обоснования проектов защитных мероприятий от
их опасного воздействия.
Из приведенного перечня вопросов, на изучение которых в пер-
вую очередь должно быть обращено внимание при предваритель-
ных изысканиях, видно, что эти изыскания надо выполнять не
только па участках конкурирующих створов и особенно на наи-
более перспективном, но и на площади будущего водохранилища.
При этом заметим, что так как предварительные изыскания
419
WWW .tWlfpX.COTO
выполняются главным образом с целью выбора участка расположе-
ния створа гидроузла, подпорной отметки, типов сооружений и
их компоновки, то этими задачами и определяется название ста-
дии изысканий — «инженерно-геологические исследования для
выбора створа гидроузла». Для решения этих задач логической
необходимостью является выполнение предварительных изыска-
ний и на площади будущего водохранилища, однако эти изыска-
ния носят в основном информационный характер.
На участке каждого конкурирующего створа целесообразно
выполнять: инженерно-геологическую съемку масштаба 1 : 10 000,
разведочные и опытно-фильтрационные работы по линии створа
плотины и небольшой объем лабораторных исследований и ка-
меральных работ. В отдельных случаях на наиболее перспектив-
ных участках производят и некоторые опытные работы, когда
без них невозможно оценить влияние на выбор створа того или
иного геологического фактора или явления.
Рациональный комплекс всех перечисленных видов геологи-
ческих работ следует выполнять в минимально необходимых объ-
емах, но достаточных для достоверного и надежного инженерно-
геологического решения стоящих задач на рассматриваемом этапе
изысканий. Методика выполнения перечисленных видов геологи-
ческих работ приведена выше, в гл. II—VI. Поэтому здесь отметим
лишь следующее.
Инженерно-геологической съемкой, как показывает практика,
следует покрывать площадь в границах, несколько превышающих
максимальную подпорную отметку на склонах, и на расстоянии
от 100 до 500 м от намечаемой оси плотины вверх и вниз по тече-
нию реки в зависимости от размера площади, занимаемой проекти-
руемым сооружением. Съемка сопровождается всем комплексом
картировочных работ. Ее результаты должны освещать все важ-
нейшие геологические вопросы, и в том числе вопросы, связан-
ные с распространением месторождений минеральных строитель-
ных материалов.
Для повышения степени достоверности и надежности результа-
тов исследований на этой стадии выполняют небольшой объем
разведочных и опытно-фильтрационных работ только по предпо-
лагаемому створу сооружений. Из разведочных работ первосте-
пенное значение имеют геофизические, выполняемые одновременно
со съемкой или даже несколько ее опережающие. Они дают до-
статочно полное представление об общих чертах строения речной
долины на рассматриваемом участке: мощности четвертичных от-
ложений, глубине залегания и рельефе поверхности коренных
пород, изменении геологического разреза с глубиной (в связи
с изменением состава и физического состояния горных пород),
расположении крупных тектонических нарушений, о подземных
водах, многолетнемерзлых горных породах и т. п.
Для более правильной интерпретации геофизических наблю-
дений и измерений, проверки и объяснения выявленных аномалий,
420
\
более достоверного изучения геологического строения участка
и решения других геологических вопросов проводят бурение сква-
жин и в необходимых случаях проходку горных выработок:
расчисток, канав, шурфов и даже штолен. Разведочные выработки
располагают по намеченному створу сооружений, руководствуясь
при этом результатами инженерно-геологической съемки, гео-
морфологических наблюдений и геофизических исследований.
Следовательно, при организации перечисленных видов геологи-
ческих работ надо предусматривать такое их сочетание, при
котором последовательно расширяется и углубляется изучение
геологического строения участка в целом и конкретно каждого
элемента рельефа долины реки—склонов, террас, русла и др.
Расстояния между разведочными выработками по створу опре-
деляют исходя из необходимости однозначно и достоверно пред-
ставить и изобразить геологическое строение участка, в зависи-
мости от сложности которого они ориентировочно принимаются
равными от 100—200 до 400—500 м. Глубина выработок должна
быть не менее глубины распространения зоны влияния сооруже-
ния, зоны разуплотнения горных пород (см. гл. III). Она может
определяться также необходимостью более точной корреляции
геологического разреза, прослеживания контактов, тектонических
нарушений, отдельных горизонтов и др. При выполнении разве-
дочных работ (геофизических, буровых и горных) и их документа-
ции надлежит руководствоваться методическими рекомендациями,
приведенными выше, в гл. III.
Непременным условием для полноценной количественной ха-
рактеристики и оценки инженерно-геологических условий участ-
ков каждого конкурирующего створа, т. е. степени трещинова-
тости, закарстованности и водопроницаемости горных пород, яв-
ляется выполнение опытно-фильтрационных работ. Они позволяют
выявлять глубину залегания практически водонепроницаемых
пород, объемы необходимых противофильтрационных работ и дру-
гие важные моменты, характеризующие конкурентоспособность
каждого створа. В состав опытно-фильтрационных работ входят
откачки воды из одиночных скважин для характеристики водо-
проницаемости и водообилыюсти водоносных горизонтов (обычно
четвертичных отложений) и опытные нагнетания воды или воздуха
в скважины для получения характеристики и оценки трещинова-
тости, закарстованности и водопроницаемости коренных пород.
Опытные нагнетания обычно выполняют практически во всех
скважинах, разбуренных по створу проектируемых сооружений,
тогда как откачки воды целесообразно выполнять из 2—4 скважин,
расположенных на типичных, характерных участках распростра-
нения водоносных горизонтов. Поэтому основной объем опытно-
фильтрационных работ составляют нагнетания. Число тампоно-
опытов измеряется многими десятками, а на крупных объектах
даже сотнями единиц. Методика выполнения этих работ приведена
выше, в гл. IV.
421
На площади будущего водохранилища на рассматриваемой
стадии изысканий целесообразно выполнять только инженерно-
геологическую съемку с сопровождающими ее картировочными
работами (см. гл. II). В границах выклинивания водохранилища
и зоны его влияния выполняют съемку в масштабе 1 : 100 000—
1 : 200 000, а на участках ответственных объектов (города, круп-
ные предприятия и др.) делают врезки и производят съемки в мас-
штабах 1 : 25 000—1 : 50 000.
При подготовке к съемке на топографической основе и аэро-
фотосъемочных материалах синей линией показывают контур бу-
дущего водохранилища (горизонталь с отметкой максимального
подпорного уровня). Этим самым сразу же выделяется площадь
затопления. В процессе съемки, как уже было отмечено, изучение
и оценка инженерно-геологических условий должны сопрово-
ждаться выявлением и составлением списка участков, на ко-
торых изменение природных условий может нанести ущерб народ-
ному хозяйству страны. Это участки затопления, подтопления,
заболачивания, интенсивной переработки берегов, развития ополз-
ней, утечки воды через узкие водоразделы, перелива воды через
низкие водоразделы, всплывания больших масс торфа и могиль-
ников, интенсивного развития термокарста в районах распро-
странения многолетней мерзлоты и др. Особо следует изучать
вопрос о возможности изменения сейсмической активности района
в связи с созданием водохранилища [32 J. Естественно, что в пре-
делах крупных водохранилищ таких участков может быть много,
поэтому в их списке особо отмечают те, которые имеют большое
народнохозяйственное значение и для которых по технико-эко-
номическим соображениям целесообразно проектировать защит-
ные мероприятия и соответственно проводить детальные изыска-
ния для их обоснования.
Таковы примерный план и порядок выполнения инженерных
изысканий для обоснования выбора створа гидроузла. Эти изы-
скания сопровождаются соответствующими лабораторными ис-
следованиями горных пород как оснований сооружений и как
естественных строительных материалов, камеральными работами
и обобщениями.
В итоге выполнения предварительных изысканий должны быть
составлены следующие материалы:
1) обзорная геологическая или инженерно-геологическая карта
района;
2) инженерно-геологические карты и геологические разрезы
по створам каждого конкурирующего участка;
3) разрезы по каждому створу конкурирующих участков, па
которых должны быть показаны горизонты, слои и зоны, разли-
чающиеся по степени водопроницаемости (обычно по величине
удельного водопоглощения), и границы практически водонепро-
ницаемых пород;
422
by cNbd)_tM
4) геоморфологические карты и фотопанорамы по участкам
конкурирующих створов;
5) сравнительная таблица параметров конкурирующих ство-
ров, в которой должны быть отражены главные, важнейшие от-
личительные морфометрические, геоморфологические, геологиче-
ские, тектонические и другие признаки и показатели каждого
створа таким образом, чтобы были видны преимущества и недо-
статки каждого из них;
6) схемы распространения месторождений строительных мате-
риалов;
7) инженерно-геологическая карта района водохранилища;
8) карта инженерно-геологического районирования площади
водохранилища с характерными геологическими разрезами по
каждому выделенному району и при необходимости по отдельным
участкам;
9) краткий отчет и заключение о результатах выполненных
предварительных изысканий.
Задачи инженерно-геологических исследова-
ний для обоснования технического проекта гидроузла. На осно-
вании сравнения инженерно-геологических условий нескольких
участков конкурирующих створов с учетом гидравлических, эко-
номических и народнохозяйственных требований обычно спе-
циальная экспертная комиссия согласовывает выбор одного из
них для размещения и строительства гидроузла. При этом одно-
временно согласовываются также предварительные разработки
положений относительно выбора типов сооружений, их компо-
новки, подпорной отметки, условий организации строительных
работ и другие вопросы. Так начинается работа по составлению
технического проекта гидроузла. В процессе этой работы про-
должается проработка, рассмотрение и уточнение всех намечен-
ных инженерных решений на выбранном участке —строительной
площадке. Соответственно начинается и новый этап инженерных
изысканий—детальные исследования выбранной строительной
площадки с целью изучения инженерно-геологических условий
строительства, устойчивости проектируемых сооружений и полу-
чения всех необходимых материалов и данных для проектиро-
вания. *
Первостепенными задачами при этом являются:
1) подтверждение правильности решений по выбору строитель-
ной площадки для проектируемого гидроузла;
2) получение всех необходимых геологических материалов и
данных для окончательного определения положения створа голов-
ных сооружений на выбранном участке, типов и компоновки соору-
жений, подпорной отметки и решения других вопросов;
3) оценка геологических условий строительства каждого про-
ектируемого сооружения, их устойчивости, организации произ-
водства строительных работ и условий эксплуатации;
423
.сото
4) обоснование и обеспечение необходимыми материалами про-
ектирования противофильтрационных и других мероприятий;
5) выполнение детальных инженерных изысканий на каждом
участке в пределах водохранилища, где изменение природных
условий нанесет ущерб народному хозяйству, с целью обоснования
проектов защитных инженерных мероприятий.
Сооружения гидроузла. Гидроузел обычно
состоит из комплекса сооружений, состав которых определяется
его назначением (энергетический, транспортный, водозаборный).
При комплексном использовании рек в состав гидроузла входят:
Рис. XI-9. Речной имзконапорный гидроузел (из книги С. Н. Максимова).
7 — верхний бьеф; 2 — нижний бьеф; 3 — здание ГЭС; 4 — бетонная
водосливиая плотина; 5 — земляная плотина; 6 — судоходный шлюз; 7 —•
нижний подходной канал.
плотина, здание гидроэлектростанции, водозаборные и водопро-
пускные сооружения, судоходный шлюз, лесо- и рыбопропускные
сооружения. Кроме основных сооружений при проектировании
гидроузла предусматривается строительство ряда вспомогатель-
ных, таких как бетонный завод, ремонтно-механические мастер-
ские, перемычки, строительные отводящие каналы и туннели,
дороги, линии электропередачи, жилпоселки и др. Описание всех
сооружений, входящих в состав гидроузла, приводится в специ-
альном курсе «Инженерные сооружения» [34] и другой специаль-
ной литературе [18, 21 ].
В зависимости от сложности природных условий бывают раз-
личными и схемы расположения сооружений гидроузла: 1) низко-
напорные гидроузлы, все сооружения которых образуют единый
напорный фронт (рис. XI-9); 2) гидроузлы с приплотинной ГЭС,
когда машинное здание располагается вблизи плотины в нижнем
бьефе (рис. XI-10); 3) деривационные гидроузлы, когда головные
сооружения (плотина и водозабор) удалены от здания ГЭС и со-
единяются с ним деривационными сооружениями — каналом,
трубопроводом или туннелем (рис. XI-11).
424
Ъу Norbert
Рис< XI-10. Гидроузел с при-
плотиниой ГЭС.
/ —* водосливное отверстие
с затвором; 2 — водозабор-
ное отверстие ГЭС с затво-
ром; 3 — турбинный трубо-
провод; 4 — здание ГЭС.
В. б. —• верхний бьеф, Н.б—
нижиий бьеф.
Рис. XI-11. Деривационный гидроузел.
1 — водохранилище; 2 — плотина; 3 — деривационный канал; 4 на-
порный бассейн; 5 — турбинные трубопроводы; 6 — здание ГЭС; 7—
отводящий канал; 8 — русло реки
425
426
Таблица XI-1
НАИБОЛЕЕ ВЫСОКИЕ ПЛОТИНЫ МИРА
Название плотнив и год окончания строительства Страна Река Высота, м Длина по гребню, м Tart плотины Породы основания
Арджеш-Корбень (стр.) Румыния Арджеш 165 195 А Гнейсы порфировые
Бехме (1957) Ирак Большой Заб 168 —— Г Граниты
Боулдер (Гувер, 1935) США Колорадо 225 360 А—Г Туфобрекчии, андезиты
Братская (1965) СССР Ангара 123 1430 Г Диабазы
Бридж-Каньон (пр.) США Колорадо 226 595 А—Г Песчаники, граниты, гнейсы
Бхакра (1960) Индия Сатледж 216 515 Г Известняки, глины, песча- ники
Вайонт (1960) Италия Вайонт 262 196 А Доломиты
Валле-ди-Лей (1961) Италия Рено-ди-Лей 143 710 А Парагнейсы
Гепаш (стр.) Австрия — 150 650 к-н Валунная глина, гнейсы
Гешенеральп (1961) Швейцария Гешенер-Рейс 134 540 к-н Граниты, аллювий
Глен-Каньон (стр.) США Колорадо 216 475 А-Г Скальные породы
Гозензава (стр.) Япония Куробе 196 — Г Биотитовые граниты
Грандас-де-Салиме (1953) Испания Навия 135 252 г Сланцы
Гранд-Диксанс (1962) Швейцария Ди кс ан с 281 755 г Гнейсы, сланцы
Гранд-Кули (1942) США Колумбия 168 1270 г Граниты
Дез (стр.) Иран Дез 203 250 А Купольная Известняковые конгломе- раты
Дсц (стр.) Иран — 189 К Конгломераты
Ингурская (стр.) СССР Ингури 270 683 А Известняки, доломиты
Йеллоутайл (стр.) США Биг-Хорн 158 444 А Известняки
Кабрил (1954) Португалия Зезири 135 360 А Граниты
Канельес (1960) Испания Ногера-Ри багор- сана 151 — А Скальные породы
Канкано-ди-Фраэле (1956) Карсдж (1961) Италия Адда 173 440 А-Г Доломиты, известняки
Иран Каредж 180 390 А Диориты
Каунерталь (стр.) Австрия Каунерталь 150 — К-Н Рыхлые отложения
Красноярская (1970) СССР Енисей 118 1148 Г Граниты
Кугар (стр.) США Маккензи 155 490 к-н Базальты
саоэ'хскп^т
Куробе № 4 (1956) Япония Куробе 180 325 Г Граниты
Куробегава № 4 (1961) Япония Куробе 186 495 А Граниты
Льенн (1957) Швейцария Льенн 160 256 А Известняки
Люццоне 1964) Швейцария Бренно-ди-Люц- цоне 208 530 А Сланцы
Маникуагаи 5 (стр.) Канада Маникуагаи 226 1300 К Гранито-гнейсы
Мовуазен (1959) Швейцария Дранс-де-Бань 237 535 А Сланцы
Монтейнар (1962) Франция Драк 150 180 А Сланцы, известняки
Муари (1958) Швейцария Гугра 148 610 А Гнейсы
Нурекская (стр.) СССР Вахш 300 730 к-н Песчаники, алевролиты
Одайа (1930) США Одайа 161 254 А-Г Туфы, вулканические рио- литы, агломераты
Оровилл (стр.) США Физер 223 2068 3 Амфиболиты с включением гранитов, жилами кварца и кальцита
Пехлеви (1964) Иран Абе-Диз 197 210 А Скальные породы
Портидж-Маунтин (1965) Канада Пис-Ривер 182 2040 3 Песчаники, сланцы
Рогунская (стр.) СССР Вахш 345 680 К-3 Песчаники, алевролиты со- лен осн ые
Саяно-Шушенская (стр.) СССР Енисей 225 855 А-Г Кристаллические сланцы
Тинь (1953, Франция Изер 180 295 А Гнейсы, сланцы, кварциты
Токтогульская (стр.) СССР Нарын 205 280 А—Г Известняки
Усть-Илимская (стр.) СССР Ангара 105 1562 Г Диабазы
Хангри-Хорс (1952) США Саут-Флатхед 172 650 А-Г Известняки
Чарвакская (стр.) СССР Чирчик 154 720 к-н Известняки
Чигерос (1952) Турция Сакарья 168 385 к-н Габбро
Чиркейская (стр.) СССР Сулак 232 324 А Известняки
Основным сооружением каждого гидроузла является плотина,
которая строится из бетона, железобетона или местных строитель-
ных материалов — земляная (насыпная или намывная), каменно-
набросная, смешанная или каменная. По конструктивным осо-
бенностям их подразделяют на гравитационные, арочные и контр-
форсные.
Гравитационные плотины обычно имеют значительный вес и
высокое сопротивление сдвигу по подошве. К числу таких пло-
тин относят главным образом массивные бетонные и каменные,
хотя плотины земляные и каменнонабросные также называют гра-
витационными. Удельная нагрузка от гравитационных плотин на
их основание в зависимости от их высоты может измеряться мно-
гими десятками килограммов-силы на квадратный сантиметр. По-
этому такие плотины высотой более 25—30 м возводят преимуще-
ственно на скальных и полускальных горных породах.
Арочные плотины строят из бетона и железобетона в виде арки,
свод которой обращен в сторону верхнего бьефа, а пяты упираются
в борта долины. При этом усилия, передающиеся на береговые
упоры, могут достигать очень больших величин, например при
высоте плотины 200 м и более — нескольких миллионов тонн-
силы на каждый берег. Устойчивость таких плотин определяется
устойчивостью склонов речной долины. Обычно их строят в узких
каньонообразных долинах.
Контрфорсные плотины перекрывают речной поток бетонными
или железобетонными плитами или арками, которые со стороны
нижнего бьефа поддерживаются вертикальными массивными контр-
форсами, устойчивость последних и определяет устойчивость пло-
тины в целом.
Плотины высотой до 25 м считаются низконапорными, от 25
до 50 — средненапорнымн и более 50 м — высоконапорнымн. Ка-
талоги гидроузлов мира включают тысячи сооружений. На мно-
гих реках построены, строятся и проектируются до 8—12 гидро-
узлов, в результате чего реки превращаются в систему искусствен-
ных озер — водохранилищ. Например, в СССР такими являются
реки: Волга, Кама, Днепр и др. В табл. XI-1 приведен список *
наиболее высоких плотин мира, из которого видно, что крупные
сооружения имеют высоту до 250—300 м и более. Естественно,
что чем выше проектируемая плотина и создаваемый ею напор
воды, тем детальнее и тщательнее должны выполняться инже-
нерно-геологические изыскания для выбора места ее расположе-
ния и оценки условий строительства.
В зависимости от размеров, водности и гидрологического ре-
жима рек на них строят либо водонапорные плотины, либо водо-
удерживающие. Первые обычно возводят на многоводных реках
с более или менее зарегулированным стоком для создания напора
* Список не является полным, в нем приведены лишь примеры, показыва-
ющие какого уровня достигло гидротехническое строительство.
428
by <Nor6_ert
и использования таким образом реки для выработки электро-
иергии, улучшения судоходства и т. д. Вторые возводят для со-
здания водохранилищ и накопления в них воды, например при
весеннем половодье, и последующего ее расходования для различ-
ных целей по определенному графику. При инженерных изыска-
ниях для обоснования проектов таких плотин и водохранилищ
следует уделять большое внимание возможности различных не-
производительных потерь воды из водохранилищ — на фильтра-
цию под плотину, в обход ее и на тех или иных участках водо-
хранилищ. Нормальная работа таких сооружений определяется
целесообразным расходованием запасов воды в водохранилище.
Силы, действующие на плотину, и исходные
положения для проверки ее устойчивости. Плотины являются не
только важнейшими сооружениями гидроузлов, но и особыми
в том отношении, что постоянно испытывают отличающиеся от
других сооружений силовые воздействия — от собственного веса
п пригрузки воды, горизонтального давления воды верхнего бьефа,
1 идростатического взвешивания и гидродинамического давления
(рис. XI-12) и других временных и постоянных нагрузок (от давле-
ния льда, ветра, сейсмических волн и др.).
Собственный вес плотины р' и пригрузка воды р" на наклонные
и горизонтальные элементы образуют общую нагрузку р на ее
основание. Максимальное давление от собственного веса бетонных
и железобетонных плотин на основание при их высоте h = 50 м
ориентировочно достигает 12,5—15 кгс/см2 (1,2—1,5 МПа), при
h = 100 м — 25—30 кгс/см2 (2,5—3 МПа), при h = 200 м — 50—
60 кгс/см2 (5—6 МПа) и при большей высоте плотин — до 90 кгс/см?
(до 8—9 МПа). Давление от плотин из местных строительных мате-
риалов меньше, так как плотность горных пород в теле плотин
имеет меньшее значение, чем плотность бетона или железобетона.
Из этих данных видно, что нагрузки на горные породы основа-
ний плотин могут достигать значений, превышающих несущие
способности многих разностей полускальных пород средней и ма-
лой прочности, а также рыхлых несвязных и мягких связных [30].
Вот почему крупные сооружения возводят только на скальных и
прочных полускальных породах.
Если нагрузка на основание сооружения площадью F равна р,
то среднее напряжение (давление)
ст = p/F.
Так как напряжения в горных породах основания сооружений рас-
пространяются под углом а к вертикали (рис. XI-13), то напряже-
ние на любой глубине /гх
о = (р + pi)/b',
где b' — b + 2/гх tga; pt — вес призмы горных пород в основа-
нии сооружения высотой ht, рг — yhx Ь- = (b + hx tga);
7 — плотность горных пород в основании сооружения.
429
Отсюда
о.
Р +A(b+Ai tg q)
Ь -}- 2A, tg a
Напряжение ot на глубине ht на любой слой, зону, пачку гор-
ных пород не должно превышать их несущих способностей.
Давление воды If' на 1 м длины плотины определяется по из-
вестной из гидротехники формуле
•в I)
На — глубина воды в верхнем
где уг, — плотность воды; Нв и
и нижнем бьефах.
Рис. X1-12. Схема сил, действующих на плотину.
Ни и ~ глубина воды в верхнем и нижнем
бьефах; Р — общая действующая нагрузка
от плотины иа ее основание; W — горизонталь-
ное давление воды верхнего бьефа; N — проти-
водавление, обусловленное гидростатическим
взвешиванием (^гд) и гидродинамическим
давлением (^гд)1 Н—действующий напор на
плотину.
Рис. X1-I3. Простейшая схема для
определения распределения напряже-
ний на любой слой горных пород
основания плотины.
Эти горизонтальные давления воды на плотину могут изме-
ряться десятками килограммов-сил на квадратный сантиметр
в зависимости от величины действующего напора. Под дей-
ствием давления воды плотина может сдвинуться по породам
основания (поверхностный сдвиг) или по поверхностям и зонам
ослабления в их толще (глубинный сдвиг). Условия устойчивости
плотины на сдвиг определяют по уравнению
W = f(p-N)-]-c,
где W — общее суммарное горизонтальное давление воды на пло-
тину кгс/см2 (см. рис. XI-11); р — общая нагрузка от плотины на
породы основания, кгс/см2; N — противодавление воды на плотину,
кгс/см2; f — коэффициент сдвига или коэффициент внутреннего тре-
ния горных пород; с — удельное сцепление бетона с породами или
горных пород, к1с/см2.
430
Из инженерной петрологии 1301 известно, что коэффициент
сдвига бетона по скальным породам достигает 0,65—0,70, по полу-
скальным — изменяется от 0,3 до 0,50—0,55. Коэффициент вну-
треннего трения рыхлых несвязных пород изменяется от 0,25 до
0,60, а мягких связных — от 0,15 до 0,35.
Под действием напора верхнего бьефа происходят инфильтра-
ция воды в породы основания и ее движение под плотиной и в об-
ход. Вода, фильтрующаяся в горных породах основания и бере-
говых примыканий сооружения, создает фильтрационное давление
(противодавление) на подошву плотины и горные породы ее осно-
вания. В первом случае сооружение облегчается, взвешивается,
как бы всплывает, и его устойчивость на сдвиг уменьшается. Во
втором случае может произойти выпор пород из-под плотины
или их оползание в примыканиях в нижнем бьефе, развитие суф-
фозии или выщелачивания растворимых составляющих горных
пород и развитие карста. Все это также может обусловить наруше-
ние устойчивости сооружения. Кроме того, могут происходить зна-
чительные потерн воды на фильтрацию под плотиной и в обход ее.
Фильтрационное давление (противодавление) М возникает
в любых горных породах. Значение его в отдельных точках по по-
дошве плотины убывает от ее верхней грани к нижней и может
быть представлено графически в виде эпюры, показанной на
рис. XI-12. Эта эпюра складывается из прямоугольника высо-
той 7/н, выражающего гидростатическое взвешивающее давление
воды и'4д, и треугольника высотой Н, отражающего собственно
фильтрационное гидродинамическое давление £)гд и его умень-
шение в связи с потерей напора при фильтрации воды.
Давление воды снизу на подошву плотины шириной b и еди-
ницу ее длины равно
W = уЬ(Ни + а^Н/2),
где ал — коэффициент, характеризующий потерю напора воды
при ее фильтрации под плотиной или в обход ее. При возведении
плотин на скальных породах уравнение для расчета величины
фильтрационного давления имеет вид.
(V = a2yb (Ни + ал Н/2),
где а2 — коэффициент, выражающий долю площади подошвы пло-
тины, на которую собственно передается давление воды (за выче-
том площади плотного сцепления плотины с основанием). В ин-
женерной практике коэффициент а2 при возведении плотин на рых-
лых несвязных и мягких связных породах принимают равным
единице. При возведении плотин на скальных и полускальных поро-
дах его принимают равным в зависимости от степени их трещино-
ватости от 0,3—0,4 для первых и до 0,5—0,75 — для вторых. При
проектировании плотин обычно предусматривают разнообразные
431
www.tvvtrpx.coTO
конструктивные мероприятия для уменьшения фильтрационного
давления.
Таким образом, на плотину действуют следующие главные силы:
горизонтальная W, вертикальная р, ориентированная сверху вниз,
и вертикальная N, ориентированная снизу вверх. Под влиянием
этих сил в горных породах основания и примыканий плотины воз-
никают повышенные, дополнительные к природным, напряжения,
которые могут вызвать следующие виды нарушений устойчивости
сооружения:
1) сдвиг силой W по контакту с подошвой сооружения (поверх-
ностный сдвиг), по поверхностям или зонам ослабления в подсти-
лающих неоднородных породах или при преодолении сил внутрен-
него трения и сцепления рыхлых несвязных и мягких связных
пород (глубинный сдвиг);
2) сдвиг вследствие «всплывания» сооружения вверх под воз-
действием гидростатического взвешивающего давления №гд и
фильтрационного гидродинамического давления £>гд и соответ-
ственно значительного снижения сопротивления горных пород
сдвигу;
' 3) опрокидывание сооружения силами W и Лг вокруг низового
ребра;
4) осадку значительную и неравномерную под влиянием силы р;
5) потерю устойчивости в результате развития суффозии в гор-
ных породах основания, выщелачивания из них растворимых
составляющих и развития карста, размягчения пород или их вы-
пора в нижнем бьефе под влиянием силы /V;
6) потерю устойчивости в результате развития оползневых и
других явлений таких же, как и в породах основания, но на участ-
ках примыканий плотины к бортам долины, под влиянием сил PuN;
7) потерю устойчивости под влиянием резкого увеличения дав-
ления воды на плотину при катастрофических паводках, давлении
селевых выносов и сейсмических ускорений при изменении сейсми-
ческой активности территорий после наполнения водохранилищи;
8) нарушения нормальных условий работы плотины и всего
гидроузла в связи со значительными потерями воды на фильтра-
цию в основании плотины и в ее обход.
При возможном развитии каких-либо из перечисленных видов
явлений для оценки инженерно-геологических условий строитель-
ства плотин следует производить проверку их устойчивости. Для
этого при инженерных изысканиях необходимо выявлять причины
и условия возможных деформаций сооружений, составлять расчет-
ные схемы — типичные геологические разрезы, позволяющие про-
изводить соответствующие расчеты — проверки, и определять по-
казатели свойств горных пород (плотности, прочности, деформи-
руемости, водопроницаемости) для оценки возможности развития
тех или иных явлений.
Для обеспечения эксплуатационной надежности, долговечности
и экономичности гидротехнических сооружений при их проектиро-
432
папин СНиП [54 ] рекомендуют производить: а) оценку инженерно-
1 оологических условий площадки строительства с составлением
модели основания; б) оценку несущей способности основания и
устойчивости сооружения; в) оценку местной прочности основа-
ния; г) оценку устойчивости естественных и искусственных скло-
нов и откосов; д) определение величины перемещения сооружения
вследствие деформируемости основания; е) определение напряже-
нии на контакте сооружения с основанием; ж) оценку фильтра-
ционной прочности основания, противодавления воды и фильтра-
ционного расхода; з) разработку инженерных мероприятий, спо-
собствующих повышению несущей способности оснований, обес-
печивающих долговечность и устойчивость сооружений.
Все эти рекомендации выполнимы при условии детального изу-
чения инженерно-геологических условий строительной площадки,
места расположения каждого сооружения гидроузла и получения
достоверных и надежных данных о горных породах оснований
сооружений и примыканий плотины.
Требования к горным породам основания
плотин. Описание условий работы плотин показывает, что в гор-
ных породах их оснований и примыканий возникают повышенные
сжимающие и сдвигающие или скалывающие напряжения и филь-
трационное давление воды. Поэтому горные породы, выбранные
в качестве естественных оснований и примыканий плотины, должны
обладать: 1) достаточным сопротивлением сжатию, гарантирую-
щим сооружение от повышенных и неравномерных осадок; 2) до-
статочным сопротивлением сдвигу — скалыванию на контакте
с подошвой сооружений, по поверхностям и зонам ослабления
в неоднородных породах и достаточно высоким внутренним тре-
нием рыхлых и связных пород, гарантирующими устойчивость
сооружений; 3) устойчивостью, т. е. способностью сохранять свое
физическое состояние, прочность и незначительную деформируе-
мость, несмотря на размягчающее, растворяющее и размываю-
щее воздействия на них воды, температурные колебания воды и
воздуха, значительные и длительные силовые воздействия; 4) по-
вышенной плотностью и малой водопроницаемостью, исключаю-
щими опасные потери воды на фильтрацию в основании плотины
и в ее обход, развитие фильтрационных деформаций (суффозия,
выпор и др.), снижающих устойчивость сооружений и не требую-
щих в соответствии с перечисленными обстоятельствами выпол-
нения значительных объемов работ по устройству противофильтра-
ционных и дренажных мероприятий.
Таковы главные требования к горным породам оснований и
примыканий плотин. Они показывают, что при инженерных изы-
сканиях следует уделять большое внимание всестороннему изуче-
нию горных пород полевыми и лабораторными методами, которое
в конечном итоге должно быть направлено на оценку их проч-
ности, деформируемости, устойчивости, водопроницаемости и на
прогноз возможных изменений этих свойств.
15 В. Д Ломтадзе
433
•tWirpX.COK)
Строительство плотин па скальных и полу-
опальных горных породах. Характерной тенденцией в развитии
гидротехнического строительства последних двух-трех десятиле-
тий в СССР, как и в других странах, является проектирование и
строительство крупных гидроузлов с гравитационными, арочно-
гравитационными и арочными плотинами высотой от 100—150 до
300 м и выше (Рогунская ГЭС). Строительство таких плотин, как
следует из сказанного, допустимо только на скальных и полу-
скальных породах, преимущественно в горно-складчатых районах,
имеющих резкопересеченный рельеф и речные долины большой
глубины. Поэтому проблема строительства плотин на скальных и
полускальных породах одновременно является проблемой возве-
дения их в сложных в тектоническом отношении горно-складчатых
областях, во многих случаях с повышенной сейсмической актив-
ностью. И хотя этой проблеме в настоящее время уделяется очень
большое внимание, многие вопросы, связанные с нею, пока еще
не решены.
Тенденция строительства высоких и сверхвысоких плотин не
означает, что сокращается строительство низко- и средненапср-
ных. Наоборот, организация питьевого и технического водоснабже-
ния, широкое развитие мелиорации и орошения земель и другие
задачи рационального использования водных ресурсов вызывают
необходимость проектирования и строительства малых и средних
сооружений.
Оценка скальных и полускальных горных
пород как оснований гидротехнических сооружений. Скальные
горные породы генетически подразделяются на магматические
массивнокристаллические, метаморфические массивно- и слоисто-
кристаллические и осадочные прочно-сцементированные.
Полускальные отличаются от скальных несколько понижен-
ными показателями физико-механических свойств вследствие
особенностей их состава, строения и физического состояния (тре-
щиноватость, выветрелость и др.). К этой группе горных пород
относятся: 1) магматические, метаморфические и осадочные про-
чно-сцементированные, характеризующиеся повышенной трещи-
новатостью и выветрелостью; 2) обломочные слабосцементиро-
ванные; 3) глинистые высокой степени литификации; 4) органо-
генные и органогенно-химические (карбонатные и кремнистые);
5) пирокластические и эффузивно-осадочные сцементирован-
ные.
Описание и общая инженерно-геологическая оценка скальных и
полускальных пород приведены в «Инженерной петрологии» [30 ].
Поэтому здесь обратим внимание только на следующее.
Скальные породы являются наиболее совершенными осно-
ваниями для гидротехнических сооружений вообще и для наи-
более ответственных из них — плотин в частности. Они от-
личаются высокой прочностью и устойчивостью, малой деформи-
руемостью и слабой водопроницаемостью. Участки распростране-
434
пия таких пород наиболее благоприятны для строительства любых
сооружений без существенных ограничений и часто без применения
сложных инженерных мероприятий по обеспечению их устойчи-
вости и нормальных условий строительства и эксплуатации.
Полускальные породы отличаются от скальных меньшей проч-
ностью и устойчивостью, большей деформируемостью, значитель-
ной или высокой водопроницаемостью. Для таких пород важно
оценивать не только мгновенную, но и длительную прочность.
Они часто значительно трещиноваты, а карбонатные породы ка-
вернозны, хотя и имеют высокую прочность в образце. Полу-
скальные породы обычно отличаются большой неоднородностью
и анизотропностью. Участки их распространения в большинстве
случаев благоприятны для строительства ответственных гидро-
технических сооружений, но нередко при этом требуется соблю-
дение определенных ограничений и применение сложных противо-
фильтрационных и других инженерных мероприятий для обеспе-
чения их устойчивости и нормальных условий строительства и
эксплуатации.
Главнейшие особенности скальных и полу-
скальных пород, определяющие условия строительства на них
гидротехнических сооружений. В скальных и полускальных гор-
ных породах, выступающих на поверхность земли в долинах рек
или вскрываемых горными выработками, котлованами и выем-
ками, можно наблюдать следующие важнейшие особенности и
явления, влияющие на условия строительства на них сооружений:
1) неоднородность, обусловленную переслаиванием пород различ-
ного петрографического состава, физического состояния и свойств,
а также связанную с их изменениями по простиранию при фаци-
альных изменениях и замещениях, с той или иной степенью их
дислоцировапности и образованием складок различной формы;
2) повышенное по сравнению с гравитационным напряжение
и неравномерное его распределение по глубине и простиранию
пород, а иногда его концентрацию в отдельных зонах; 3) расчле-
нение на крупные тектонические блоки региональными и дру-
гими тектоническими нарушениями, сопровождающимися участ-
ками и зонами милонитизации, брекчирования, дробления; 4) на-
рушения сплошности в результате развития трещин, их систем
и других полостей; 5) разуплотнение вследствие разгрузки и
образование зоны разуплотнения — зоны трещин упругого от-
пора; 6) изменения минерального состава, плотности и прочности
пород в пределах отдельных участков и зон под воздействием гидро-
термальных растворов и жильных образований и формирование
участков и зон ослабления; 7) выветривание на ту или иную глу-
бину, неодинаковую по створу плотины.
В скальных и полускальных горных породах наблюдаются
и другие явления, но перечисленные встречаются наиболее часто
и являются определяющими при оценке условий строительства
на них сооружений. Кроме того, именно они обычно определяют
15* 435
важнейшие черты геологического
строения участков, сложенных
скальными и полускальными по-
родами.
В скальных горных породах,
обладающих большой монолит-
ностью, высокой и очень высо-
кой прочностью, неоднородность,
обусловленная их сланцеватостью,
полосчатостью, слоистостью и
другими структурными и текстур-
ными особенностями, а также
пликативной дислоцированпостыо,
при оценке их как оснований со-
оружений имеет подчиненное зна-
чение, тогда как для полускаль-
ных — очень большое.
Особенно важное значение при
оценке полускальных пород имеет
их неоднородность, обусловленная
слоистостью, т.е. переслаиванием
разностей пород, различных по
петрографическому составу, фи-
зическому состоянию и свойствам,
при которой выделяются слои,
зоны и поверхности ослабления,
обладающие малой прочностью,
повышенной или высокой дефор-
мируемостью и водопроницае-
мостью. В зависимости от прост-
ранственной их ориентации (ази-
муты простирания и падения) по
отношению к действующим силам
и напору воды изменяются усло-
вия строительства сооружений,
их устойчивости и эксплуатации
(рис. Х1-14).
Горизонтальное и пологона-
клонное залегание переслаиваю-
щихся пород (рис. XI-14, а, б)
обусловливает повышенные осадки
сооружений за счет уплотнения от-
дельных слоев, возможность сдви-
га плотины по ослабленным по-
верхностям и слоям и фильтрацию
вбды по водопроницаемым породам.
Крутое моноклинальное зале-
гание пород или расположение
436
сооружения в пределах крутого крыла синклинальной складки
(рис. XI-14, в, г) благоприятствует его сдвигу по поверхностям
и ослабленным слоям и усилению фильтрации воды под соору-
жением.
В зоне свода антиклинальной складки переслаивающихся
пород (рис. XI-14, д, ё) обычно наблюдается повышенная трещи-
новатость и раздробленность, что неблагоприятно влияет на устой-
чивость сооружения (неравномерные осадки, сдвиг) и способствует
усиленной фильтрации воды под плотиной и в обход ее примыка-
ний по водопроницаемым слоям и трещинам.
Простирание складчатых структур вдоль речной долины
(рис. XI-14, ж, з) часто предопределяет нарушение устойчивости
ее склонов и усиление фильтрации воды по отдельным слоям и
толщам в обход примыканий плотины. Наклонное залегание пере-
слаивающихся пород в сторону верхнего бьефа плотины
(рис. XI-14, и), при прочих равных условиях, наиболее благо-
приятно для ее устойчивости и препятствует фильтрации воды
под сооружением и в его обход.
Все это указывает на необходимость при детальных инженер-
ных изысканиях выявлять и прослеживать слои, зоны и поверх-
ности ослабления, достоверно отображать их на картах и геоло-
гических разрезах и давать им соответствующую количественную
оценку с помощью показателей прочности, деформируемости и
водопроницаемости.
Из «Инженерной петрологии» [30] известно, что горные по-
роды в условиях естественного залегания в земной коре находятся
в напряженном состоянии. На это указывают землетрясения,
неотектонические движения, проявления различных динамических
форм горного давления в горных выработках (стреляние, выбросы
угля и газа, горные удары), разуплотнение горных пород, появле-
ние отдельных трещин, их систем и целых зон трещин упругого
отпора в горных породах при разгрузке, аномально высокое пла-
стовое давление на нефтяных и газовых месторождениях и, на-
конец, непосредственные измерения напряжений в горных по-
родах. За последние 10—15 лет в разных странах выполнено
методом разгрузки (см. гл. IV) более 30 тысяч замеров напряжений
в горных породах [Булин Н. К., 1973 г.].
Можно считать доказанным, что напряженное состояние гор-
ных пород в земной коре в условиях их естественного залегания
имеет геологическую природу и связано с существованием гло-
бального поля напряжений, обусловленного преимущественно
современным сжатием Земли. Это поле напряжений неоднородно
не только по природе сил, его вызывающих (гравитационных,
тектонических и др.), но и по ориентировке в пространстве их
составляющих. Во многих случаях оно характеризуется анизо-
тропией горизонтальных сжимающих напряжений [Кропот-
кин П. Н., 1971, 1973 гг. ].
437
.tWirpX.COTO
На величину всех составляющих поля напряжений, особенно
горизонтальных, огромное влияние оказывают петрографические
особенности горных пород и их физико-механические свойства,
т. е. их принадлежность к той или иной группе по инженерно-
геологической классификации, структурно-тектоническое поло-
жение в земной коре, дислоцированность, выветрелость и другие
факторы, которые возможно еще не выявлены. Кроме того, на
изменение и перераспределение напряжений в горных породах
оказывают влияние расположение региональных тектонических
нарушений и разгрузка пород, возникающая вследствие процессов
денудации, эрозионных врезов и при вскрытии их горными выра-
ботками.
Распределение избыточных горизонтальных напряжений в гор-
ных породах земной коры показывает, что они связаны преиму-
щественно с областями активных новейших и современных текто-
нических движений. Поэтому нельзя считать эти напряжения
«остаточными», сохранившимися от более отдаленных геологи-
ческих эпох [Кропоткин П. Н., 1973 г.]. Связь этих напряжений
с позднекайнозойскими тектоническими движениями подтвер-
ждается также временем релаксации упругих напряжений в верх-
них консолидированных слоях земной коры, которое значительно
меньше продолжительности четвертичного периода *.
При оценке территорий в инженерном аспекте в первую оче-
редь необходимо учитывать, какой комплекс горных пород выде-
ляется в геологическом разрезе — четвертичных отложений, по-
кровных недислоцированных пли складчатого фундамента (см.
гл. II). Обобщения данных измерений напряжений в горных по-
родах показывают, что избыточные горизонтальные напряжения
наблюдаются повсеместно на всех континентах, главным образом
в горных породах складчатого фундамента платформ, т. е. в по-
родах преимущественно твердых — скальных, независимо от
их возраста.
Как отмечает П. Н. Кропоткин [1970 г.], в распределении из-
быточных горизонтальных напряжений не наблюдается разницы
между областями с различными геоморфологическими условиями
(равнинные, горные и др.) и, наоборот, повсеместно отмечается
их связь с ориентировкой сжимающих напряжений позднекайно-
зойской складчатости. Во всех этих случаях они характеризуются
резкой анизотропией: горизонтальные напряжения по осям х
и у могут различаться в десятки раз.
Характерно, что в горных выработках, где наблюдаются ди-
намические проявления горного давления, напряжения достигают
размеров, близких к пределу прочности горных пород. Высокие
напряжения в горных породах часто связывают с дпфференци-
* В «Инженерной петрологии» [1970 г.] такие напряжения названы оста-
точными. Новые материалы исследований эти представления уточняют, на что
автор обращает внимание читателей.
438
ровапными подвижками отдельных блоков земной коры вдоль
тектонических зон, сопровождающимися землетрясениями. Эти
подвижки являются причиной концентрации напряжений в от-
дельных золах и очагах.
В распределении избыточных горизонтальных напряжений
в кристаллических породах фундамента платформ шведским
ученым Н. Хастом [1965 г.] была установлена и другая законо-
мерность. Горизонтальная составляющая поля напряжений уве-
личивается с глубиной и на каждом данном уровне обычно в не-
сколько раз превышает вес перекрывающих горных пород. Эта
закономерность теперь подтверждается повсеместно материалами
непосредственных измерений напряжений. Уменьшение избы-
точных напряжений к поверхности земли можно объяснить их
релаксацией в зонах повышенной трещиноватости, а иногда и
некоторой выветрелостью горных пород.
Распределение напряжений в горных породах осадочного
чехла древних и молодых платформ, т. е. в породах преимущест-
венно относительно твердых — полускальных, рыхлых несвяз-
ных и мягких связных, иное, чем в кристаллических породах
фундамента. Вертикальная составляющая регионального поля
Земли в таких породах полностью определяется нагрузкой выше-
лежащих пород. Вертикальные напряжения линейно возрастают
с глубиной и соответствуют гравитационным напряжениям, рас-
считанным по данным средней плотности вышележащих горных
пород. Такое изменение напряжений, как правило, хорошо кон-
тролируется показателями физического состояния и свойств
горных пород — их плотности, пористости, влажности, прочности,
зависящими от степени их литификации [Ломтадзе В. Д., 1955 г. ],
и только в отдельных аномальных случаях такого соответствия
не наблюдается в связи с особыми геохимическими условиями.
Таким образом, повышенные и высокие тектонические напря-
жения могут наблюдаться на участках новейших и современных
тектонических движений преимущественно в скальных и полу-
скальных горных породах. Эти напряжения при вскрытии горных
пород выработками могут вызывать интенсивные, внезапные,
опасные динамические проявления горного давления. В речных
долинах при разгрузке горных пород эрозионными процессами
возникают явления их разуплотнения, образования трещин и зон
упругого отпора и соответственно поверхностей и зон ослабления
в породах, зон повышенной деформируемости, водопроницае-
мости и местного повышения сейсмичности при землетрясениях.
Все эти явления существенно влияют на условия строительства
сооружений, их устойчивость и поэтому должны детально изу-
чаться при инженерно-геологических изысканиях на строительной
площадке.
Территории — участки земной коры, сложенные скальными
и нолускальиымп горными породами, нередко бывают расчленены
на крупные блоки региональными и другими тектоническими раз-
430
WW.t^VirpX.COTO
рывами — нарушениями. Поэтому различные участки долины мо-
гут занимать соответствующее структурно-тектоническое поло-
жение, а проектируемые сооружения располагаться в пределах
отдельных блоков пли их сочетаний.
В активно-подвижных поясах Земли, каковыми являются
альпийские горно-складчатые области, отдельные тектонические
блоки испытывают новейшие и современные тектонические дви-
жения. Это либо медленные дифференцированные движения,
либо резкие интенсивные колебательные движения — землетря-
сения, интенсивность которых достигает 7—8—9 баллов, а маг-
нитуда — 6 и выше. Естественно, что при расположении соо-
ружений в зоне влияния таких тектонических сейсмогенных на-
рушений исключительно важна их инженерно-геологическая оцен-
ка. Для характеристики и оценки тектонических нарушений можно
пользоваться следующей их классификацией (табл. XI-2)
Таблица XI-2
КЛАССИФИКАЦИЯ ТЕКТОНИЧЕСКИХ НАРУШЕНИЙ
(СНиП 11 — 16—76. ОСНОВАНИЯ ГИДРОТЕХНИЧЕСКИХ СООРУЖЕНИЙ)
Тектонические нарушения Протяженность нарушений Мощность зон дробления
Разрывы I порядка — глубинные, сейсмо- генные Разрывы II порядка — глубинные, частично сейсмогенные Разрывы III порядка Разрывы IV порядка Мелкие разрывы и крупные трещины Сотни и тысячи кило- метров Десятки и сотни кило- метров Единицы и десятки ки- лометров Сотни и тысячи метров Десятки и сотни метров Сотни и тысячи метров Единицы и десятки ме- тров Единицы и десятки ме- тров Десятки и сотни санти- метров Десятки сантиметров
В «Инженерной геодинамике» [32] уже обращалось внимание
на то, что при создании крупных глубоких водохранилищ, вызы-
вающих искусственное обводнение горных пород в активных тек-
тонических зонах, резко повышается сейсмическая активность
прилегающих территорий, достигающая порой катастрофических
масштабов. Тектонические нарушения, особенно крупные, по-
стоянно сопровождаются участками и зонами милонитизации,
брекчированпя и дробления пород. Поэтому явление расчленения
скальных и полускальных пород на тектонические блоки имеет
большое значение также в связи с образованием участков и зон
разрушения пород, которые могут явиться причиной малой устой-
чивости склонов долин, большой деформируемости пород, мест-
ного повышения сейсмичности, сосредоточенной фильтрации воды,
большой обводненности пород, а также они могут служить путями
Подъема из недр Земли термальных вод.
440
Все это приводит к необходимости детального изучения струк-
турно-тектонического положения отдельных участков речных
долин, т. е. расположения крупных тектонических нарушений,
обусловливающих развитие заметной и значительной неоднород-
ности геологического строения (см. гл. 1).
В пределах каждого тектонического блока монолитность —
сплошность скальных и полускальных горных пород обычно нару-
шена трещинами, их системами и другими полостями различных
фаз тектогенеза. Эта нарушенность может быть различной — от
малой до значительной. В соответствии с этим изменяются размеры
отдельностей пород, модули трещиноватости, коэффициенты тре-
щинной пустотности, удельные водопоглощенпя и другие показа-
тели их строения и свойств [30]. Она может быть также неравно-
мерной по площади и на глубину, соответственно и степень вну-
тренней неоднородности каждого тектонического блока может
характеризоваться неодинаково: развитием отдельных трещин,
участков некоторого сгущения трещин и образованием зон по-
вышенной трещиноватости. Это всегда указывает на то, что о мо-
нолитности (сплошности) тектонических блоков скальных и осо-
бенно полускальных пород можно говорить только условно. Если
при этом учесть еще морфологические особенности трещин, сте-
пень их раскрытое™, наличие, состав и состояние заполнителя
и др. [30], то условность представлений о монолитности —
сплошности скальных и полускальных пород будет еще более
очевидной, так как их податливость при воздействии нагрузки
и ее неравномерность различные на разных участках.
Скальные породы вследствие большей монолитности, меньшей
трещиноватости и развитая в них преимущественно скрытых и
закрытых трещин обладают малой податливостью, модуль общей
деформации их больше 100 000 кгс/см2, а линейная зависимость
деформаций устанавливается в пределах большого интервала на-
грузок (гл. VIII, рис. VII1-9). Поэтому эта породы следует рассмат-
ривать как линейно деформируемую среду — условно-сплошную.
Полускальные породы в этом отношении существенно отли-
чаются от скальных. Они обычно более трещиноваты, более по-
датливы, неоднородны и анизотропны. Поэтому только менее
ослабленные их разности, с модулем общей деформации более
20 000 кгс/см2, приближаются к условно-сплошной среде. Ослаб-
ленные их разности по тем или иным причинам (особенности со-
става, трещиноватость, выветрелость и др.), имеющие модуль
общей деформации менее 20 000 кгс/см2, часто нельзя рассматри-
вать как условно-сплошную среду, так как их податливость нео-
динакова на отдельных участках и по глубине вследствие относи-
тельных перемещений отдельных частей породы под нагрузкой.
Итак, если горные породы расчленены крупными тектониче-
скими нарушениями на крупные блоки и эти нарушения сущест-
венно определяют геологическое — тектоническое строение участ-
ка в целом, то трещиноватость существенно определяет внутреннее
441
ww.t-wirpx.cein
строение отдельных блоков, сложенных твердыми и относительно
твердыми горными породами. Описание влияния трещиноватости
на свойства горных пород и развитие геологических процессов,
их происхождение, способ образования, методы изучения и коли-
чественные показатели степени трещиноватости приведены в соот-
ветствующих разделах «Инженерной геологии» [30] и частично
выше, в гл. III и IV. Поэтому здесь остановимся только на неко-
торых вопросах, непосредственно влияющих на оценку условий
строительства и устойчивости гидротехнических сооружений.
Ориентировка трещин и их систем так же, как зон и поверх-
ностей ослабления горных пород, в основании плотины и ее при-
мыканиях относительно действующих сил и напоров воды может
быть неблагоприятной. Трещины и их сочетания, ориентирован-
ные в сторону нижнего бьефа плотины, как и трещины горизон-
тальные и пологонаклонные, влияют на устойчивость сооружения
на сдвиг, а также могут обусловить значительные потери воды
на фильтрацию под плотиной и развитие фильтрационных дефор-
маций. Горизонтальные и пологонаклонные трещины обусловли-
вают податливость пород при действии на них нагрузки соору-
жения и особенно высоких гравитационных плотин, арочно-гра-
витационных и контрфорсных. Трещины и их сочетания, ориен-
тированные вдоль долины реки, существенно влияют на устой-
чивость склонов на участках примыканий плотин, на фильтрацию
воды в обход их и развитие фильтрационных деформаций. Тре-
щины, ориентированные вкрест простирания долины, оказывают
влияние на податливость пород в их бортах под воздействием дав-
ления арочных плотин.
Следовательно, для оценки влияния трещиноватости пород на
условия строительства сооружений и их устойчивость ее надо изу-
чать по характерным направлениям и сечениям и по ним оценивать
характеристики сопротивления сдвигу, деформируемости и водо-
проницаемости пород [30]. При этом необходимо давать оценку
влияния не только систем трещин, но часто и индивидуально от-
дельных опасных трещин и их сочетаний. В соответствии с этим
их надо выявлять, прослеживать и отображать на планах, картах
и геологических разрезах. Такие детальные геологические раз-
резы по оси плотины, для отдельного ее участка или секции, участ-
ка каждого примыкания, каждого сооружения гидроузла бу-
дут являться расчетными схемами для проверки их устойчивости
и выбора необходимых инженерных мероприятий для ее повыше-
ния.
Как было отмечено выше, в крепких породах, особенно скаль-
ных, могут проявляться повышенные и высокие тектонические и
гравитационные напряжения. В речных долинах при разгрузке
горных пород эрозионными процессами и в горных выработках
при их разработке возникают явления разуплотнения, образования
трещин и зон трещиноватости упругого отпора 130]. Такие тре-
щины возникают в результате упругого расширения пород, со-
442
провождающегося их разрывом, раскрытием скрытых и закрытых
трещин.
Таким образом в зоне разуплотнения возникает система тре-
щин, ориентированных главным образом параллельно разгружа-
ющейся поверхности пород. В этой зоне заметно изменяются мо-
нолитность пород, плотность, водопроницаемость, скорость рас-
пространения упругих волн и сейсмическая жесткость, деформи-
руемость и т. д. Трещины разгрузки создают поверхности и зоны
ослабления, по которым нарушается устойчивость пород, снижа-
ется их сопротивление сдвигу, возникают подвижки блоков ополз-
невого типа или образуются вывалы. Свидетельством разуплот-
нения пород и ослабления напряжений является горное давление
в подземных выработках и другие явления. Мощность зоны
разуплотнения в скальных и полускальных горных породах по
контурам речных долин изменяется от 15 до 50 м. Зона разуплот-
нения вокруг подземных выработок не превышает 3—5 их макси-
мальных поперечных сечений.
Таким образом, во многих случаях основанием или средой для
гидротехнических сооружений могут служить разуплотненные
горные породы зоны разгрузки. Поэтому при детальных инже-
нерных изысканиях для обоснования проектов сооружений, воз-
водимых на скальных или полускальных горных породах или
в них, необходимо учитывать их разуплотнение, точно определять
мощность зоны разуплотнения и детально изучать состояние и
свойства пород этой зоны. Рекомендуется [60, 62 ] в пределах
зоны разуплотнения пород выделять подзоны: сжатия — дефор-
маций в основании проектируемых сооружений; воздействия
фильтрационного потока; ослабления устойчивости склонов.
Физико-механические свойства скальных и полускальных по-
род могут существенно изменяться под влиянием вторичных про-
цессов — гидротермальных и выветривания [30 ]. Породы, из-
мененные гидротермальными процессами, обычно имеют локаль-
ное распространение, т. е. на отдельных участках или в пределах
определенных зон. Однако изменения свойств таких пород могут
распространяться на большие глубины (сотни метров) и проявлять-
ся двояко. В одних случаях происходят повышение их плотности,
уменьшение пористости, они становятся монолитными, повышается
их прочность. В других — под влиянием гидротермальных
растворов происходят разложение породы, вынос неустойчи-
вых компонентов, уменьшение ее плотности, повышение пори-
стости и снижение прочности. Образуются участки и зоны ослаб-
ления пород, которые представляют большой интерес при ин-
женерно-геологической оценке условий строительства сооружений.
Выявление и оконтуривание таких ослабленных участков и зон
являются важнейшими задачами при инженерных изысканиях.
Физико-механические свойства скальных и полускальных по-
род существенно изменяются и при выветривании. В «Инженерной
петрологии» [30] уже было показано, что при выветривании из-
443
vwv? .Шшрх.сото
меняются внешний облик пород, их состав, физическое состояние
и свойства. Выветривание, в отличие от гидротермальных процес-
сов, приводит к изменению пород и их свойств на больших пло-
щадях, т. е. имеет региональное распространение, но развивается
главным образом в приповерхностных горизонтах Земли. Поэ-
тому при проектировании и строительстве гидротехнических соо-
ружений с такими изменениями пород приходится встречаться
значительно чаще.
В зависимости от степени выветрелости пород можно разли-
чать определенные стадии их изменения, а в зоне выветривания
выделять подзоны. В соответствии с этим и свойства пород — плот-
ность, пористость, водопроницаемость, прочность, крепость, де-
формируемость — изменяются в зависимости от степени их вы-
ветрелости. В зоне выветривания резко уменьшаются скорости рас-
пространения продольных волн, сейсмическая жесткость пород
и снижается сейсмоустойчивость сооружений. Выветривание,
в отличие от гидротермальных процессов, всегда ведет к разру-
шению и разрыхлению пород, в результате чего скальные породы
переходят в полускальные, а при дальнейшем разрушении — в рых-
лые несвязные или мягкие связные. Поэтому при проектировании
сооружений на скальных и полускальных породах зону их актив-
ного выветривания обычно считают зоной съема, мощность кото-
рой иногда бывает очень большой — до 10—12 м и более. Известны
примеры, когда основание плотины врезалось до плотных скаль-
ных пород на глубину до 44,5 м (плотина Шрэ в Швейцарии).
Для оценки степени выветрелости скальных и полускальных
пород теперь кроме всех геологических признаков и показателей,
приведенных в «Инженерной петрологии» [30], принято исполь-
зовать также специальный показатель — коэффициент выветре-
лости, представляющий собой отношение плотности выветрелого
образца породы к плотности невыветрелого образца той же по-
роды [54 ]. По этому показателю основания сооружений из скаль-
ных и полускальных пород подразделяют на невыветрелые
(монолитные), слабовыветрслые (трещиноватые), выветрелые и силь-
новыветрелые (табл. XI-3). Сильновыветрелые, а также выветре-
лые породы рекомендуется удалять из-под ответственных гидро-
технических сооружений. Следовательно, изучение и оконтури-
вание зон выветривания горных пород при инженерных изыска-
ниях — одна из важнейших задач.
Таковы главнейшие особенности скальных и полускальных
пород, определяющие условия строительства на них сооружений.
Все их необходимо выявлять, прослеживать, достоверно отобра-
жать на картах и геологических разрезах и оценивать количест-
венно по показателям их прочности, деформируемости, водопро-
ницаемости и других свойств.
Строительство гидротехнических сооружений
на рыхлых несвязных и мягких связных породах. Гидротехниче-
ские сооружения на рыхлых несвязных — песчано-галечных и
444
Т а б л и ц a XI-3
КЛАССИФИКАЦИЯ СКАЛЬНЫХ И ПОЛУСКАЛЬНЫХ ПОРОД ПО СТЕПЕНИ
ВЫВЕТРЕЛОСТИ (СНиП П—15 —74; СНиП 11—16—76)
Степень выветрелости Коэффициент выветрелости Признаки выветрелости пород
I [евыветрелые (монолит- ные) Слабовыветрелые (тре- щиноватые) Выветрелые Сильновыветрелые (рух- ляки) КвО = 1 1 > Две S* 0,9 0,9 > ДБС 0,8 Квс < 0,8 Породы без видимых признаков разрушения — монолитные Породы трещиноватые, залега- ют в виде несмещенных от- дельностей («разборная ска- ла») Породы залегают в виде скопле- ния глыб и щебня (мелкооб- ломочные — щебенистые) Породы залегают в виде отдель- ных кусков — щебня с песча- но-дресвяным заполнителем (зернистые дресвяно-песчаные или глинистые)
Таблица XI-4
ПРИМЕРЫ ГИДРОТЕХНИЧЕСКИХ СООРУЖЕНИЙ, ПОСТРОЕННЫХ
НА РЫХЛЫХ НЕСВЯЗНЫХ и мягких СВЯЗНЫХ ГОРНЫХ ПОРОДАХ
В СОВЕТСКОМ СОЮЗЕ [46]
Гидроузлы Годы строи- тельства Наибольший напор, м Расчетный коэффициент сдвига сооружения по основанию
Плотина Здание ГЭС
Р. Волга Иваньковский 1934—1936 16,5 0,26 0,26
Угличский 1938—1940 17,0 0,35 0,35
Рыбинский 1938—1940 18,0 0,30 0,30
Горьковский 1952—1954 19,0 0,35 0,40
Куйбышевским 1952—1955 30,0 0,30 0,17
Волгоградский 1954—1958 27,0 0,27 0,35
Р. Дон Цимлянский 1949—1951 26,6 0,26 0,36
Р. Свирь ВерхнесЕирский 1940—1941 17,0 0,2 0,2
1 [ижнеевнрекий 1928—1932 12,5 ; 0,2 0,2
Р. Днепр Киевский 1962—1964 17,0 0,43
Каховский 1950—1953 17,0 — 0,40
1’. Даугава Плявпнскнй 1962—1964 40 *—* 0,35
445
\V\V\K ЫпфХ.СОТО
мягких связных — глинистых- породах строят, как правило, на
равнинных реках, имеющих разработанные долины односто-
роннего или двустороннего развития с широкими поймами. В гео-
логическом строении таких долин, их русел, пойм, надпойменных
террас и склонов участвуют преимущественно четвертичные от-
ложения: аллювиальные различного состава и мощности, водно-
ледниковые, ледниковые и других генетических типов, подстила-
емые коренными породами различного возраста, состава, состоя-
ния и свойств.
В составе гидроузлов, построенных на рыхлых несвязных и
мягких связных породах, бетонными сооружениями являются
водосбросные плотины и здания гидроэлектростанций, а также су-
доходные шлюзы, рыбопропускные и некоторые другие сооруже-
ния. Значительная часть напорного фронта гидроузлов обычно
создается земляными плотинами и дамбами.
Из табл. XI-4 видно, что на равнинных реках на песчаных и
глинистых породах проектируют и строят гидротехнические соо-
ружения сравнительно небольшого напора. Компоновка соору-
жений гидроузлов при этом зависит от многих местных природ-
ных условий, и в том числе в значительной степени от состава
сооружений и геологических условий. В настоящее время на круп-
ных реках применяют две основные схемы — русловую и пой-
менную. При русловой схеме компоновки бетонные водосбросные
сооружения возводят непосредственно в русле реки в две (реже
в три) очереди работ, каждая из которых требует устройства кот-
лованов, ограждаемых отдельными перемычками. Такую схему
применяют в основном при строительстве низконапорных гидро-
узлов. По схеме пойменной компоновки гидроузла бетонную во-
досбросную плотину и здание гидроэлектростанции возводят на
пойме реки за общими ограждающими перемычками. Окончатель-
ный выбор компоновки гидроузла обычно производят по данным
детальных инженерно-геологических изысканий.
Основными особенностями инженер но-геологических условий
строительства гидротехнических сооружений на рыхлых несвяз-
ных и мягких связных горных породах являются следующие:
1) большая сложность геологического строения; 2) распростра-
нение подземных вод; 3) пониженные по сравнению со скальными
и полускальными породами показатели физико-механических
свойств пород; 4) развитие тех или иных геологических процессов
и явлений.
Из «Инженерной петрологии» [30] известно, что самые верхние
горизонты аллювиальных толщ, особенно в долинах равнинных
рек, обычно представлены глинистыми породами — супесями,
суглинками, глинами и тонкозернистыми песками. Нижние гори-
зонты обычно сложены песками с включением небольшого количе-
ства гравия и гальки. Прослои и линзы глинистых пород (супесей,
суглинков, глин) и реже торфа, встречающиеся в этих песках, соз-
дают определенную их неоднородность на отдельных участках
446
долин. Под песками залегают галечники с песчаным крупнозер-
нистым или разнозернистым заполнителем. Местами галечники
хорошо промыты, содержат включения и скопления крупных
галек и валунов и мало песчаного и гравийного заполнителя.
Таким образом, в толще аллювиальных отложений всегда на-
блюдается закономерное изменение их гранулометрического со-
става от более тонких глинистых в верхних горизонтах к более
грубым — в нижних.
В настоящее время современный аллювий принято делить
на два горизонта: пойменный, отлагающийся в пределах пой-
менной части долины, и русловой — в русле реки. Такое подраз-
деление толщи аллювиальных отложений связано с тем, что состав,
состояние, условия залегания и физико-механические свойства
руслового песчано-галечного аллювия существенно отличаются
от пойменного, преимущественно глинистого. Граница между
пойменным и русловым аллювием всегда волнистая.
Состав и строение пойменного, как правило, существенно
глинистого аллювия неоднородны. В нем среди собственно пой-
менных образований выделяются старичные, делювиально-аллю-
виальные, прибрежных валов и других фаций. В таком смешанном
типе глинистых отложений встречаются прослои и линзы погре-
бенных почв, торфа, тонкозернистых песков и других слабых раз-
ностей пород.
ЛАощнссть аллювиальных разновозрастных толщ в долинах
рек в пределах русел и террас может изменяться в широких пре-
делах: от первых метров до нескольких десятков метров.
Рельеф поверхности коренных пород в пределах речных до-
лин бывает сложным, волнистым, неровным и во многих долинах
осложняется переуглубленными их участками, выполненными
глинистым, песчано-галечным и глыбовым материалом
(рис. XI-15). Эти переуглубления являются результатом более
древних эрозионных циклов развития долин, либо ледникового
выпахивания, либо размыва водно-ледниковыми потоками. Все
сказанное свидетельствует о сравнительной сложности и неодно-
родности геологического строения аллювиальных толщ.
Среди геологических образований четвертичного возраста,
выполняющих речные долины, в северных и северо-западных рай-
онах широко распространены ледниковые и водно-ледниновые.
К первым относятся моренные образования, залегающие в виде
мощных толщ или разрозненных изолированных залежей неболь-
шой мощности. Обычно они очень неоднородны по составу, при-
чем эта неоднородность не везде одинакова как по своему харак-
теру, так и по степени. Основная масса морен обычно сложена
глинистым материалом (глины, суглинки, супеси), который пере-
полнен примесями и включениями грубого обломочного материа-
ла — от гравия и мелкого щебня до крупных глыб и валунов
диаметром до нескольких метров. Весь этот грубый обломочный
материал распределен в морене неравномерно, обусловливает
447
WVW.WirpX.COTO
неоднородность ее состава и характерные текстуры — бутовую,
гнездовую, беспорядочную и порфировую.
Неоднородность моренных отложений нередко усиливается
наличием прослоев, линз и карманов водонасыщенных песча-
Рис. XI-15. Строение погребенных долин (персу гл ублений) области ледни-
ковой аккумуляции, по Е. С. Карпышеву.
/ — III — долины, выполненные отложениями: I — озерно-ледниковыми,
II — моренными, III — моренными и флювиогляциальными.
1 — Эоловые пески; 2 — аллювиальные пески и галечники; 3 — верхне-
четвертичные озерно-ледниковые глнны; 4 — флювиогляциальные пески
и галечники; 5 — верхнечетвертичные моренные образования; 6 — средне-
четвертичные моренные образования; 7 — пижнечетвертичный аллювий;
8 — юрские глины; 9 — верхнедевонские доломиты с прослоями глин;
10 — верхнедевонские песчаники; 11 — нижне- и среднекаменноугольные
известняки, доломиты и глины.
ных пород, заключающих напорные воды и проявляющих себя
при вскрытии как плывуны. В моренах обычно встречаются также
прослои, линзы и слон мягких глин и суглинков, часто ленточного
типа, представляющих собой внутриморенные озерно-ледниковые
образования.
448
Сложность строения и неоднородность ледниковых толщ прояв-
ляется также обычно в переслаивании собственно ледниковых —
моренных образований с водно-ледниковыми — флювиогляци-
альными и озерно-ледниковыми. Толщи ледниковых отложений
могут состоять из одной, двух или даже трех основных морен,
соответствующих различным эпохам оледенения или различным
стадиям одной ледниковой эпохи.
Таковы наиболее существенные особенности геологического
строения четвертичных отложений речных долин, определяющие
условия строительства на них гидротехнических сооружений.
Именно они в первую очередь характеризуют сложность геологи-
ческого строения, обусловленную неравномерностью распростра-
нения четвертичных отложений, особенностями залегания раз-
личных их генетических и петрографических типов и иногда
наличием переуглублений в долинах. Поэтому при детальных ин-
женерных изысканиях необходимо получать абсолютно достовер-
ные сведения обо всех этих особенностях геологического строения
четвертичных толщ в речных долинах. Эти особенности геологи-
ческого строения являются определяющими при выборе компо-
новки сооружений гидроузлов, условий их строительства и устой-
чивости.
Важнейшей особенностью инженерно-геологических условий
речных долин является распространение подземных вод как
в четвертичных отложениях, так и в коренных породах. Часто
они залегают здесь близко к поверхности земли, водоносные
горизонты и комплексы их отличаются большой водообильностью
(производительностью) и сравнительно большими напорами. Все
это существенно определяет условия вскрытия котлованов, устой-
чивость их откосов и оснований сооружений и необходимость
осуществления инженерных мероприятий для защиты от вредного
влияния подземных вод на условия строительства сооружений,
их устойчивость и эксплуатацию. Поэтому при детальных ин-
женерных изысканиях особенно большое внимание следует уде-
лять изучению распространения и условий залегания водоносных
горизонтов и комплексов, их гидравлических особенностей, водо-
обильности, водопроницаемости слагающих их пород, режима,
химического состава подземных вод, а также распространения
региональных и локальных водоупорных горизонтов и толщ в пре-
делах речной долины. Именно в этом плане гидрогеологические
условия составляют одну из существенных особенностей условий
строительства гидротехнических сооружений на рыхлых несвяз-
ных и мягких связных горных породах.
Рыхлые.несвязные и мягкие связные горные породы отличаются
от скальных и полускальных малой плотностью, повышенными
деформируемостью и водопроницаемостью, малой прочностью,
пониженными несущими способностями и устойчивостью и легкой
размываемостыо. Если при этом учесть, что в пределах тех или
иных участков речных долин четвертичные отложения часто
449
WWW.tWlTpX.COI»
весьма неоднородны по генетической принадлежности, условиям
залегания, составу, физическому состоянию и другим признакам,
то станут очевидными определенные особенности условий строи-
тельства на них гидротехнических сооружений. Поэтому при де-
тальных инженерных изысканиях для инженерно-геологического
обоснования проектов надо уделять серьезное внимание изучению,
оценке и выбору расчетных значений показателей свойств горных
пород.
При проектировании и строительстве гидроузлов на рыхлых
несвязных и мягких связных породах необходимо изучать, оце-
нивать и прогнозировать развитие тех или иных геологических
процессов и явлений: размыв русла и подмыв берегов, особенно
в периоды половодий и паводков, заболоченность пойменных участ-
ков долин, оползневые явления на склонах, закарстованность
коренных пород и др. Описание этих явлений, методы оценки
их угрожаемости и прогноза, а также мероприятий, применяемых
для защиты от их вредного влияния, приведены во второй части
курса «Инженерной геологии», в «Инженерной геодинамике»
[32 ]. Здесь же важно обратить внимание на то, что развитие геоло-
гических процессов и явлений существенно влияет не только на
выбор створа плотины и строительной площадки гидроузла в це-
лом, но и на компоновку на ней сооружений, условия их строи-
тельства и устойчивость. Наряду с этим важно также учитывать,
что при создании напора воды в верхнем бьефе сооружений могут
получить развитие явления, обычно объединяемые под общим наз-
ванием фильтрационных деформаций.
Фильтрационные явления в зоне влияния
плотин. Вода, фильтрующаяся в горных породах основания и бере-
говых примыканий плотин под влиянием напора верхнего бьефа,
вызывает развитие фильтрационных явлений и деформаций. К этой
группе явлений относятся: суффозионные и связанное с ними умень-
шение плотности пород в основании сооружений; карстовые в рас-
творимых породах (гало- и сульфатный карст [32]) и образование
в них полостей и пустот; выпор пород из-под сооружения в ниж-
нем бьефе; просадки сооружений в связи с явлениями суффозии
и карста; оползание откосов земляных плотин и дамб также в связи
с нарушением устойчивости пород в основании низового откоса;
оползание пород со склонов на участках примыканий плотин
в связи с явлениями фильтрации воды в их обход и др. Кроме того,
при усилении фильтрации воды под плотиной и в ее обход могут
возникнуть недопустимо большие потери воды из верхнего бьефа
и вызвать нарушения нормальных условий эксплуатации соору-
жений и водохранилища. Поэтому оценка и прогноз возможно-
сти развития таких явлений и обоснование необходимых инже-
нерных мероприятий для предупреждения их развития — одна
из важнейших задач детальных инженерных изысканий.
Все эти явления, как известно [32 ], связаны с высокими напо-
рами и повышенными скоростями движения подземных потоков
450
воды под сооружением, особенно в неоднородных породах, с раз-
витием гидродинамического давления в породах основания в ре-
зультате сопротивлений, оказываемых ими фильтрационному
потоку, с уменьшением плотности сложения пород при развитии
явлений суффозии, карста и выпора. Способность горных пород
сопротивляться развитию явлений, вызываемых фильтрационным
потоком, называют их фильтрационной прочностью.
На рис. Х1-16 показана схема движения воды под плотиной —
линии токов воды и линии равных напоров в подземном потоке.
Если подземный поток под плотиной и у низовой ее грани сохра-
няет большие напоры, а горные породы основания обладают
пониженной фильтрационной прочностью, то развитие фильтра-
ционных явлений наиболее вероятно.
Для обеспечения нормальной работы сооружения и преду-
преждения опасных фильтрационных явлений и деформаций его
подземному контуру придают определенную форму. Как видно
на рис. XI-17, в состав подземного контура плотины входят:
понур — водонепроницаемое покрытие в верхнем бьефе, обеспе-
чивающий удлинение пути фильтрации подземного потока; по-
дошва сооружения — плотины; водобой — водонепроницаемое по-
крытие, воспринимающее удары и другие воздействия воды,
стекающей с плотины, и также удлиняющий путь фильтрации
подземного потока; вертикальные преграды в мягких и рыхлых
породах — шпунтовые стенки, зубья и др., а в скальных и полу-
скальных породах — противофильтрационные завесы. Для пре-
дупреждения опасных явлений и повышения устойчивости соо-
ружений в пределах их подземного контура устраивают также го-
ризонтальные и вертикальные дренажи. Рисберма в подземный
контур не входит, так как она устраивается из водопроницаемого
материала для защиты русла от размыва и безопасного выхода
подземного потока в нижний бьеф.
Выбор и обоснование всех перечисленных мероприятий, необ-
ходимости их устройства, состава, длины водонепроницаемой
части подземного контура, глубины погружения вертикальных
преград и т. д. полностью определяются геологическим строением
рассматриваемого участка, составом горных пород, слагающих
основание плотины, условиями их залегания, степенью водопро-
ницаемости, глубиной залегания практически водонепроницае-
мых пород и возможным видом геологических явлений.
На рис. XI-18, а показано, что при глубоком залегании водо-
непроницаемых пород и расположении сооружения на рыхлых
несвязных породах подземный контур проектируют с вертикаль-
ными элементами (шпунтовые стенки, зубья и др.). Горизонталь-
ные дренажи снимают противодавление и обеспечивают повышение
устойчивости сооружения. При неглубоком залегании водонепро-
ницаемых пород шпунтовую стенку доводят до водоупора и вре-
зают в него (рис. XI-18, б). Горизонтальные дренажи обеспечи-
вают перехват вод, профильтровавшихся через шпунт.
451
www.twirpx.ceTO
В условиях распространения горных пород с пониженной
фильтрационной прочностью подземный контур проектируют
распластанным, включающим удлиненный понур, противофиль-
трационную завесу или другой вид вертикальной преграды и
Рис. XI-17. Подземный контур плотины.
1 — понур; 2 — подошва сооружения — плоти-
ны; 3 — водобой; 4 — рисберма; 5 — вертикаль-
ные преграды; 6 — линии тока подземного потока
воды.
Рис. XI-18. Примерные схемы под-
земных контуров сооружений в раз-
личных геологических условиях*
1 — понур; 2 — вертикальные пре-
грады; 3 — горизонтальные дрена-
жи; 4 — водобой; 5 — вертикаль-
ные дренажи.
систему горизонтальных и вертикальных дренажей для перехвата
вод, профильтровавшихся через завесу (рис. XI-18, с). На
рис. Х1-18, г видно, что в пределах подземного контура преду-
смотрен вертикальный дренаж для разгрузки напорных вод и
снятия их напора. При неоднородном геологическом строении
и наличии слоев, зон или горизонтов пород с повышенной водо-
проницаемостью (аномальные зоны) в пределах подземного кон-
452
тура предусматривают вертикальные преграды — завесы, шпун-
товые стенки и другие в сочетании с дренажами (рис. ХГ18, д).
Из примеров, приведенных на рис. XI-18, видно, что подзем-
ным потоком в основании сооружений можно управлять — умень-
шать его расходы, напоры и скорости движения и соответственно
управлять развитием тех или иных фильтрационных явлений.
Однако для этого необходимы достоверные и надежные данные об
инженерно-геологических условиях участков расположения пло-
тин и других сооружений гидроузла. Поэтому при детальных
инженерных изысканиях уделяют большое внимание изучению
геологического строения и гидрогеологических условий строи-
тельной площадки и установлению всех количественных парамет-
ров, характеризующих водопроницаемость пород, их раствори-
мость (в случае распространения легко- и среднерастворимых
пород — соли, гипсы), распределение напоров и скоростей дви-
жения подземных вод после наполнения водохранилища. Необ-
ходимо производить проверки возможности развития суффозии,
выпора пород, карста и других явлений, связанных с фильтрацией
подземных вод под плотиной и в обход ее примыканий. В отдель-
ных неблагоприятных условиях важно давать оценку возможных
потерь воды из водохранилища на фильтрацию под плотиной и
в ее сбход. При такой оценке фильтрационные расходы полезно
сравнивать с меженными и средними расходами реки, на которой
проектируется гидроузел, с объемом воды проектируемого водо-
хранилища и устанавливать, какую долю они составят в водном
балансе. Большой процент непроизводительных фильтрационных
расходов обычно вызывает необходимость тщательного обосно-
вания противофильтрационных мероприятий.
Гидротехническое строительство в районах
распространения многолетней мерзлоты. Горные породы, имеющие
отрицательную или нулевую температуру и содержащие в своем
составе лед, называются мерзлыми. Наряду с такими породами,
т. е. содержащими лед, встречаются породы с отрицательной
температурой, но без льда, например сухие или маловлажные
пески, галечники, скальные и полускальные породы и др.
Многолетнемерзлые породы находятся в мерзлом состоянии
в течение многих лет — десятков, сотен, тысяч. В курсе «Инже-
нерной геодинамики» [32] уже было показано, что на территории
СССР многолетнемерзлые породы (пли, как принято говорить,
многолетняя мерзлота) распространены исключительно широко
в северных и северо-восточных районах.
При переходе воды, содержащейся в горных породах, в лед
при промерзании существенно изменяются их физико-механиче-
ские свойства, прочность, деформируемость, водопроницаемость,
а также тепловые и другие свойства. Кроме того, промерзание
пород сопровождается развитием особых мерзлотных процессов
п явлений, таких как морозное выветривание пород, изменение
их строения (структуры и текстуры), перераспределение влаги
453
WWW twirpx.cero
в них, морозное пучение, образование морозобойных трещин,
наледные явления и др. Лед, как породообразующая составная
часть мерзлых пород, является неустойчивой фазой. При по-
вышении температуры породы оттаивают, происходит деградация
мерзлоты и у некоторых из них резко изменяются физическое со-
стояние, прочность, деформируемость, водопроницаемость и устой-
чивость, развиваются провальные и просадочные (термокарстовые),
оползневые и другие явления. При оттаивании мерзлых пород
сооружения, построенные па них без учета этого явления, испы-
тывают значительные неравномерные и резкие осадки (просадки),
и поэтому часто происходят значительные их деформации и даже
разрушения.
Все перечисленное показывает, что если лед образует сущест-
венную часть мерзлых горных пород и влияет на их состояние и
свойства, то условия строительства гидротехнических сооружений
на таких породах и обеспечение их устойчивости представляют
сложную научную и практическую задачу.
Необходимо заметить, что в районах многолетней мерзлоты
распространены и иные типы подземных вод (над-, меж- и
подмерзлотные), характеризующиеся определенными условиями
залегания и распространения, режимом, производительностью
и т. д. В областях, где нет многолетней мерзлоты, такие типы под-
земных вод не встречаются.
Важнейшей особенностью мерзлых пород является присутствие
в них льда. Лед может находиться в них как породообразующая
часть в виде цемента, т. е. в тонкодисперсном виде, в виде отдель-
ных кристаллов или их скоплений, мелких прослойков и жилок,
а также как порода — в виде слоев, залежей, крупных прослой-
ков, гнезд, жил и других форм залегания. При инженерных изы-
сканиях очень важно выявлять все эти особенности строения толщ
сильнольдистых мерзлых пород, чтобы правильно определять
места расположения сооружений, их компоновку, глубину врезки
и прогнозировать возможные их осадки и устойчивость.
Важной особенностью строения толщ мерзлых пород являются
часто встречающиеся в них талики, т. е. талые, в большинстве
случаев водоносные породы. Талики могут образовывать отдель-
ные горизонты, пронизывать толщи мерзлых пород полностью
(сквозные талики) или частично. Они обусловливают слоистое
строение мерзлых толщ (слоистая мерзлота) или прерывистость
(несплошность) распространения многолетней мерзлоты. Сквоз-
ные талики нередко встречаются в долинах рек, в тектонических
нарушениях, по которым поднимаются минерализованные или
теплые подмерзлотные воды. Так, например, при инженерных
изысканиях для проектируемых ГЭС на реках Яна, Колыма,
Индигирка, Мамакан сквозные талики были обнаружены под
руслами рек в зонах повышенной трещиноватости пород
(рис. Х1-19). На участке створа плотины Вилюйской ГЭС глубина
подруслового талика в долеритах превышала 100 м.
454
Опыт строительства гидротехнических сооружений в районах
распространения многолетней мерзлоты пока невелик. Построены
Вилюйская ГЭС на р. Вилюй с плотиной высотой 75 м, Усть-Хан-
тайская ГЭС на р. Хантайке с плотиной высотой 65 м, Мамакан-
150
Ь50м
Ь 00
350
300
250
200
Рис. XI-19. Геологический разрез по створу плотины на р. Колыме.
1, 2, 3 — четвертичные отложения; 4 — граниты; 5 — тектоническое
нарушение; б — зоны сильнотрещиноватых гранитов; 7 — изолинии тем-
ператур по данным замеров; 8 — то же, полученные расчетным путем;
S' — граница многолетнемерзлых пород (по Н. Ф. Кривоноговой и др.);
(Со — среднегодовая температура пород.
с кая — на р. Мамакан с плотиной высотой около 50 м, Аркага-
линская ГРЭС на р. Мяунджи (Магаданская область) с плотиной
высотой 11,5 м, плотина на р. Прелях (приток р. Ботуобуи, впа-
дающей в р. Вилюй, район г. Мирного), на р. Долгой (район
г. Норильска) и на р. Певек, (район г. Певек в Чаунской губе
455
WWW.tWirpX.COTO
Восточно-Сибирского моря) и др. Строится Колымская ГЭС на
р Колыме с плотиной высотой 120 м.
В настоящее время в зависимости от природных условий района
распространения многолетней мерзлоты и особенностей сооруже-
ний их проектирование и строительство осуществляют по одному
из двух принципов: 1) с расчетом на сохранение горных пород
в мерзлом состоянии в течение всего периода строительства и
эксплуатации сооружений и 2) с расчетом на постепенное оттаи-
вание мерзлых пород в процессе строительства и эксплуатации
сооружений или на использование их как оснований после оттаи-
вания.
Строительство сооружений по первому принципу ведут обычно
в условиях, когда основанием сооружений служат породы с по-
вышенной или высокой льдистостью, при оттаивании которых
возможны значительные просадки и резкое увеличение водопро-
ницаемости пород. Для обеспечения устойчивости и нормальных
условий эксплуатации сооружений устраивают мерзлотную за-
весу (ядро плотины) и сохраняют породы в мерзлом состоянии.
С этой целью применяют воздушные и рассольные замораживаю-
щие системы.
На рис. XI-20 показана типичная схема устройства вентиля-
ционной замораживающей системы. Холодный воздух зимой нагне-
тается вентиляторами в общий горизонтальный коллектор или
галерею и по вертикальным внутренним трубам выходит наружу.
При такой циркуляции холодного воздуха происходит охлаждение
и замораживание пород в теле плотины и сохранение в мерзлом
состоянии пород основания. На рис. XI-21 показан разрез пло-
тины на р. Прелях. Плотина высотой 20 м возведена из суглинков,
уплотненных укаткой. Откосы пригружены слоем песка и камен-
ным креплением. В основании плотины залегают мерзлые мер-
гелистые глины с прослойками доломитов и мергелей, прикрытые
местами аллювиально-делювиальными отложениями небольшой
мощности. Воздушная установка состоит из 327 вертикальных ко-
лонок глубиной от 8,5 до 25 м, которые размещены в один ряд
через 1,5 м и разделены на семь секций с семью вентиляторами.
Образовавшаяся мерзлотная завеса в теле плотины имеет ширину
10 м и смыкается с мерзлыми породами основания плотины [37 ].
На рис. XI-22 показан разрез плотины на р. Певек. Плотина
высотой 21,4 м отсыпана из супесей с щебенистыми включениями.
Ядро состоит из суглинков и врезано в основание на глубину 1м.
Воздушная замораживающая система состоит из одного ряда сква-
жин глубиной от 12 до 29 м, расположенных через 2 м [37 ].
Из приведенных примеров видно, как решаются задачи строи-
тельства сооружений по принципу сохранения горных пород
' в мерзлом состоянии. Следует заметить, что при таком принципе
строительства бывают и неудачи. Например, в 1954 г. на р. Мяунд-
жа была построена плотина высотой 11,5 м. В основании плотины
по всему створу на небольшой глубине залегают базальты, анде-
456
Рис. XI-20. Схема устройства вентиляцион-
ной замораживающей системы.
1 — горизонтальная галерея; 2 — верти-
кальные трубы; 3 — вентиляторы.
Рис. XI-21. Геологический разрез по створу плотины на р. Ирелях.
1 — каменное крепление; 2 — термоизоляционный слой; 3 — пригрузка из песка;
4 — суглинок; 5 — вертикальные трубы воздушной вентиляционной заморажи-
вающей установки; 6 — граница многолетнемерзлых пород.
Рис. XI-22. Геологический разрез по створу плотины на р. Певек.
1 — ядро из суглинков; 2 — супесь; 3 — дренажная призма из гравийно-галеч-
ных пород; 4 — каменное крепление; 5 — галечники; 6 — вертикальные трубы
воздушной вентиляционной замораживающей установки.
457
WWW.tWirpx.cei»
зито-базальты, андезиты, сверху выветрелые, с коэффициентом
фильтрации 15 м/сутки, прикрытые местами слоем галечников
мощностью 4—5 м, коэффициент фильтрации которых достигает
1500 м/сутки. Плотина отсыпана из гравелистых и галечниковых
пород с ядром из щебенистого суглинка, врезанным в мерзлые
породы основания. Замораживание тела плотины и основания про-
изводилось через вертикальные колонки — скважины. Вначале
предполагалось использовать для этого раствор СаС12, но затем
было решено применить воздушную систему замораживания.
В первые годы эксплуатации плотины под левобережным бе-
тонным водосбросом образовался талик, быстро распространяю-
щийся в сторону земляной плотины, и начал возрастать фильтра-
ционный расход воды (с 25 до 100 л/сек). На участке примыкания
плотины воздушное охлаждение заменили постоянно действующим
рассольным. Однако добиться полного промораживания талика
не удалось. Оставшийся в левобережном примыкании талик
имеет глубину 70 м и распространяется под земляную плотину
на глубину 30—40 м при глубине завесы 22 м. В настоящее время
положение талика стабилизировалось [37].
Проектирование и строительство сооружений по принципу
постепенного оттаивания мерзлых пород допускается тогда, когда
сохранить их в мерзлом состоянии при данных конкретных усло-
виях невозможно или экономически нецелесообразно, особенно
в тех случаях, когда они имеют неустойчивый температурный
режим. При проектировании сооружений поэтому принципу очень
важно предусматривать, чтобы их осадка при оттаивании мерзлых
пород основания была плавной, постепенной и не превышала до-
пустимых значений.
Устойчивость склонов речных долин на уча-
стках примыканий плотин. Это — один из важнейших специаль-
ных вопросов, который всегда возникает, когда плотины примы-
кают к высоким и крутым склонам долин как равнинных, так и
горных рек, сложенным как рыхлыми несвязными и мягкими связ-
ными, так и скальными и полускальными породами. Исключите-
льное значение устойчивость склонов приобретает при проекти-
ровании арочных плотин.
Необходимость оценки и прогноза устойчивости естественных
склонов, а также существующих и проектируемых откосов выемок
обычно связана с возможностью образования обвалов и оползней.
Практика строительства и эксплуатации гидротехнических соо-
ружений показывает, что именно с такими гравитационными явле-
ниями особенно часто приходится встречаться, именно они по-
стоянно создают серьезные помехи, а иногда приводят к авариям
и даже катастрофам. В «Инженерной геодинамике» [32] уже
был приведен пример образования грандиозного оползня и ката-
строфы, происшедшей 9 октября 1963 г. вИталии, в долине р. Пья-
ве близ одной из высочайших в мире арочных плотин — пло-
тины Вайонт. Таких примеров в практике гидротехнического
458
строительства более чем достаточно. В ночь на 4 декабря 1959 г.
обрушилась плотина Мальпассе, построенная в долине р. Рейнар
на юге Франции. Образовавшаяся в результате этого волна вы-
сотой 7—15 м и шириной по фронту до 1 км двигалась со скоростью
80 км/ч в сторону г. Фержюсе и через несколько секунд затопила
город. В результате катастрофы сильно пострадал город от на-
воднения, погибло 387 человек.
Это была арочная плотина высотой 66,5 м. Основанием ее слу-
жили парагнейсы с прослоями слюдистого сланца, падающими
в сторону нижнего бьефа. Разрушение плотины началось у лево-
бережного примыкания, где верхние пояса арки упирались
в береговой бетонный устой. Причиной аварии считаются дефор-
мации — смещения пород левобережного примыкания плотины,
где в толще гнейсов имелись прослои серицитовых сланцев. При
инженерных изысканиях было недостаточно изучено состояние
пород основания. Более поздние исследования позволили устано-
вить, что причиной аварии было увеличение противодавления в ос-
новании, вызвавшее нарушение устойчивости одного из блоков
пород примыкания.
Створы плотин обычно выбирают там, где нет обвалов и ополз-
ней, но эти явления могут возникнуть в результате выполнения
каких-либо инженерных работ, если неполно учтены природные
геологические и искусственные, созданные человеком, условия.
Зная законы и закономерности развития оползневых и обвальных
явлений, можно предвидеть (прогнозировать) их образование и
предупреждать возможные аварии и катастрофы. В зависимости
от стадии инженерных изысканий этот прогноз может быть каче-
ственным или количественным [32 J.
При детальных инженерных изысканиях для обоснования тех-
нического проекта сооружений прогноз должен быть конкретным
и количественным, т. е. содержать указания: 1) места возможного
образования явления (правое или левое примыкание плотины
и точное пространственное положение); 2) вида явления (обвал,
оползень); 3) масштаба возможного явления (размеры, объемы
масс горных пород, образующих оползень или обвал); 4) причин
и условий образования явлений; 5) ориентировочного времени
образования явления и обстоятельств, его вызывающих (подрезка
склона, загрузка склона, наполнение или сработка водохрани-
лища, взрывные работы и др.).
Оценку и прогноз оползня или обвала следует завершать опре-
делением инженерных мероприятий, направленных на предупре-
ждение их развития. Они должны основываться на данных изу-
чения: 1) морфологии и геологического строения склонов, про-
странственного расположения поверхностей и зон ослабления,
обводненности слагающих их горных пород и их физико-механи-
ческих свойств, особенно по поверхностям и зонам ослабления;
2) динамики развития обвальных, оползневых и других сопутству-
ющих геологических процессов и явлений в пределах рассматри-
459
MW .tWffpX. сото
ваемых склонов; 3) соотношение усилий (сдвигающих, скалываю-
щих и удерживающих), определяющих равновесие масс горных
пород на склонах по конкретным поверхностям, выделенным на
геологических разрезах по каждому участку примыканий.
Для решения этих задач необходимо иметь: 1) обоснованные
расчетные схемы — детальные геологические разрезы; 2) обосно-
ванные расчетные данные, характеризующие свойства горных по-
род (у, f, ip, С), действие гидродинамических, сейсмических
и других сил; 3) обоснование момента, для которого производится
расчет, т. е. наиболее неблагоприятное сочетание силовых воздей-
ствий.
При построении расчетных схем — детальных геологических
разрезов — надо учитывать, что устойчивость склонов, сложенных
осадочными породами, может быть нарушена главным образом
пластическими и структурными оползнями [32]. Их образование
обычно связано со сползанием четвертичных отложений по корен-
ным породам или по поверхностям слоистости, слабым слоям,
трещинам как в четвертичных, так и в коренных породах. Поэтому
при изучении геологического строения склонов, сложенных оса-
дочными породами, главное внимание должно быть сосредото-
чено на выявлении и прослеживании поверхностей и зон ослаб-
ления и точном изображении их на геологических разрезах.
Устойчивость склонов, сложенных полускальными породами,
наряду с их неоднородностью, обусловленной переслаиванием
пород различного состава, состояния и свойств, и неблагоприятной
их ориентировкой в пространстве, в значительной степени опреде-
ляется также их трещиноватостью и выветрелостью. Поэтому
пространственное расположение поверхностей и зон ослабления
в пределах склонов, сложенных такими породами, может быть
более сложным. Это обычно требует постановки более детальных
исследований.
Нарушения устойчивости склонов, сложенных скальными и
прочными полускальными породами, обычно бывают связаны
с образованием обвалов и оползней вследствие отделения и смеще-
ния объемов пород по отдельным опасным трещинам или их соче-
таниям, по системам трещин и зонам тектонических нарушений.
Выделение в пределах таких склонов наиболее вероятных поверх-
ностей и зон ослабления, по которым возможно обрушение или
оползание масс горных пород, часто сопряжено с большими труд-
ностями. Поэтому изучению трещиноватости, трещинной текто-
ники таких склонов надо уделять главное внимание, а при оценке
их устойчивости применять вероятностный метод, в соответствии
с которым намечают несколько вероятных поверхностей и по
каждой из них проверяют равновесие масс горных пород на склоне
[32].
Улучшение свойств горных пород в основа-
нии сооружений и на участках примыканий плотин. Для обеспе-
чения устойчивости и нормальных условий эксплуатации гидро-
460
технических сооружений постоянно приходится применять те
или иные инженерные мероприятия по улучшению свойств горных
пород в их основании и примыканиях к склонам долин.
Одним из главных и почти обязательных мероприятий, осуще-
ствляемых при строительстве сооружений на любых водопрони-
цаемых породах, является устройство противофильтрацпонных
завес. С этой целью вдоль определенной зоны под плотиной и на
участках ее примыканий производят уплотнение и укрепление
коренных пород способом цементации или другими на определен-
ную глубину или до практически водонепроницаемых пород.
Противофильтрациоиная завеса преграждает путь подземным
водам, в результате чего снижаются их расходы, скорости движе-
ния и напоры.
В скальных и полускальных породах противофильтрациопные
завесы устраивают главным образом путем цементации пород
цементным раствором различной концентрации в зависимости от
степени их трещиноватости или закарстованности, ширины
трещин или размеров пустот. Концентрация цементного раствора,
т. е. отношение массы цемента к массе воды, может изменяться от
1:1 до 1 : 10—12 и даже 1 : 20—25. Чем тоньше трещины и
меньше пустоты, тем более жидким должен быть раствор и, нао-
борот, открытые (зияющие) трещины и крупные пустоты цементи-
руют более густым раствором. В последнем случае при его при-
готовлении используют различные инертные добавки — песок,
гравий, щебень, гальку и др.
Выбор цементного раствора, режима цементации (значения
давления, продолжительности) и способа цементации (зонами
снизу вверх или сверху вниз) в каждом конкретном случае должен
обосновываться данными опытной цементации. Радиус распро-
странения цементного раствора в породе, а следовательно, и рас-
стояния между цементационными скважинами зависят от размеров
трещин, характера трещиноватости или закарстованности пород,
концентрации цементного раствора, давления, при котором он
нагнетается в скважины, и продолжительности цементации. Все
эти параметры также определяют по данным опытно-фильтрацион-
ных работ и опытной цементации.
Как показывает практика, расстояния между цементационными
скважинами измеряются первыми метрами (от 1,5—2 до 3—4 м),
а давления — от долей килограмм-силы, до десятков килограмм-
сил. Глубина завес может достигать 100 м и более. Если учесть,
что длина цементационных завес измеряется сотнями метров и
иногда их приходится устраивать из двух рядов скважин, то
можно представить, какой объем работ по уплотнению и укреп-
лению горных пород приходится выполнять при строительстве
сооружений и насколько геологически обстоятельно необходимо
обосновывать проект устройства противофильтрационных завес.
На рис. XI-23 показан пример устройства противофильтраци-
опной завесы в сложных геологических условиях в основании
461
.сото
плотины Санта-Джустина (Италия) высотой 153 м, построенной
на р. Ноче в 1950 г. Основанием плотины служат доломиты.
Завеса состоит из четырех ярусов вертикальных и наклонных
скважин. Нижние три яруса скважин выполнены из штолен, прой-
денных на глубину 80—100 м.
На рис. XI-24 и XI-25 показаны схемы устройства претиво»
фильтрационных завес, из которых видно, что они могут быть
висячими, т. е. перекрывать подземный поток только частично,
Рис. XI-23. Разрез по оси противофильтрационной завесы арочной плотины Санта-Джу-
стина (Италия) на р. Ноче.
1 — водоотводный туннель; 2 — деривационный туннель; 3 — промежуточный водо-
спуск; 4 — донный водосброс; 5 — напорный туннель к зданию ГЭС; 6 — вертикальные
и наклонные скважины вращательного бурения; 7 — усадочные швы, заполненные;
8 — смотровые галереи; 9 — смотровая донная галерея; 10 — дренажная шахта-
на определенную глубину, или совершенными, т. е. перекрывать
его полностью и врезаться в практически водонепроницаемые
породы. В отдельных случаях противофильтрационные завесы
устраивают в виде бетонных стенок, возводимых в траншеях
или путем бурения сплошного ряда перекрывающихся скважин
большого диаметра.
При строительстве плотин на скальных и полускальных по-
родах с повышенной или высокой трещиноватостью, производят
их уплотнение не только вдоль определенной зоны для создания
завесы, но и по площади, т. е. площадную цементацию в основании
сооружения для придания ему монолитности, большей прочности
и снижения деформируемости. Уплотнение и укрепление горных
пород площадной цементацией на глубину распространения наи-
больших напряжений приходится наиболее часто выполнять при
строительстве высоких и сверхвысоких плотин.
462
by ЛЬтБ-бг
Рис. XI-24. Схемы устройства противофильтрационных завес в основании бетон-
ных плотин.
а — завеса из одного ряда скважнн; б — завеса из трех рядов скважнн; в —•
завеса из одного ряда скважин в сочетании с понуром и площадной цементацией
основания; г — противофильтрацноиный зуб и площадная цементация основа-
ния. / — завеса; 2 — вертикальный дренаж; 3 — понур; 4 — площадная цемен-
тация; 5 — противофильтрационный зуб.
Рис. XI-25. Схемы устройства противофильтрационных завес в основании плотин
из местных строительных материалов.
а — цементационная завеса из одного ряда скважнн; б — противофильтрацион-
ная завеса — бетонная стенка. 1 — завеса; 2 — зуб, сопрягающийся с завесой;
3 — обратный фильтр; 4 — противофильтранионная стенка; 5 экран.
463
www.twtrpx.ceTO
Одним из распространенных мероприятий по улучшению усло-
вий устойчивости горных пород в основании сооружений явля-
ется их дренирование. Для этого, как уже отмечалось, применяют
горизонтальные и вертикальные дренажи и обратные фильтры
в основании низового откоса земляных плотин.
При проектировании плотин в горно-складчатых областях,
в глубоких долинах, часто возникает необходимость в уплотнении
и закреплении горных пород в пределах склонов на участках
примыкания к ним плотин. Для этого применяют различные
способы: цементацию, устройство подпорных сооружений,
анкерные крепления и др. На рис. XI-26 приведен пример укреп-
ления склона бетонным упором на участке плотины Понтезей,
Рис. XI-26. Укрепление склона бетонным
упором на участке плотины Понтезей (Ита-
лия).
1 — направление падения слоистости по-
род (известняки и доломиты); 2 — туннель;
3 — предполагаемая поверхность оползня;
4 — бетонный упор; 5 — уровень гребня
плотины.
построенной в 1956 г. в долине р. Маэ в 100 км от г. Венеции
(Италия). Плотина арочная, высотой 93 м, имеет в основании
слоистые известняки и доломиты верхнего триаса, падающие в сто-
рону верхнего бьефа под углом 30°. На левом склоне долины
на уровне гребня плотины проложена автомобильная дорога,
которая непосредственно у плотины проходит в туннеле. В авгу-
сте 1957 г. были обнаружены нарушение обделки туннеля и сме-
щение пород в направлении их падения на расстояние около
5 м. Чтобы закрепить сползающий склон, у подошвы построили
бетонный упор, передающий давление на противоположный склон.
Упор оказался достаточно эффективным, он надежно поддержи-
вает тело оползня.
На рис. XI-27 показан пример укрепления левобережного
примыкания арочной плотины Чиркейской ГЭС пакетами гори-
зонтальных и наклонных анкеров. Здесь высокий и крутой склон
сложен плотными известняками с тонкими прослойками мергелей
и мергелистых глин. Вся толща пород рассечена различно ориен-
тированными крутопадающими трещинами, из которых особую
опасность представляют трещины упругого отпора, ориентиро-
ванные параллельно склону. Для предупреждения обрушения
пород их закрепили пакетами анкеров, каждый из которых раз-
местили в штольнях, пройденных на разных уровнях нормально
к склону. Концы анкеров заделали в железобетонные плиты или
464
балки. Одни из них расположены на поверхности склона, другие —
в горизонтальных штольнях, пройденных параллельно склону.
Нижняя часть склона кроме горизонтальных анкеров закреплена
наклонными анкерами, пересекающими пласт известняков с гли-
нистыми прослойками.
Таковы некоторые примеры закрепления горных пород на
склонах долин на участках примыканий плотин.
Инженерно-геологические условия террито-
рий водохранилищ. Строительство гидроузлов с водонапорными
и водоудерживающими плотинами всегда сопряжено с созданием
Рис. Х1-27. Схема укрепления левобереж-
ного примыкания арочной плотины Чир-
кейс кой ГЭС пакетами анкеров.
1 — штольни, пройденные нормально
к склону; 2 — штольни, пройденные па-
раллельно склону; 3 — железобетонные
плиты и балки; 4 — пакеты горизонталь-
ных анкеров; 5 — наклонные анкера, за-
деланные в скважины; 6 — пласт известня-
ка с глинистыми прослойками; 7 — тре-
щины
водохранилищ. Местоположение створа плотины, как было от-
мечено, обычно выбирают с учетом многих условий, среди которых
одно из первостепенных состоит в том, чтобы при равных поло-
жениях нормального подпорного уровня воды у плотины ограни-
чить до минимума площади затопления и подтопления террито-
рий, крупных населенных пунктов, ответственных предприятий
и сооружений. Тем не менее, создание водохранилища, особенно
крупного, всегда оказывает влияние на окружающую природу
и вносит существенные изменения в инженерно-геологические
условия прилегающих к нему территорий.
Водохранилища большой емкости с огромными площадями
водного зеркала (например, Рыбинское — 4500 км2, Куйбышев-
ское — 5600 км2, Волгоградское — 3500 км2) обычно образуются
при строительстве крупных гидроузлов на равнинных реках.
Именно в зоне их влияния и возникают большие изменения и
сложности инженерно-геологических условий. В районах горных
водохранилищ также происходят изменения инженерно-геоло-
гических условии, и иногда очень существенные, в связи с их влия-
16 В. Д. Ломтадзе
465
www .twirpx.coTO
нием на повышение сейсмической активности района, но в осталь-
ном они имеют второстепенное или локальное значение.
В зоне влияния крупных водохранилищ могут происходить
следующие неблагоприятные и опасные явления: 1) постоянное
затопление территорий городов и населенных пунктов, промыш-
ленных предприятий, железных и автомобильных дорог и других
ответственных сооружений, а также больших площадей сельско-
хозяйственных угодий; 2) более значительное и более продолжи-
тельное затопление территорий при половодьях и паводках,
чем до создания водохранилища; 3) подтопление территорий в рас-
положенных на них зданий и сооружений вследствие подпора
уровня подземных вод; 4) подтопление и заболачивание террито-
рий, а в районах недостаточного увлажнения засоление почв
и подпочвенных горизонтов горных пород при подпоре и подъеме
уровня подземных вод; 5) переливы воды через низкие водораз-
делы, вызывающие обводнение, заболачивание в затопление тер-
риторий; 6) временные и постоянные потери воды из водохрани-
лища при насыщении толщ горных пород в бортах долины и при
ее утечке через узкие водоразделы, сложенные водопроницаемыми
и сильноводопроницаемыми породами, вызывающие нарушения
нормальных условий работы гидроузла; 7) подмыв и разрушение
берегов и их переработка под воздействием ветровых волн; 8) на-
рушение устойчивости масс горных пород на склонах и образо-
вание осыпей, обвалов, оползней или оживление деформаций
на участках старых оползней вследствие подтопления и подмыва
склонов; 9) заиление водохранилищ и как следствие уменьшение
их емкости, ухудшение условий судоходства и рыбоводства, об-
разование мелководий и болот и ухудшение общей санитарной
обстановки; 10) всплывание торфяных залежей, могильников,
размыв складов бытовых отходов, вызывающие нарушение нор-
мальных условий работы водопропускных сооружений гидро-
узлов и ухудшение сбщесанитарных условий; 11) повышение сей-
смической активности территорий в связи с искусственным об-
воднением горных пород в верхних горизонтах земной коры.
При предварительных инженерных изысканиях для технико-
экономического обоснования возможности и целесообразности
расположения проектируемого первоочередного гидроузла в рас-
сматриваемом районе, его подпорной отметки и решении друтх
проектных задач выполняют предварительные изыскания (см.
выше) и в районе будущего водохранилища. Эти изыскания произ-
водят с целью общего инженерно теологического изучения и
оценки территории водохранилища и зоны его влияния, выявле-
ния участков, в пределах которых возможно возникновение не-
благоприятных и опасных для жизни и деятельности людей геоло-
гических явлений, и составления реестра (ведомости) и карты
их распространения.
При обосновании технического проекта гидроузла в районе
проектируемого водохранилища выполняют детальные инженер-
466
пые изыскания на всех участках, представляющих практический
интерес, где возможно развитие неблагоприятных и опасных
явлений, для оценки степени их угрожаемое™ и обоснования
проектов защитных мероприятий.
Изменения инженерно-геологических условий в зоне влияния
проектируемого водохранилища на разных участках неодинаковы
в связи с различными изменениями уровенного режима воды на
них по сравнению с естественным уровенным режимом реки
(рис. XI-28). Наибольшие изменения происходят на нижнем, при-
плотинном участке, где нормальный подпорный уровень всегда
Рис, Х1-28. Характерные зоны крупного водохранилища по
режиму уровня воды (по С, Л. Вендрову).
Зоны: Z — нижняя, Б—средняя, В—верхняя, Г— выкли-
нивания подпора, / — нормальный меженный уровень воды
в реке в естественных условиях; 2—То же, после наполнения
водохранилища; 3—максимальный уровень половодья в есте-
ственных условиях; 4—то же, после подпора; 5—меженный
уровень при сработанном водохранилище.
выше высоких уровней воды в реке, имевших место в естествен-
ных условиях. На среднем участке режим уровней воды отличается
от режима нижнего участка заметным превышением нормального
подпорного уровня в период половодья. На верхнем участке
в меженный период нормальный подпорный уровень заметно
превышает естественный уровень воды в реке. На участке выкли-
нивания подпора уровни воды как в межень, так и при половодьях
близки к естественным уровням реки. Из анализа этих данных
следует, что участки, на которых необходимо осуществлять за-
щитные мероприятия, при прочих равных условиях, обычно
располагаются там, где уровенный режим реки при ее подпоре
изменяется больше.
Площадь территорий, затапливаемых водохранилищем, опре-
деляют обычно по топографическому плану масштаба 1 : 10 000 —
1 : 50 000 (в зависимости от ответственности участка), на котором
проводят границу выклинивания нормального или максимального
подпорного уровня воды. Площади подтапливаемых участков оп-
ределять труднее; для этого необходимо выполнять соответствую-
щие инженерные изыскания.
Защитные мероприятия могут быть пассивными и активными.
Первые состоят в исключении (списании) территорий из числа
16* 467
ww .twirpx.coK)
полезных для дальнейшего хозяйственного использования и пе-
ремещении расположенных на них зданий, сооружений и других
объектов за пределы зоны влияния водохранилища. Вторые со-
стоят в строительстве специальных сооружений или реконструк-
ции существующих для предупреждения опасных и неблагоприят-
ных явлений, ограничения их действия или для полной защиты
от них. С этой целью производят подсыпку или намыв территорий
Рис. XI-29. Схемы защиты от затопления территорий городов, расположенных в зо-
нах влияния водохранилищ.
1 — новая застройка подсыпаемых территорий; 2 — новая застройка обваловы-
ваемых территорий; 3 — застройка незатопляемых территорий.
и подъем планировочных отметок поверхности земли, строят
дамбы, т. е. обваловывают территории (рис. XI-29), создают до-
полнительные водохранилища для регуляции сгока и предупре-
ждения затопления территорий (например, водохранилища выше
городов Минска и Орска), выполняют гидроизоляцию подземных
частей зданий и сооружений, попадающих в зону подтопления,
производят противооползневые и берегоукрепительные работы,
подъем дорожных насыпей, опор и пролетных строений мосто-
вых переходов, дноуглубительные работы и др.
Однако в некоторых геологических условиях этих мероприя-
тий может оказаться недостаточно. Затопление и подтопление тер-
риторий может происходить при фильтрации воды из водохрани-
лища через толщи водопроницаемых пород, как это видно из
рис. XI-30. Поэтому перечисленные мероприятия приходится
468
сочетать с устройством систем дренажей, водопонизительных
и водоотливных установок (рис. XI-31), а также каналов для
отвода рек в обход защищаемой территории (рис. XI-32).
Следовательно, для определения системы защитных меропри-
ятий от затопления и подтопления территорий и обоснования оцеп-
Рис. XI-30. Примеры геологических условий, влияющих на
выбор защитных инженерных мероприятий.
а — обвалование защищает от затопления всю территорию;
б — обвалование защищает часть территории; в — обвалова-
ние должно сочетаться с дренажами, водопонижающими и
водоотливными устройствами. 1 — дамба; 2 — водонепрони-
цаемые породы; 3 — водопроницаемые породы.
кп степени угрожаемости этих явлений необходимо детально
разобраться в геологическом строении и гидрогеологических усло-
виях рассматриваемых участков. Их влияние на возможность
в величину подтопления территорий и сооружений видно из
рис. XI-33. Например, условиями и степенью обводнения терри-
тории, а также свойствами пород, слагающих водоносные гори-
зонты, — водопроницаемостью и водоотдачей — определяются вы-
469
www.tvvirpx.ceTO
бор типа дренажей (систематические, головные, береговые, коль-
цевые (рис. XI-34) и план их расположения.
Расчет величины подпора грунтовых вод и скорости формиро-
вания их уровня при подпоре производят по методам динамики
Рис. XI-31. Схема защиты территории г. Казани от затопления
и подтопления водами Куйбышевского водохранилища.
1 — дамба; 2 — закрытая дренажная сеть; 3 — открытая дре-
важная сеть; 4 — прорезь; 5 насосная станция.
подземных вод. Для этого необходимо располагать обоснованными
геологическими разрезами (расчетными схемами) по нескольким
характерным направлениям рассматриваемого участка
(рис. XI-35) и расчетными показателями водопроницаемости по-
род, слагающих водоносные горизонты. Располагая такими раз-
470
резами по каждому участку, можно составить гидрогеологические
карты, на которых гидроизогипсами изобразить положение уровня
грунтовых вол после подпора и таким образом наглядно пред-
ставить степень подтопления территории, скорость его формиро-
Рис. XI-32. Типовые схемы защиты терри-
торий от затопления и подтопления.
/ — дамба обвалования; 2 — дренаж;
3 — насосные станции для откачки по-
Рис. XI-33. Примеры влияния геологиче-
ского строения и гидрогеологических усло-
вий на возможность и величину подтопле-
ния территорий и сооружений.
верхностиых и дренажных вод в водохра-
нилище; 4 — дамба-плотина; 5 — отводя-
щий канал; 6 — защищаемые территории;
7 — водохранилище.
сания и обосновать рациональ-
а — подтопление подвального помещения
здания; б — подпора грунтовых вод не
происходит; е — ограниченное развитие
подпора грунтовых вод; г — значительный
подпор грунтовых вод; д — значительный
подпор грунтовых вод вызывает утечку воды
из водохранилища. 1 — уровень воды
в реке до наполнения водохранилища; 2 —
нормальный подпорный уровень воды в во-
дохранилище; 3 — уровень грунтовых вод
до подпора; 4 — то же, после подпора;
5 — источник.
ную схему размещения защит-
ных мероприятий.
Изучение геоморфологиче-
ских и геологических условий
района водохранилища позволяет делать заключения о возможных
переливах воды через низкие водоразделы, об утечках ее через уз-
кие водоразделы (рис. XI-33, д), о местах возможного всплывания
торфяных залежей и других явлениях. Для предупреждения этих
явлений и их опасного воздействия возводят ограждающие дамбы,
471
www.tv7irpx.coTO
а на участках угрожающих потерь воды на фильтрацию устраи-
вают протпвофильтрационные завесы.
Как установлено [1], наиболее благоприятные условия для
всплывания торфяных залежей создаются на участках, где глу-
бина водохранилища равна 1,5—2,5 м; всплывания торфа, зале-
гающего на глубине 10—15 м, практически не наблюдается. Для
предупреждения всплывания торфа при подготовке чаши водо-
хранилища целесообразно производить его вырезку (выторго-
вывание) или пригрузку песком, щебнем или другим материалом.
Рис. Х1-34. Схемы расположения дренажей на подтопляемых участках.
а — систематический; б — головной; в — береговой; г — кольцевой. / — магистраль-
ный коллектор; 2 — дрена; 3 — насосная станция; 4 — дамба обвалования; 5 — защи-
щаемая территория; 6 — защищаемые здания и сооружения.
Вопросы влияния водохранилищ на устойчивость склонов
речных долин, развитие явлений переработки берегов, а в сейсми-
ческих районах — на повышение сейсмической активности тер-
риторий, как и методы оценки и прогноза этих явлений и при-
меняемые инженерные мероприятия для защиты от их опас-
ного воздействия, рассмотрены в «Инженерной геодинамике»
132]
Состав и методика инженерных изысканий
для обоснования технического проекта гидроузла. Рациональной
системой таких изысканий предусматривается: 1) выполнение
детальных геологических работ на строительной площадке, выб-
ранной для размещения гидроузла, подсобных сооружений,
жилпоселков и др.; 2) на отдельных участках водохранилища,
представляющих практический интерес, и 3) завершение работ
по разведке в промышленной оценке месторождений строитель-
ных материалов, необходимых для строительства.
Задачи изысканий этой стадии вытекают из рассмотренных вы-
ше вопросов и вполне очевидны.
472
Для детального изучения инженерно-геологических условий
строительной площадки в целом, оценки геологических условий
строительства каждого сооружения, нх устойчивости, организации
производства строитель-
ных работ, проектирова-
ния противофильтрацион-
ных и других мероприя-
тий, обычно производят:
1) детальную инженерно-
геологическую съемку;
2) разведочные работы;
3) опытные работы; 4) ста-
ционарные режимные на-
блюдения, 5) лаборатор-
ные; 6) научно-исследова-
тельские и 7)камеральные
работы.
При изысканиях для
обоснования проектов
крупных гидроузлов объем
выполняемых геологиче-
ских работ бывает огром-
ным. Это—десятки тысяч
метров бурения, сотни по-
гонных метров горных вы-
работок, тысячи тампоно-
опытов и других опытов на
фильтрацию, многочислен-
ные полевые опыты по
изучению прочностных и
деформационных свойств
горных пород, водопрони-
цаемости водоносных го-
ризонтов изон и др. Объем
каждого вида геологичес-
ких работ зависит от слож-
ности и степени неодно-
родности инженерно геоло-
гических условий, изучен-
ности площадки на преды-
дущей стадии изысканий,
ответственности и размеров
проектируемых сооруже-
ний. Поэтому в каждом
О 100 200 300 м
Рнс. XI-35. Схемы формирования уровня грунто-
вых вод при их подпоре.
а — прн горизонтальной поверхности водоупора;
б — при наклонной поверхности водоупора;
в — при обратном наклоне поверхности водоупора;
г — во времени. 1 — уровень грунтовых бод
до подпора; 2 — то же, после подпора; 3 — то же*
после определенного числа суток
конкретном случае их необходимо серьезно обосновывать, выпол-
нять по плану, в определенных последовательности и сочетаниях.
Инженерно-геологическую съемку строительной площадки
б масштабе 1 : 10 000 обычно выполняют уже при ее выборе, на
473
w>v?. tv? irpx.cei»
стадии предварительных изысканий. Поэтому на рассматриваемой
стадии при необходимости более детального изучения некоторых
специальных вопросов, связанных с окончательным решением
компоновки сооружений и освещением условий их строительства,
проводят детальные съемки более крупного масштаба — 1 ; 5000
или 1 : 2000 на участках размещения ответственных сооружений,
например плотин и их примыканий к склонам долин. Эти съемки,
как известно, основываются почти исключительно на данных
разведочных работ, поэтому они фактически сливаются с развед-
кой. В этом случае изучение геологического строения площадки,
составление инженерно-геологической карты или карт, геологи-
ческих разрезов и других материалов выполняют в процессе
разведки. Результаты всех других геологических работ (опытных,
режимных и др.) дополняют изучение строительной площадки
количественными характеристиками прочности, деформируемости,
водопроницаемости слагающих ее горных пород. Такое сочетание
видов работ обычно позволяет доводить изучение строительной
площадки до необходимой детальности и достоверности.
Следовательно, детальное изучение строительной площадки
гидроузла (как и при проектировании других видов сооруже-
ний) — это ее разведка, позволяющая изучить геологическое стро-
ение с точностью, обеспечивающей выделение всех слоев, про-
слоев, линз, пачек горных пород, зон выветривания, повышенной
трещиноватости или отдельных крупных трещин, многолетне-
мерзлых пород, горизонтов подземных вод независимо от их мощ-
ности и выдержанности по простиранию. Полнота геологиче-
ского разреза при этом должна быть 100%-ной. Положение гео-
логических границ в нем фиксируется с погрешностью ±(5-:-20)см,
а в плане—с точностью выполнения геодезических работ.
Достоверность и надежность характеристик и оценок всех разно-
стей горных пород, выделенных в геологическом разрезе, при
вероятности 0,90 или 0,95 должна находиться в границах дове-
рительных пределов.
Разведочные работы на стадии детальных исследований про-
изводят главным образом с помощью бурения скважин и проходки
шахт, штолен, расчисток и канав. Опыт показывает, что для
изучения строения склонов речных долин на участках примыка-
ний плотин, особенно высоконапорных, целесообразно проводить
штольни, располагая их на различных отметках по высоте склона.
Геофизические методы разведки, такие как электрозондирование,
электропрофилврование, сейсмическое (микросейсмическое), аку-
стическое и ультразвуковое профилирование и просвечивание,
ядерные и др., во многих случаях хорошо дополняют разведку,
а иногда заменяют бурение скважин. Поэтому их целесообразно
сочетать с основными видами разведочных работ.
План разведочных работ, т. е. расположение разведочных вы-
работок и разведочных линий на исследуемой строительной
площадке, определяется прежде всего расположением проектиру-
474
емых сооружений и их особенностями (бетонная плотина, здание
ГЭС, земляная плотина и др.), длиной и шириной, степенью неод-
нородности геологического строения и изменчивостью состава,
состояния и свойств всех разностей горных пород, выделенных
в геологическом разрезе. Поэтому разведочные линии следует
намечать прежде всего по осям и контурам сооружений: по оси
плотины, вдоль верхней и нижней ее граней, а у земляных пло-
тин — вдоль основания обоих откосов (оконтуривающие разрезы),
вдоль линии намечаемой фильтрационной завесы, шпунтовой
стенки или зуба и т. д. Оконтуривающих разрезов может быть
не два, а четыре и даже больше, если плотина распластана, ее
подземный контур удлинен и имеет вертикальные преграды
различного назначения (см. рис. Xl-17, XI-18), а геологическое
строение участка неоднородно.
Расстояния между оконтуривающими разведочными линиями
всецело определяются шириной сооружений, протяженностью
их подземного контура. На таких геологических разрезах при
проектировании представляется возможным обоснованно пока-
зывать врезки сооружений и отдельных элементов подземного
контура. Расстояния между выработками по каждой разведочной
линии зависят от расположения определенных типов сооружений,
сложности и неоднородности геологического строения участка.
На площадках расположения бетонных сооружений (плотина,
здание ГЭС, шлюз и др.) выработки следует сгущать, а на участ-
ках расположения сооружений, менее чувствительных к нерав-
номерным деформациям основания, — разрежать. Следовательно,
плотность разведочных выработок на строительной площадке
должна быть рациональной. Во всех случаях их следует так раз-
мещать по продольным разведочным линиям, чтобы можно было
составить поперечные геологические разрезы, например по оси
каждого блока бетонной плотины, по оси каждого агрегата ГЭС,
по осям подводящего и отводящего каналов, шлюза и вдоль стен
его камер. Поперечные геологические разрезы необходимы и для
проектирования поперечного профиля земляных плотин. Опыт
показывает, что на стадии детальных изысканий расстояния между
разведочными выработками по продольным разведочным линиям
изменяются в зависимости от сложности геологического строения
от 10—20 до 50—100 и даже 150 м (на участках земляных плотин).
Таким образом, план разведочных работ на стадии детальных
изысканий должен быть подчинен площадной разведке строитель-
ной площадки и участков расположения каждого сооружения.
Конструкции, способ проходки и порядок документации всех
разведочных выработок должны полностью отвечать требованиям,
предъявляемым к ним при инженерных изысканиях (см. гл. III).
Глубина разведочных выработок должна быть не менее зоны влия-
ния сооружений. Отдельные выработки следует проводить до
значительно большей глубины, чтобы убедиться в том, что на этих
глубинах нет и не может возникнуть каких-либо опасных геоло-
475
WW.wirpx.ceTO
гических явлений. В зависимости от структурно-тектонических
условий района надо бурить не только вертикальные скважины,
но и наклонные. Это позволит выявить и проследить на глубину
распространение и условия залегания зон тектонических нару-
шений, гидротермального изменения горных пород, отдельных
опасных трещин и их систем, зон и поверхностей ослабления.
С этой же целью, для более точной и достоверной характеристики
изменения состояния и свойств горных пород с глубиной, про-
ходят шахты, шгольни и выполняют различные виды геофизи-
ческих исследований.
Для изучения водопроницаемости, трещиноватости или закар-
стованности горных пород, установления положения зон или участ-
ков с аномально высокой водопроницаемостью, распространения
локальных водоупоров и глубины залегания практически водоне-
проницаемых пород в основании плотины и на участках ее при-
мыканий выполняют опытные нагнетания воды или воздуха во
все скважины, расположенные по разведочной линии вдоль оси
плотины, по линии предполагаемого расположения противо-
фильтрационной завесы, а в отдельных случаях и в некоторых
скважинах по о контур ивающим разведочным линиям. Материалы
этих опытных работ позволяют составить геологические разрезы
по створу плотины и другим разведочным линиям и показать
на них данные, характеризующие водопроницаемость, трещино-
ватость или закарстованность горных пород (см. рис. IV-8).
Для оценки водопроницаемости рыхлых водоносных аллюви-
альных отложений производят опытные откачки воды из одиноч-
ных скважин или на опытных участках. Число таких опытов
должно быть достаточным, оптимальным для получения расчет-
ных показателей водопроницаемости пород (см. гл. III).
На стадии детальных изысканий для обоснования технического
проекта гидроузла большое внимание уделяется изучению дефор-
мационных и прочностных свойств горных пород, значение кото-
рых трудно переоценить. Они в значительной степени определяют
выбор типа, размеров, конструкции и устойчивость сооружений.
Поэтому в настоящее время для обоснования расчетных показа-
телей сопротивления горных пород сдвигу и их деформируемости
почти в массовом порядке выполняют пробные статические на-
грузки в шахтах и штольнях, специальные прессиометрические
испытания в скважинах и горных выработках, исследуют скорости
распространения упругих волн в горных породах для опреде-
ления динамического модуля их общей деформации и другие
виды опытных работ. Здесь важно обратить внимание только на
то, что прочностные и деформационные свойства горных пород
надо изучать не только по каждому слою, зоне, пачке, выделен-
ным в геологическом разрезе, но и по участкам, зонам и поверх-
ностям ослабления, особенно в направлениях, ориентированных
неблагоприятно относительно действующих сил, т. е. определять
дирекционные характеристики свойств горных пород [30].
476
by
Важным видом геологических работ при детальных изыска-
ниях на выбранной строительной площадке являются режимные
стационарные наблюдения: гидрогеологические, геотермические,
за деформациями горных пород на склонах, за осадками и дефор-
мациями сооружений. Они необходимы для получения достовер-
ных данных о режиме подземных вод и составления прогноза по-
ложения их уровней и напоров при строительстве и эксплуатации
сооружений. По положению пьезометрических уровней подземных
вод и изменению их минерализации и состава в верхнем и нижнем
бьефах плотины можно судить о состоянии работы противофпль-
трационных устройств. Поэтому организация и выполнение
наблюдений за режимом подземных вод и изменениями их хими-
ческого состава при инженерных изысканиях, строительстве и
эксплуатации гидротехнических сооружений — задача обязатель-
ная. Для этого на строительной площадке гидроузла создают
сеть пьезометрических скважин. В районах распространения мно-
голетней мерзлоты режимные наблюдения необходимы для изу-
чения температурного режима горных пород как в основании соо-
ружений, так и в теле земляных плотин. Большой практический
интерес представляют результаты наблюдений за деформациями
горных пород на склонах речных долин в зоне примыкания со-
оружений, а также за деформациями и осадками сооружений
при их строительстве и эксплуатации.
При выполнении инженерных изысканий, особенно для обо-
снования проектов высоконапорных плотин и крупных гидроуз-
лов, часто возникают проблемы и вопросы, которые трудно решить
в процессе проведения обычных производственных изысканий.
Поэтому для их решения привлекают специальные научно-ис-
следовательские организации, которые одновременно с инженер-
ными изысканиями выполняют научно-исследовательские темати-
ческие работы. Материалы и заключения, получаемые в результате
этих исследований, позволяют наиболее полно обосновывать тех-
нический проект сооружений гидроузла и условия их строитель-
ства.
Полевые инженерные изыскания обычно сопровождаются боль-
шим объемом лабораторных исследований горных пород, поверх-
ностных и подземных вод и камеральной обработкой материалов.
Детальные изыскания в районе проектируемого водохранилища
на стадии технического проекта выполняют только на тех участ-
ках, где те или иные геологические явления могут нанести ущерб
народному хозяйству, угрожать жизни и деятельности людей
и где необходима их инженерная защита. Опыт защиты террито-
рий от затопления и подтопления, от угрожающих утечек воды
из водохранилища, нарушений устойчивости склонов, интенсив-
ной переработки берегов и других показывает, что эффективность
применяемых мероприятий зависит почти исключительно от того,
насколько полно и правильно оценены и учтены их инженерно-гео-
логические условия. Поэтому главными задачами детальных изы-
477
www.wirpx.coi»
сканий на участках водохранилища, которым угрожает опасность
развития тех или иных геологических процессов, являются:
1) изучение инженерно-геологических условий каждого из них,
установление масштаба развития опасных явлений и степени их
угрозы; 2) выбор видов и комплексов защитных мероприятий и
получение необходимых данных и материалов для их проектиро-
вания.
Для решения этих задач необходимо выполнять: 1) детальную
инженерно-геологическую съемку, 2) разведочные работы, 3) опыт-
ные работы, 4) режимные стационарные наблюдения, 5) лабора-
торные и камеральные работы. Детальную инженерно-геологи-
ческую съемку производят в масштабах от 1 ; 2000 до 1:10 000
в зависимости от размеров участка, сложности его инженерно-
геологических условий и намечаемых мероприятий. Материалы
съемки должны давать исчерпывающие представления о геологи-
ческом строении участков и условиях развития опасных явлений.
Разведочные работы выполняют главным образом путем бу-
рения скважин по нескольким характерным разведочным линиям,
ориентированным, как правило, нормально к урезу будущего во-
дохранилища. Эти работы позволяют составить геологические раз-
резы по характерным направлениям и уточнить полученные при
съемке представления о геологическом строении и гидрогеологи-
ческих условиях изучаемого участка. Кроме того, многие буровые
скважины используются для опытных работ по изучению водо-
проницаемости водоносных горизонтов,а частьиз них оборудуется
для выполнения режимных гидрогеологических наблюдений. По-
лученные таким образом геологические разрезы используют для
расчетов кривых подпора подземных вод, переработки берегов
и решения других задач, связанных с оценкой условий развития
опасных явлений и их масштабов.
После выбора рациональной схемы защитных мероприятий
разведочные работы продолжают на участках расположения за-
щитных сооружений: по осям оградительных дамб, дренажей,
берегоукрепительных сооружений для получения материалов,
необходимых для их проектирования. Полевые изыскания сопро-
вождаются лабораторными исследованиями горных пород, а в от-
дельных случаях и подземных вод и камеральной обработкой
материалов.
Важнейшей задачей детальных инженерных изысканий для
обоснования технического проекта гидроузла является завер-
шение работ по поискам, разведке и промышленной оценке ме-
сторождений: 1) горных пород, пригодных для строительства
плотин, дамб, перемычек и других земляных сооружений; 2) пес-
ка, гравия, галечников и щебня для приготовления бетона,
устройства дренажей и фильтров и для балластного покрытия
дорог; 3) строительного и облицовочного камня для различных
сооружений и берегоукреплений; 4) глин, суглинков, торфа для
противофильтрационных устройств [27].
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
К ПРЕДИСЛОВИЮ
1. Каменский Г. И. Предмет инженерной геологии как науки. —Изв.
АН СССР. Сер. геол., 1936, № I, с. 223—229.
2. Ломтадзе В. Д. Об инженерной геологии и некоторых вопросах из
ее истории. —Зап. ЛГИ, 1951, т. 25, вып. 2, с. 3—21.
3. Ломтадзе В. Д. Инженерная геология. Инженерная петрология. Л.,
Недра, 1970. 526 с.
4. Ломтадзе В. Д. Закономерности распространения и развития геологи-
ческих процессов как основа рационального использования геологической
среды. — В кн. Проблемы инженерной геологии в связи с рациональным исполь-
зованием геологической среды. Л., Изд-во ЛГИ, 1976, с. 4—14.
5. Попов И. В. Инженерная геология. М., Госгеолиздат, 1951. 442 с.
6. Саваренский Ф. И. Инженерная геология. М.—Л., ОНТИ НКТП СССР,
1937. 421 с.
К ГЛАВЕ I
1. Бондарик Г. К. Инженерно-геологическое опробование разведочных
выработок и естественных обнажений. — В кн.: Методическое пособие по инже-
нерно-геологическому изучению горных пород. Т. 1. М., Изд-во МГУ, 1968,
с. 36—42.
2. Бондарик Г. К. Основы теории изменчивости инженерно-геологических
свойств горных пород. М., Недра, 1971. 271 с.
3. Бондарик Г. К., Горальчук М. И., Сироткин В. Г. Закономерности про-
странственной изменчивости лёссовых пород. М., Недра, 1976. 237 с.
4. Грунтоведение/Е. М. Сергеев, Г. А. Голодковская, Р. С. Зиангиров
и др. 4-е изд М., Изд-во МГУ, 1973. 386 с.
5. Драгунов В. И. Геология и изучение элементов структуры и уровней
организации вещества. Вып. 1. Л., 1965, с. 55—67.
6. Зенков Д. А. Четыре типа изменчивости рудных тел.—Разведка и
охрана недр, 1955, № 6, с. 9—16.
7. Иванова И. И. Инженерно-геологическое опробование горных пород.
М., Изд-во МГРИ, 1973. 31 с.
8. Иванов Л. В. О неоднородности и методах изучения в оценки строитель-
ных свойств грунтов ледникового комплекса. —В кн.: Вопросы механики грун-
тов. Л., Стройизчат, 1954, с. 159—190. (Труды ЛИСИ, вып. 18).
9. Инструкция по инженерным изысканиям для городского и поселкового
строительства СН 211—62. М., Стройиздат, 1962. 119 с.
К). Коломенский И. В. Общая методика инженерно-геологических иссле-
дований М., Недра, 1968. 341 с.
11. Коломенский И. В. Специальная инженерная геология. М., Недра,
1969. 335 с.
12. Коломенский Е. И. Количественная характеристика инженерно-геоло-
гической однородности горных пород. — Изв. вузов, Геология и разведка, 1968,
К» 6, с. 84—88.
479
WWW .twirpx.com
13. Коломенский E. И. О связи функции распределения с пространственной
изменчивостью показателей физико-механических свойств горных пород. —•
В кн.: Математические методы в инженерной геологии. М., 1968, с. 106—108.
14. Крейтер В. М. Поиски и разведка полезных ископаемых. М.—Л.,
Госгеолиздат, 1940. 789 с.
15. Ломтадзе В. Д. Физико-механические свойства глинистых пород верх-
ней пестроцветной свиты верхнего девона Главного девонского поля Русской
платформы. — Зап. ЛГИ, 1962, т. 64, вып. 2, с. 125—151 1 2 3 4
16. Ломтадзе В. Д. Методы лабораторных исследований физико-механиче-
ских свойств горных пород. Л., Недра, 1972. 311 с.
17. Ломтадзе В. Д. Инженерная геология. Инженерная петрология. Л.,
Недра, 1970. 528 с.
18. Ломтадзе В. Д. Инженерная геология. Инженерная геодинамика. Л.,
Недра, 1977. 478 с.
19. Маслов И. Н. Прикладная механика грунтов. М., Машстройиздат,
1949. 327 с.
20. Огоноченко В. И. К классификации инженерно-геологической изменчи-
вости горных пород. — В кн.: Математические методы в инженерной геологии. <
М., 1968, с. 130—135.
21. Погребицкий Е. О., Терновой В. И. Геолого-экономическая оценка место-
рождений полезных ископаемых. Л., Недра, 1974. 302 с.
22. Поиски и разведка месторождений полезных ископаемых/Е. О. Погре-
бицкий, Н. В. Иванов, А В. Скропышев и др. М., Недра, 1968. 459 с.
23. Пособие по инженерным изысканиям для строительства. М., Строй-
издат, 1974. 114 с.
24. Рац М. В. Неоднородности горных пород и их физических свойств.
М., Недра, 1968. 105 с.
25. Родионов Д. А. Статистические методы разграничения геологических
объектов по комплексу признаков. М., Недра, 1968. 158 с.
26. Руководство по технике безопасности на инженерно-изыскательских
работах для строительства. М., Стройиздат, 1971. 126 с.
27. Строительные нормы и правила. Ч. 11, разд. Б, гл. 2. Основания зда-
ний и сооружений на просадочных грунтах. Нормы проектирования. СНиП II—Б.
2—62. М., Стройиздат. 8 с. i
28. Строительные нормы и правила. Ч. II, разд. Б, гл. 6. Основания и фун-
даменты зданий и сооружений на вечномерзлых грунтах. Нормы проектиро-
вания. СНиП II—Б. 6—66. М., Строниздат, 1967. 30 с.
29. Строительные нормы и правила. Ч. II, разд. А, гл. 13. Инженерные
изыскания для строительства. Основные положения. СНиП II—А. 13—69. М.,
Стройиздат, 1970. 23 с <
30. Строительные нормы и правила. Ч. II, разд. А, гл. 12. Строительство
в сейсмических районах. Нормы проектирования. СНиП II—А. 12—69. М.,
Стройиздат, 1970. 46 с.
31. Строительные нормы и правила. Ч. II. Нормы проектирования. Гл. 15.
Основания зданий и сооружений. СНиП II—15—74. М., Стройиздат, 1975. 64 с.
32. Указания по проектированию оснований и фундаментов на засоленных
и сильнольдистых вечномерзлых грунтах. СН 450—72. М., Стройиздат, 1974. 25 с.
33. Фридман Д. Б. Диаграмма структурной неоднородности.—Докл.
АН СССР, 1956, т. 106, № 2, с. 258—261.
1
К ГЛАВЕ II
1. Богомолов Л. А. Дешифрирование аэрофотоснимков. М., Недра, 1976.
144 с.
2. Бондарик Г. К., Комаров И. С., Ферронский В. И. Полевые методы
инженерно-геологических исследований. М., Недра, 1967. 372 с.
3. Вопросы инженерно-геологического картировании и районирования.
Л., 1968. 125 с.
4. Геология и плотины. Т, 4. Под ред. А. А. Борового, М.—Л., Энергия,
1964, с. 24—38.
480
5. Инженерно-геологические изыскания для строительства гидротехнических
сооружений. Под ред. Е. С. Карпышева. М., Энергия, 1972. 374 с.
6. Инструкция и краткие методические указания по крупномасштабной
инженерно-геологической съемке для гидроэнергетического строительства.
II—37—66. М.—Л., Энергия, 1966. 79 с.
7. Инструкция по мелкомасштабной инженерно-геологической съемке
для гидроэнергетического строительства. И—35—65. М.—Л., Энергия, 1965. 67 с.
8. Инструкция по организации и производству геологосъемочных работ
в масштабе 1 : 200 000 и 1 : 100 000. М., Госгеолиздат, 1955. 126 с.
9. Инструкция по составлению унифицированных основных инженерно-
геологических карт. М., 1966. 44 с.
10. Ломтадзе В Д. Методы лабораторных исследований физико-механи-
ческих свойств горных пород. Л., Недра, 1972. 311 с.
11. Ломтадзе В. Д. Инженерная геология. Инженерная петрология. Л.,
Недра, 1970. 528 с.
12. Ломтадзе В. Д. Инженерная геология. Инженерная геодинамика. Л.,
Недра, 1977. 478 с.
13. Ломтадзе В. Д. Методика составления инженерно-геологических карт
и задачи инженерно-геологического районирования.—Зап. ЛГИ, 1971,
т. 62, вып. 2, с. 89—99.
14. Методические указания к составлению общих обзорных инженерно-
геологических карт территории СССР в масштабах 1 : 1 500 000—1 : 2 500 000.
М., ВСЕГИНГЕО, 1961 27 с.
15. Методические указания по геологической съемке масштаба 1 : 50 000.
Вып. 1. Геологическая съемка в районах развития осадочных пород. Л., Недра,
1969. 327 с.
16. Методические указания по геологической съемке масштаба 1 : 50 000.
Вып. 2. Геологическая съемка вулканогенных образований. Л., Недра, 1971.
399 с.
17. Методические указания по геологической съемке масштаба 1 : 50 000.
Вып. 3. Геологическая съемка в районах развития интрузивных пород. Л.,
Недра, 1972.
18. Методические указания по геологической съемке масштаба 1 : 50 000.
Вып. 4. Геологическая съемка в районах развития метаморфических пород.
Л., Недра, 1972.
19. Методические указания по геологической съемке масштаба 1 : 50 000.
Вып. 5. Геологическая съемка районов развития кор выветривания. Л., Недра,
1973. 116 с.
20. Методические указания по геологической съемке масштаба 1 : 50 О00.
Вып. 6. Геологическая съемка четвертичных отложений и геоморфологические
исследования. Л., Недра, 1973. 238 с.
21. Методические указания по геологической съемке масштаба 1 : 50 000.
Вып. 13. Принципы и методы определения рационального комплекса исследо-
ваний. Л., Недра, 1972. 153 с.
22. А-1етодические указания по гидрогеологической съемке на закрытых
территориях в масштабах 1 : 500 000, 1 : 200 000 и 1 ; 50 000. М., Недра, 19G8.
170 с.
23. Методическое руководство по геологической съемке масштаба 1 : 50 000.
Т. 1. Л., Недра, 1974. 429 с.
24. Методическое руководство по геологической съемке масштаба 1 : 50 000.
Т. 2. Л., Недра, 1974.'247 с.
25. Объяснительная записка к структурно-формационной карте северо-
западной части 1 пхооксапского подвижного пояса масштаба 1 : 1 500 000. Л.,
ВСЕГЕН, 1973 183 с
26. Основные положения организации и производства геологосъемочных
работ масштаба 1 : 50 000 (1 : 25 000). М., Недра, 1968. 55 с.
27. Основные требования к производству детальных геологосъемочных работ
(масштаба 1 : 10 000 и 1 : 5000). М., Недра, 1973. 39 с.
28. Петрусевич Д4. И. Геологосъемочные и поисковые работы на основе
аэромстодов. М., Недра, 1954. 106 с.
481
iww.tw frpx.com
29. Проблемы инженерно-геологического картирования. М., Изд-во МГУ,
1975. 321 с. (Тр. Всесоюз. симпозиума 30 января — 1 февраля 1974 г.).
30. Рекомендации по производству инженерно-геологической рекогносци-
ровки. М., Стройиздат, 1974. 14 с.
31. Рекомендации по производству 'инженерно-геологической съемки при
инженерных изысканиях для строительства. М., Стройиздат, 1972. 47 с.
32. Руководство по инженерно-геологическим изысканиям для гидротех-
нического строительства. Под ред. Е. С. Карпышева. М., Энергия, 1976. 375 с.
33. Руководство по проведению инженерных изысканий ускоренными ме-
тодами. М., Стройиздат, 1972. 86 с.
34. Сборник цеп на проектные и изыскательские работы для строительства.
Ч. 1. Цены на изыскательские работы. М., Стройиздат, 1967, с. 224—315.
35. Справочник по инженерной геологии. Под ред. М. В. Чурикова. М.,
Недра, 1968. 540 с. 2-е изд., 1974. 407 с.
36. Строительные нормы и правила. СНиП II—15—74. Ч. 2. Нормы проек-
тирования. Гл. 15. Основания зданий и сооружений. М., Стройиздат, 1975. 64 с.
37. Федоров В. И. Аэроизыскания автомобильных дорог и мостовых пере-
ходов. М., Трансиздат, 1975. 199 с.
К ГЛАВЕ III
1. Бондарик Г. К., Комаров И. С., Ферронский В. И. Полевые методы
инженерно-геологических исследований. М., Недра, 1967. 372 с.
2. Бондарик Г. К- Инженерно-геологическое опробование разведочных
выработок и естественных обнажений. Т. 1. М., Изд-во МГУ, 1968, с. 12—65.
3. Бондарик Г. К- Основы теории изменчивости инженерно-геологических
свойств горных пород. М., Недра, 1971. 271 с.
4. ГОСТ 12071—72. Грунты. Отбор, упаковка, транспортировка и хране-
ние образцов. М., Изд-во стандартов, 1972. 7 с.
5. ГОСТ 20522—75. Грунты. Метод статистической обработки результатов
определений характеристик. М., Изд-во стандартов, 1977. 13 с.
6. Единые нормы времени и расцепки на проектные и изыскательские ра-
боты. Ч. 1. Изыскательские работы для строительства. Т. 2. Инженерно-геоло-
гические изыскания. М., Стройиздат, 1972. 365 с.
7. Иванова И. Н. Инженерно-геологическое опробование горных пород.
М., МГРИ, 1973. 29 с.
8. Каган А. А. Расчетные показатели физико-механических свойств грун-
тов. Л., Стройиздат, 1973. 143 с.
9. Коломенский Н. В. Общая методика инженерно-геологических иссле-
дований. М., Недра, 1968. 341 с.
10. Коломенский Н. В. Специальная инженерная геология. М., Недра,
1969. 335 с.
И. Ломтадзе В. Д. Инженерная геология. Инженерная петрология. Л.,
Недра, 1970. 528 с.
12. Ломтадзе В. Д. Методы лабораторных исследований физико-механиче-
ских свойств горных пород. Л., Недра, 1972. 312 с.
13. Маслов П. Н. Прикладная механика грунтов. М., Машстройиздат,
1949. 327 с.
14. Огильви А. А. Геофизические методы исследований. М., Изд-во МГУ,
1962. 410 с.
15. Огоноченко В. П. К классификации инженерно-геологической измен-
чивости горных пород. — В кн.: Математические методы в инженерной геологии.
М., 1968, с. 130—135.
16. Поиски и разведка месторождений полезных ископаемых/Е. О. Погре-
бицкий, Н. В. Иванов, А. В. Скропышев и др. М., Недра, 1968.
17. Пособие но расчетам опробования грунтов при инженерных изысканиях
для строительства. М., Стройиздат, 1975. 38 с.
18. Практикум по геофизическим методам исследований/ Э. Н. Кузьмина,
В. Н. Никитин, А. А. Огильви, В. К. Хмелевский. М., Изд-во МГУ, 1970.
136 с.
482
19. Прокофьев А. П. Технические средства разведки месторождений твердых
полезных ископаемых. М., Изд-во МГУ, 1975. 231 с.
20. Ребрик Б. М. Бурение скважин при инженерно-геологических изыска-
ниях. М., Недра, 1973..259 с.
21. Рекомендации по бурению шурфов ударным и комбинированным спо-
собами при инженерных изысканиях для строительства. М., Стройиздат, 1973. 17с.
22. Рекомендации по выбору и эффективному применению способов бурения
инженерно-геологических скважин в различных природных и геологических
условиях. М., Стройиздат, 1974. 32 с.
23. Рекомендации по использованию радиоизотопных методов для опре-
деления физико-механических свойств грунтов. М., Стройиздат, 1971. 48 с.
24. Рекомендации по проходке шурфов в песчаных, и глинистых грунтах
при производстве инженерно-геологических изысканий для строительства. М.,
Стройиздат, 1971. 32 с.
25. Руководство по инженерно-геологическим изысканиям для гидротехни-
ческого строительства. Под ред. Е. С. Карпышсва. М., Энергия, 1976. 375 с.
26. Сейсмоакустические методы изучения массивов скальных пород/А. И. Са-
вич, В. И. Коптев, В. Н. Никитин, 3. Г. Ященко. М., Недра, 1969. 238 с.
27. Скоростные методы исследования при гидрогеологических и инженерно-
геологических съемках. Под ред. С. В. Викторова, А. А. Огильви. М., Недра,
1969. 334 с.
.28 . Соколов К. П. Геофизические методы разведки. Л., Недра, 1966. 463 с.
29. Справочник по бурению и оборудованию скважин на воду. Под ред.
В. В. Дубровского. 2-е изд. М., Недра, 1972. 510 с.
30. Строительные нормы и правила СНиП II—15—74. Ч. 2. Нормы проек-
тирования. Гл. 15. Основания зданий и сооружений. М., Стройиздат, 1975. 64 с.
31. Технология и техника разведочного бурения/Ф. А. Шамшев, С. Н. Та-
раканов, Б. Б. Кудрявцев и др. М., Недра, 1966. 519 с.
32. Ферронский В. И. Пенетрационно-каротажные методы. М., Недра, 1969.
238 с.
33. Ширяев В. И., Карпов Л. А. Организация оснащения инженерно-геоло-
гических изысканий. М., Недра, 1971. 222 с.
К ГЛАВЕ IV
1. Блох И. П., Сатурин А. Д. Измерение напряжений в массиве коренных
горных пород. М., Недра, 1970.
2. Бондарик Г. К- Динамическое и статическое зондирование грунтов в ин-
женерной геологии. М., Недра, 1964. 163 с.
3. Бондарик Г. К., Комаров И. С., Ферронский В. И. Полевые методы инже-
нерно-геологических исследований. М., Недра, 1967. 372 с.
4. ГОСТ 20276—74. Грунты. Метод полевого определения модуля дефор-
мации прессиометрами. М., Изд-во стандартов, 1976. 11 с.
5. ГОСТ 12374—66. Грунты. Метод полевого испытания статическими
нагрузками. М , Изд-во стандартов, 1966. 7 с.
6. Гохфельд Б. Л., Жорник Г. В. Полевые методы испытаний грунтов.
Киев, Будивельпык, 1973. 151 с.
7. Завриев Г. П. Испытание упругих свойств горных пород в туннеле Озер-
ной гидроэлектростанции Севанстроя. — Гидротехническое строительство, 1946,
№ 9, с. 24—26.
8. Зенков Д. А. Четыре чипа изменчивости рудных тел. — Разведка и
охрана недр, 1955, № 6, с. 9—16.
9. Зурабов Г. Г. К вопросу об экспериментальном определении отпора
горных пород в туннелях. — Изв. Ин-та гидротехники им. Веденеева, т. 64,
1960, с. 67- 83.
10. Изучение напряженного состояния массивов пород в инженерно-геоло-
гических целях. М., Изд-во МГУ,. 1968. 136 с.
11. Инженерно-геологические изыскания для строительства гидротехниче-
ских сооружений. Под ред. Е. С. Карпышсва. М., Энергия, 1972. 374. с.
483
WvwTEwIrpx.eoi»
12. Инструкция и методические указания по определению водопроницае-
мости горных пород методом опытных нагнетаний в скважины. И—39—67.
М., Энергия, 1968. 94 с.
13. Климентов П. П., Кононов В. М. Динамика подземных вод. М., Высшая
школа, 1973. 439 с.
14. Коломенский Н. В. Специальная инженерная геология. М., Недра,
1969. 335 с.
15. Коломенский Н. В. Общая методика инженерно-геологических иссле-
дований. М., Недра, 1968. 341 с.
16. Кораблев А. А. Современные методы и приборы для изучения напря-
женного состояния массива горных пород. М., Наука, 1969. 127 с.
17. Корчагин Г. И., Коренева С. Л. Прессиометрия и вращательный срез
в инженерной геологии. М., Недра, 1976. 182 с
18. Ломтадзе В. Д. Инженерная геология. Инженерная петрология. Л.,
Недра, 1970. 528 с.
19. Ломтадзе В. Д. Методы лабораторных исследований физико-механиче-
ских свойств горных пород. Л., Недра, 1972. 311 с.
20. Ломтадзе В. Д. Инженерная геология. Инженерная геодинамика. Л.,
Недра, 1977. 478 с.
21. Ломтадзе В. Д., Булычев Н. С. Геологические факторы, определяющие
величины и распределение напряжений в массивах пород. —- В кн.: Отражение
современных полей напряжений и свойств пород в состоянии скальных мас-
сивов. Апатиты, Изд-во Кольск. филиала АН СССР, 1977, с. 69—76.
22. Люжон Д4. Плотины и геология. М.—Л., ОНТИ, 1936. 116 с.
23. Напряженное состояние земной коры. М., Наука, 1973. 185 с.
24. Определение водопроницаемости неводоносных горных пород опытными
наливами в шурфы. И—41—68. М., Энергия, 1969. 61 с.
25. Определение коэффициента фильтрации горных пород методом инфиль-
трации из шурфов. М.—Л., Госэнергоиздат, 1947 . 31 с.
26. Опытно-фильтрационные работы. Под ред. В. М. Шестакова и Д. И. Баш-
катова М , Недра, 1974. 201 с.
27. Отражение современных полей напряжений и свойств пород в состоя-
нии скальных массивов. Апатиты. Изд-во Кольск. филиала АН СССР, 1977.
151 с.
28. Полевые методы исследования строительных свойств грунтов/Ю. Г. Тро-
фименков, Л. И. Воробков, А. И. Смирницкий, А. А. Бенедиктов. Л1., Строй-
издат, 1964. 144 с.
29. Полете многоцелевые лаборатории для исследования грунтов ПЛГ-1.5Р
и ПЛГ-5М Калинин, Изд-во Калинин, политехи, ин-та, 1975. 16 с.
30. Рекомендации по испытаниям просадочных грунтов статическими на-
грузками. М., Стройиздат, 1974 16 с.
31. Рекомендации по применению полевых методов исследования грунтов.
М., 1968. 211 с.
32. Руководство по инженерно-геологическим изысканиям для гидротехни-
ческого строительства. Под ред. Е. С. Карпышева. М., Энергия, 1976. 376 с.
33. Роза С. А. Сопротивление скальных пород основания гидротехнического
сооружения сдвигающему усилию. М., Стройиздат, 1952. 54 с.
34. Роза С. А., Зеленский Б. Д. Исследование механических свойств скаль-
ных оснований гидротехнических сооружений. М., Энергия, 1967. 389 с.
35. Руководство по геологической документации при инженерных изыска-
ниях для строительства. М., Стройиздат, 1969. 89 с.
36. Руководство по измерению напряжений в массиве скальных пород ме-
тодом разгрузки. Апатиты, Изд-во Кольск. филиала АН СССР, 1970. 47 с.
37. Руководство по определению напряженного состояния горных пород
в массиве ультразвуковым методом. Апатиты, Изд-во Кольск. филиала АН СССР,
1970. 71 с.
38. Санглера С. Исследование грунтов методом зондирования М., Строй-
издат, 1971. 231 с.
39. Сапегин Д. Д. Исследование деформационных свойств скальных пород.
М.—Л., Изв. ВНИИ гидротехники им. Веденеева, 1961, т. 67, с, 241—252.
484
40. Скальные основания гидротехнических сооружений.—Труды Гидро-
проекта, 1974, вып. 33. 190 с.
41. Слободов М. А. Методы и аппаратура, разработанная и применяемая
ВНИМИ при исследовании проявлений горного давления в шахтах и рудниках.—
В кн. Вопросы горного давления. Вып. 11. Новосибирск, Пзд-во СО АН СССР.
1962.
42. Справочник по инженерной геологии. Изд. 2-е. Под общ. ред. М. В. Чу-
рикова. М., Недра, 1974. 407 с.
43, Строительные нормы и правила СНиП II—15—74. Ч. 2. Нормы про-
ектирования. Гл. 15. Основания зданий и сооружений. М., Стройиздат, 1975.
64 с.
44. Талобр Ж. Механика горных пород. М., Госгортехиздат, 1960. 425 с.
45. Терцаги К., Пек Р. Механика грунтов в инженерной практике. М.,
Стройиздат, 1958. 607 с.
46. Трофименков Ю. Г., Воробков Л. И. Полевые методы исследования строи-
тельных свойств грунтов. М., Стройиздат, 1974. 175 с.
47. Турчанинов И. А., Иофус М. А., Каспарян Э. В. Основы механики
горных пород. Л., Недра, 1977 . 502 с.
48. Указания по зондированию грунтов для строительства. СН 448—72.
М., Стройиздат, 1973. 30 с.
49. Ухов С. Б. Скальные основания гидротехнических сооружений. М.,
Энергия, 1975. 262 с.
50. Экспериментальное определение полного тензора напряжений в массиве
горных пород. Апатиты, Пзд-во Кольск. филиала АН СССР, 1973. 36 с.
К ГЛАВЕ V
1. Абрамов С. К. Борьба с подтоплением промышленных площадок. Строй-
издат, 1949. 94 с.
2. Брайт П. И. Наблюдения за осадкой сооружений. М.—Л , Госстрой-
издат, 1935. 93 с.
3. Емельянова Е. И. Методическое руководство по стационарному изуче-
нию оползней. М„ Госгеолтехиздат, 1956. 245 с.
4. Емельянова Е. И. Сравнительный метод оценки устойчивости склонов
и прогноз оползней. М., Недра, 1971. 102 с.
5. Инструкция по наблюдениям за деформациями бортов, откосов уступов
и отвалов на карьерах и разработке мероприятий по обеспечению их устойчи-
вости Л., ВНИМИ, 1971. 186 с.
6. Кац Д. М. Контроль режима грунтовых вод па орошаемых землях. М.,
Колос, 1967. 181 с.
7. Коноплянцев А. А., Кац Д. М. Стационарные гидрогеологические иссле-
дования. Справочное руководство гидрогеолога. Т. 2. Изд. 2-е. Л., Недра, 1967,
с. 78—89.
8. Ломтадзе В. Д. Инженерная геология. Инженерная петрология. Л.,
Недра, 1970. 528 с.
9. Ломтадзе В. Д. Инженерная геология. Инженерная геодинамика. Л.,
Недра, 1977. 478 с.
10. Методическое руководство по гидрогеологическим и инженерно-геоло-
гическим исследованиям для мелиоративного строительства. Вып. 2. М., Союз-
водпроект, 1972. 199 с.
11. Методические указания но изучению выветривания и осыпания пород
в откосах угольных разрезов. Л., ВНИМИ, 1972. 66 с.
12. Положение о порядке расследования причин аварий (обрушений) зданий,
сооружений, их частей и конструктивных элементов. М., Стройиздат, 1974. 16 с.
13. Попов В. П. Организация и производство наблюдений за режимом под-
земных вод (инструктивные указания). М., Госгеолиздат, 1955. 198 с.
14. Руководство ио наблюдениям за деформациями оснований и фундамен-
тов зданий и сооружений. М., Стройиздат, 1975. 160 с.
485
MW .tVtflTpX.C©!»
15. Рыбаков В. И. Осадки фундаментов сооружений. М.—Л., Науч.-техн,
изд-во строит, лит., 1937. 354 с.
16. Сборник инструкций и программных указаний по изучению мерзлых
грунтов и вечной мерзлоты. М.—Л., Изд-во АН СССР, 1938. 272 с.
17. Сеги К- Ошибки в сооружении фундаментов. М., Стройиздат, 1960. 142 с.
18. Строительные нормы и правила. Ч. 2. Нормы проектирования. Гл. 15.
Основания зданий и сооружений. СНиП II—15—74. М., Стройиздат, 1975. 64 с.
19. Тер-Степанян Г. И. Геодезические методы изучения динамики ополз-
ней. М., Недра, 1972. 134 с.
20. Указания по организации и ведению наблюдений за изменением водно-
температурного режима вечномерзлых грунтов для целей фундаментостроения.
М., Промстройиздат, 1959. 26 с.
21. Фролов Н. М. Гидрогеотермия. М., Недра, 1976. 279 с.
22. Хэммонд Р. Аварии зданий и сооружений. М., Стройиздат, 1960. 186 о.
К ГЛАВЕ VI
1—2. ГОСТ 5180—75. Грунты. Метод лабораторного определения влаж-
ности. М., Изд-во стандартов, 1975. 2 с.
3. ГОСТ 5181—64. Грунты. Метод лабораторного определения удельного
веса. М., Изд-во стандартов. 1964. 4 с.
4. ГОСТ 5182—64. Грунты. Метод лабораторного определения объемного
веса. М., Изд-во стандартов. 1964. 5 с.
5. ГОСТ 5183—64. Грунты. Метод лабораторного определения границы
раскатывания. М., Пзд-во стандартов, 1964. 2 с.
6. ГОСТ 5184—64. Грунты. Метод лабораторного определения границы
текучести. М., Изд-во стандартов. 1964. 3 с.
7. ГОСТ 10650—72. Торф. Метод определения степени разложения. М.,
Изд-во стандартов, 1965. 6 с.
8. ГОСТ 11306—65. Торф. Метод определения зольности. М., Изд-во стан-
дартов, 1965. 4 с.
9. ГОСТ 12248— 66. Грунты. Метод лабораторного определения сопротив-
ления срезу песчаных и глинистых грунтов на срезных приборах в условиях
завершенной консолидации. М., Изд-во стандартов, 1966. 9 с.
10. ГОСТ 12536—67. Грунты. Методы лабораторного определения зерно-
вого (гранулометрического) состава. М., Изд-во стандартов, 1967. 13 с.
11. ГОСТ 17245—71. Грунты. Метод лабораторного определения времен-
ного сопротивления при одноосном сжатии. М., Изд-во стандартов, 1971. 4 с.
12. ГОСТ 19707—74. Грунты. Метод лабораторного определения коэффи-
циентов сжимаемости пластичномерзлых грунтов. М., Изд-во стандартов, 1975. 6с.
13. ГОСТ 20522—75. Грунты. Методы статистической обработки результатов
определений характеристик. М., Изд-во стандартов, 1975. 13 с.
14. ГОСТ 20885—75. Грунты. Подготовка к лабораторным испытаниям
образцов мерзлых грунтов. М., Изд-во стандартов, 1975. 5 с.
15. Единые нормы времени и расценки на проектные и изыскательские ра-
боты. Ч. I. Изыскательские работы для строительства. Т. 2. Инженерно-геоло-
гические изыскания. М., Стройиздат, 1972. 365 с.
16. Инструкция о содержании и порядке составления геологических отче-
тов. М., Недра, 1965. 76 с.
17. Информационно-поисковые системы в инженерией геологии. М., Изд-во
МГУ, 1975. 205 с.
18. Комаров И. С. Накопление и обработка информации при инженерно-
геологических исследованиях. М., Недра, 1972. 294 с.
19. Ломтадзе В. Д. Инженерная геология. Инженерная петрология. Л.,
Недра, 1970. 528 с.
20. Ломтадзе В. Д. Методы лабораторных исследований физико-механиче-
ских свойств горных пород. Л., Недра, 1972. 311 с.
21. Ломтадзе В. Д. Инженерная геология. Инженерная геодинамика.
Л., Недра, 1977. 478 с.
486
22. Руководство по геологической документации при инженерных изыска-
ниях для строительства. М., Стройиздат, 1969. 89 с.
23. Указания по оформлению инженерно-геологических чертежей. И—42—69.
М., Энергия, 1969. 59 с.
К ГЛАВЕ VII
1. Влияние инженерно-геологических и гидрогеологических условий на
градостроительство. М., Гидрометеоиздат, 1973. 91 с.
2. Временные технические указания по устройству фундаментов граждан-
ских зданий и сооружений в Ленинграде и его пригородных районах (особен-
ности изысканий, проектирования и строительства). ВТУ 401—01—388—71.
Л., 1972. 122 с.
3. Изыскания и защита от подтопления на застроенных территориях. Киев,
Будивельнык, 1976. 202 с.
4. Инженерная геология и градостроительство. М., Пзд-во МГУ, 1973.
206 с.
5. Инженерно-геологические и гидрогеологические проблемы градострои-
тельства. М., Гидрометеоиздат, 1974. 192 с.
6. Инженерно-геологические проблемы градостроительства. М., Изд-во
МГУ, 1971. 214 с.
7. Инструкция по инженерным изысканиям для городского и поселкового
строительства. CH 211—62. М., Стройиздат, 1962. 120 с.
8. Инструкция по составлению проектов планировки и застройки городов.
СН 345—66. М., Стройиздат, 1966. 38 с.
9. Климат, город, человек. Инженерная деятельность человека и геоло-
гическая среда. М., Изд-во МГУ, 1976 170 с.
10. Котлов Ф. В., Братнина И. А., Сипягина И. К. Город и геологические
процессы. М., Наука, 1967. 226 с.
11. Котлов Ф. В. Антропогенные геологические процессы и явления на тер-
ритории города. М., Наука, 1977. 170 с.
12. Леггет Р. Города и геология. М., Мир, 1976. 558 с.
13. Ломтадзе В. Д. Инженерная геология. Инженерная геодинамика. Л.,
Недра, 1977. 478 с.
14. Найфельд Л. Р., Тарасов И. А. Освоение неудобных земель под город-
скую застройку. М., Стройиздат, 1968. 222 с.
15. Найфельд Л. Р. Инженерная подготовка пойменных и заболоченных
территорий для градостроительства. М., Стройиздат, 1974. 184 с.
16. Справочник проектировщика. Градостроительство. М., Стройиздат,
1963. 367 с.
17. Строительные нормы и правила. Ч. 2, разд. Б, гл. 2. Основания и фун-
даменты зданий и сооружений на просадочных грунтах. Нормы проектирования.
СНиП II—Б.2—62. М., Стройиздат, 1962, с. 8.
18. Строительные нормы и правила. Ч. 2, разд. К, гл. 2. Планировка и
застройка населенных мест. Нормы проектирования. СНиП II—К. 2—62. М.,
Стройиздат, 1967. 64 с.
19. Строительные нормы и правила. Ч. 2. Нормы проектирования. Гл. 12.
Строительство в сейсмических районах. СНиП II—А. 12—69. М., Стройиздат,
1977. 54 с.
20. Строительные нормы и правила. Ч. 2. Нормы проектирования. Гл. 18.
Основания и фундаменты на вечномерзлых грунтах. СНиП II—18—76. М., Строй-
издат, 1977. 45 с.
21. Чалая И. П., Кукотенко М. В., Черкасова Л. М. Исследование природ-
ных условий для архитектурно-планировочного проектирования. М., Строй-
издат, 1973. 154 с.
К ГЛАВЕ VIII
1. Гольдштейн М. И., Кушнер С. Г., Шевченко Л. И. Расчеты осадок и
прочности оснований зданий и сооружений. Киев, Будивельнык, 1977. 207 с.
2. Ермолаев Н. Н., Михеев В. В. Надежность оснований сооружений. Л.,
Стройиздат, 1976. 151 с.
487
3. Золотарев Г. С., Калинин Э. В., Миневрин А. В. Учебное пособие по
инженерной геологии. М., Изд-во МГУ, 1970. 311 с.
4. Инженерные изыскания в строительстве. Справочник. М., Стройиздат,
1975. 479 с.
5. Инструкция по инженерным изысканиям для промышленного строи-
тельства. СН 225—62. М., Стройиздат, 1962. 29 с.
6. Коломенский Н. В. Общая методика инженерно-геологических исследо-
ваний. М., Недра, 1968. 341 с.
7. Коломенский И. В. Специальная инженерная геология М., Недра,
1969. 335 с.
8. Костерин Э. В. Основания и фундаменты. М., Высшая школа, 1966. 458 с.
9. Ломтадзе В. Д. Инженерная геология. Инженерная петрология. Л.,
Недра, 1970. 528 с.
10. Ломтадзе В. Д. Методы лабораторных исследований физико-механиче-
ских свойств горных пород. Л., Недра, 1972. 311 с.
11. Ломтадзе В. Д. Инженерная геология. Инженерная геодинамика. Л.,
Недра, 1977. 479 с.
12. Максимов С. Н. Инженерные сооружения (с основами строительного
дела). М., Изд-во МГУ, 1974. 301 с.
13. Механика грунтов, основания и фундаменты/В. Г. Березанцев, А. II. Ксе-
нофонтов, Е. В. Платонов и др. М., Трансжелдорпздат, 1961. 339 с.
14. Общие положения к инструкциям по инженерным изысканиям для
основных видов строительства СН 210—62. М., Стройиздат, 1962. 9 с.
15. Основания и фундаменты/Н. А. Цытович, В. Г. Березанцев, Б. И. Долма-
тов и др. М., Высшая школа, 1970. 381 с.
16. Передельский Л. В., Ананьев В. И Набухание и усадка глинистых
грунтов. Ростов-на-Дону, Изд-во Ростов, инж.-строит, ин-та, 1973. 144 с.
17. Пособие по инженерным изысканиям для строительства. М., Строй-
издат, 1974. 113 с.
18. Россихин Ю. В. Проектирование и возведение свайных фундаментов
в особо сложных условиях залегания слабых грунтов. Рига, Изд-во Латв, ин-та
науч.-техн, информации и пропаганды, 1971. 32 с.
19. Россихин 10. В. Опасные осадки сооружений. Рига, Зииатпе, 1974, 81 с.
20. Россихин Ю. В. Свайные фундаменты па слабых и оседающих грунтах.
Рига. Изд-во Риж. политехи, ин-та, 1974. 156 с.
21. Руководство по проектированию оснований зданий и сооружений. М.,
Стройиздат, 1977. 373 с.
22. Руководство по расчету и проектированию зданий и сооружений на под-
рабатываемых территориях. М., Стройиздат, 1977. 139 с.
23. Сергеев Д. Д. Проектирование крупнопанельных зданий для сложных
геологических условий. М., Стройиздат, 1973. 158 с.
24. Солодухин М. А. Инженерно-геологические изыскания для промышлен-
ного и гражданского строительства. М., Недра, 1975. 188 с.
25. Сорочан Е. А. Строительство сооружений на набухающих грунтах.
М., Стройиздат, 1974. 224 с.
26. Справочник по строительству на вечномерзлых грунтах. Л., Стройиздат,
1977. 551 с.
27. Справочник проектировщика. Основания и фундаменты. Л.—М., Строй-
издат, 1964. 268 с.
28. Справочник проектировщика. Сложные основания и фундаменты. М.,
Стройиздат, 1969. 271 с.
29. Строительные нормы и правила. Ч. 2, разд. Б, гл. 2. Основания и фун-
даменты на просадочных грунтах. Нормы проектирования. СНиП II—Б. 2—62,
М., Стройиздат, 1962. 8 с.
30. Строительные нормы и правила. Ч. 2. Нормы проектирования. Гл. 12.
Строительство в сейсмических районах. СНиП II—А. 12—69. М., Стройиздат,
1977. 54 с.
31. Строительные нормы и правила. Ч. 2, разд. А, гл. 13. Инженерные
изыскания для строительства. Основные положения. СНиП II—А, 13—69. М.,
Стройиздат, 1970. 23 с.
488
32. Строительные нормы и правила. Ч. 2. Нормы проектирования. Гл. 15.
Основания зданий и сооружений. СНиП II—15—74. М., Стройиздат, 1975. 64 с.
33. Строительные нормы и правила. Ч. 2. Нормы проектирования. Гл. 18.
Основания и фундаменты на вечномерзлых грунтах. СНиП 11—18—76. М., Строй-
издат, 1977. 45 с.
34. Строительство на набухающих грунтах (материалы совещания). Под
ред. Е. А. Сорочана. М., Изд-во НИИ оснований и подземных сооружений, 1968.
132 с.
35. Трунин А. П., Дерябин И. М., Беспалов И. В. Инженерная подготовка
крупноэлементной застройки. Л.—М., Стройиздат, 1961. 171 с.
36. Указания по проектированию оснований и фундаментов зданий и соору-
жений, возводимых на насыпных грунтах. СН 360—66. М., Стройиздат, 19б7.
25 с.
37. Хазанов М. И. Искусственные грунты, их образование и свойства. М.,
Наука, 1975. 133 с.
38 Цытович И. А. Механика грунтов. М., Стройиздат, 1963. 632 с.
39 Цытович И. А. Механика грунтов (краткий курс). М., Высшая школа,
1973. 276 с.
К ГЛАВЕ IX
1. Евгеньев И. Е., Казарновский В. Д. Земляное полотно автомобильных
дорог на слабых грунтах. М., Транспорт, 1976. 270 с.
2. Инженерно-геологические изыскания железных и автомобильных дорог.
Л., 1961. 25 с. (Ленгипротранс).
3. Инженерно-геологические исследования при изысканиях новых линий,
вторых путей, реконструкции и электрификации железных дорог (наставление).
М., Изд-во ЦНИИС, 1962. 239 с.
4. Инструкция по инженерным изысканиям для линейного строительства.
СН 234-62. М., Стройиздат, 1963. 35 с.
5. Леонович Н. И., Выркс И. И. Механика земляного полотна. Минск,
Наука и техника, 1975. 229 с.
6. Ломтадзе В. Д. Об инженерно-геологической оценке угрожаемое™
обвальных явлений. — Зап. ЛГИ, 1949, т. 23, с. 137—151.
7. Ломтадзе В. Д. Инженерная геология. Инженерная петрология. Л.,
Недра, 1970. 528 с.
8 Ломтадзе В. Д. Методы лабораторных исследований физико-механиче-
ских свойств горных пород. Л., Недра, 1972. 311 с.
9. Ломтадзе В. Д. Инженерная геология. Инженерная геодинамика. Л.,
Недра, 1977. 479 с.
10. Мероприятия по повышению устойчивости земляного полотна в карсто-
вых районах БАМ и другие вопросы карстоведения. Тезисы докладов Всесоюз-
ного научно-технического совещания 19—21 октября 1972 г. Красноярск, Си-
бирь, 1977. 136 с.
11. Методические указания по проектированию земляного полотна на
слабых грунтах. М., Оргтрансстрой, 1968. 96 с.
12. Опыт борьбы с оползнями на железных дорогах СССР/Г. М. Шахуиянц,
Б. И. Нечаев, II. А. Клевцов, Б. В. Пащенко. М, Трансжелдориздат, 1961.
184 с.
13. Ордуянц К. С. Устройство железнодорожных насыпей на болотах. М.,
Трансжелдориздат, 1946. 246 с.
14. Проектирование, строительство и эксплуатация земляного пололи
в карстовых районах. Труды совещания в г. Горьком, октябрь 1965 г. М., 1 рапс-
порт, 1968. 287 с.
15. Ройнншвнли И. М. Противообвальные сооружения па железных дорогах.
М., Трансжелдориздат, 1960. 228 с.
16. Соколов Л1. Л., Трее пинский С. А. Изыскания и проем прогните авто-
мобильных дорог в горной местности. М., Авготрапсиздаг, 1961. 252 с.
17. Строительные нормы и правила. Ч. 2, разд. Д, гл. 5. Агломобилыгые
дороги. Нормы проектирования. СНиП 11—Д. 5—72. М-, Стройиздат, 1973. 110 с.
489
WWW.tWirpX.e©!»
18. Строительные нормы и правила. СНиП II—39—76. Нормы проекти-
рования. Железные дороги колеи 1520 мм. М., Стройиздат, 1977. 68 с.
19. Технические указания по проектированию железных дорог колеи 750 мм.
СН 251—63. М., Стройиздат, 1964. 96 с.
20. Флейшман С. М. Селевые потоки и проектирование дорог в районах
их распространения. М., Трансжелдориздат, 1944. 147 с. (Труды ЦНИИС,
вып. 19).
21. Шахунянц Г. М. Земляное полотно железных дорог. М., Трансжел-
дориздат, 1953. 827 с.
22. Эккель Э. Б. Борьба с оползнями на автомобильных дорогах. М., Изд-во
автотранспорта и шоссейных дорог, 1960. 183 с.
К ГЛАВЕ X
1 Инженерно-геологические исследования при изысканиях новых линий,
вторых путей, реконструкции и электрификации железных дорог (наставление).
М., Изд-во ЦНИПС, 1962. 239 с.
2. Инструкция по инженерным изысканиям для линейного строительства.
СН 234—62. М., Стройиздат, 1963. 35 с.
3. Ломтадзе В. Д. Инженерная геология. Инженерная петрология. Л.,
Недра, 1970. 528 с.
4. Ломтадзе В. Д. Инженерная геология. Инженерная геодинамика. Л.,
Недра, 1977. 479 с.
5. Мосты и тоннели'С. А. Попов, В. О. Осипов, А. М. Померанцев и др.
Под ред. С. А. Попова. М., Транспорт, 1977. 525 с.
6. Никонов И. Н. Искусственные сооружения железнодорожного транс-
порта. М., Трансжелдориздат, 1946. 475 с.
7. Попов И. В. Инженерная геология. М., Пзд-во МГУ, 1959. 509 с.
8. Ротенбург И. С., Вольнов В. С., Поляков М. П. Мостовые переходы.
М., Высшая школа, 1977. 327 с.
9. Саваренский Ф. П. Инженерная геология. 2-е изд. М.—Л., ГОНТН,
1939. 488 с.
10. Строительные нормы и правила. Ч. 2, разд. Д, гл. 5. Автомобиль-
ные дороги. Нормы проектирования. СНиП II—Д.5—72. М., Стройиздат, 1973.
ПО с.
11. Технические указания по проектированию железных дорог колеи 750 мм.
СН 251—63. М., Стройиздат, 1964. 96 с.
К ГЛАВЕ XI
1. Авакян А. М., Шарапов В. А. Водохранилища электростанций СССР,
2-е изд. М., Энергия, 1968. 384 с.
2. Адамович А. И., Колтунов Д. В. Цементация основании гидросооружений.
М.—Л., Энергия, 1964. 513 с.
3. Аллас Э. Э., Мещеряков А. П. Укрепление основании гидротехнических
сооружений. 2-е изд. Под ред. В. С. Эрнстова. М.—Л., Энергия, 1966. 115 с.
4. Бетонные плотины (па скальных основаниях)/М. М. Гришин, Н. П. Ро-
занов, Л. Д. Белый и др. М., Стройиздат, 1975. 350 с.
5. Богатырев В. В. Инженерная защита в зонах водохранилищ крупных
гидроэлектростанций. М.—Л., Госэнергоиздат, 1958. 179 с.
6. Буачидзе И. М. Вопросы инженерной геологии гидроэлектростанций
Южных Альп. Тбилиси, Мецнисреба, 1971. 53 с.
7. Влияние водохранилищ на гидрогеологические условия прилегающих
территорий/С. К. Абрамов, Н. Н. Биндеман, Ф. М. Бочсвер, Н. Н. Веригин.
М., Стройиздат, 1960. 319 с.
8. Газиев Э. Г. Устойчивость скальных массивов и методы их закрепления.
М., Стройиздат, 1977. 160 с.
9. Галактионов В. Д. Геология Доно-Волжского междуречья. М., Энергия,
1960. 127 с.
• 10. Геология и плотины. Т. 1. Под общ. ред. А. Н. Вознесенского. М.— Л,,
Госэнергоиздат, 1959. 182 с.
490
11. Геология и плотины. Т. 2. Под общ. ред. А. А. Борового. М—Л.,
Госэнергоиздат, 1962. 151 с.
12. Геология и плотины. Т. 3. Под общ. ред. А. А. Борового. М.—Л., Гос-
энергоиздат, 1963. 175 с.
13. Геология и плотины. Т. 4. Под общ. ред. А. А. Борового. М,—Л , Энер-
гия, 1964. 135 с.
14. Геология и плотины. Т. 5. Под общ. ред. А. А. Борового. М.—Л., Энер-
гия, 1967. 207.
15. Геология и плотины. Т. 6. Под общ. ред. А. А. Борового. М.—Л., Энер-
гия, 1972. 171 с.
16. Геология и плотины. Т. 7. Под общ. ред. А. А. Борового. М.—Л., Энер-
гия, 1974. 141 с.
17. Геология оснований высоких плотин. Под общ. ред. М. П. Семенова.
М., Стройиздат, 1962. 353 с.
18. Гидротехнические сооружения /И. А. Васильева, Г. И. Журавлев,
С. Н. Корюкин и др. Под ред. Н. П. Розанова. М., Стройиздат, 1978. 646 с.
19. Гинзбург М. Б. Натурные исследования крупных гидротехнических
сооружений. М.—Л., Энергия, 1964. 358 с.
20. Гинько С. С. Основы гидротехники. 2-е изд. Л., Гидро метео издат, 1976.
367 с.
21. Гришин М. М. Гидротехнические сооружения. Ч. 1. М., Стройиздат,
1947. 571 с.
22. Жинью М , Барбье Р. Геология плотин и гидротехнических сооружений.
М., Стройиздат, 1961. 354 с.
23. Защита территорий от затопления и подтопления /С. К- Абрамов,
В. П. Недрига, А. В. Романов, Е. М. Селюк. М., Стройиздат, 1961. 423 с.
24. Инженерно-геологические и геотехнические исследования по Камышин-
скому створу на р. Волге/ Л. Д. Белый, М. Д. Дундуков, М. В. Волонихин и др.
М.—Л., Стройиздат, 1939. 425 с.
25. Инженерно-геологические исследования для гидроэнергетического строи-
тельства. Т. I, 2. Под ред. И. В. Попова. М., Госгеолиздат, 1950. Т. 1. 320 с.;
т. 2. 354 с.
26. Инженерно-геологические изыскания для строительства гидротехниче-
ских сооружений/Е. С. Карпышев, Л. А. Молоков, Л. И. Нейштадт и др. М.,
Энергия, 1972. 374 с.
27. Инструкция по поискам, разведке и опробованию минеральных строи-
тельных материалов для гидротехнического строительства. П-36-66. М.—Л.,
Энергия, 1966. 107 с.
28. Карамян С С. Севано-Разданский каскад. М.—Л., Энергия, 1966. 73 с.
29. Ломтадзе А. М. Инженерно-геологическое районирование долины
р. Сухоны. — В кн.: Информационный сборник Ленгидэпа. 1958, № 8, с. 5—10.
30. Ломтадзе В. Д. Инженерная геология. Инженерная петрология. Л.,
Недра, 1970. 528 с.
31. Ломтадзе В. Д. Методы лабораторных исследовании физико-механиче-
ских свойств горных пород. Л., Недра, 1972. 311 с.
32. Ломтадзе В. Д. Инженерная геология. Инженерная геодинамика. Л.,
Недра, 1977. 478 с.
33. Люжон /11. Плотины и геология. М.—Л., ОН ГН, 1936. 116 с.
34. Максимов С. II. Инженерные сооружения. М., Изд-во МГУ, 1974. 301 с.
35. Маслов И. И., Пильгунова 3. В. Плотины Северной Африки. М.—Л.,
Энергоиздат, 1960. 134 с.
36. Найфельд Л. Р. Инженерная подготовка поименных и заболоченных
территорий для градостроительства. М., Стройиздат, 1974. 183 с.
37. Иичипорович А. А. Плотины из местных материалов. М., Стройиздат,
1973. 320 с.
38. Иичипорович А. А., Цыбульник Т. И. Прогнозосадок гидротехнических
сооружений па ситных грунтах. М., Стройиздат, 1961. 178 с.
39. Олешкович Л. В. Облегченные плотины на скальных грунтах. М., Строй-
издаг, 1968. 187 с.
491
.Шхгрх.сото
40. Описания геологии оснований высоких отечественных и зарубежных
плотин/М. П. Семенов. О. В. Ильина, П. П. Костин и др. Л.—М., 1959. 393 с.
(Водгсо, Гидропроект).
41. Опыт и методика изучения гидрогеологических и инженерно-геологиче-
ских условий крупных водохранилищ. Ч. 1. А. В. Кожевников, М. Р. Никитин,
Г. С. Золотарев, Д. С. Соколов. М., Изд-во МГУ, 1959. 176 с.
42. Опыт и методика изучения гидрогеологических и инженерно-геологиче-
ских условий крупных водохранилищ. Ч. 2, 3/С. Л. Всндров, И. Н. Бнндеман,
М. Р. Никитин, Г. С. Золотарев и др. М., Изд-во МГУ, 1961. 360 с.
43. Попов И. В. Инженерная геология. 2-е изд. М., МГУ, 1959. 509 с.
44. Проблемы инженерной геологии в строительстве. Материалы совещания
по инженерно-геологическим исследованиям скальных оснований гидротехни-
ческих сооружений. М., Стройиздат, 1961. 230 с.
45. Проектирование и строительство больших плотин. Вып. 1. Подземные
работы и улучшение скальных оснований плотпн/В. С. Эрнстов, А. М. Мазур
в др. Л., Энергия, 1966. 202 с.
46. Проектирование речных гидроузлов на нескальных основаниях /А. П. Во-
щиннн, Al. М. Гришин, В. П. Лихачев и др. М., Энергия, 1967. 263 с.
47. Прочухан Д. П., Фрид С. А., Доманский Л. К. Скальные основания
гидротехнических сооружений. Л., Стройиздат, 1971. 191 с.
48. Розанов И. С. Проектирование и исследование арочных плотни во Фран-
ции. М.—Л., Энергия, 1966. 272 с.
49. Руководство по инженерно-геологическим изысканиям для гидротехни-
ческого строительства /Е. С. Карпышев, Л. А. Молоков, Л. П. Конярова,
Л. И. Нсйштадт и др. М., Энергия, 1976. 376 с.
50. Севастьянов В. И. Проектирование и строительство плотин в Италии.
М.—Л., Энергия, 1966. 102 с.
51. Семенов М. П., Орадовская А. Е., Ильина О. В. Геология оснований
высоких плотин. М., Стройиздат, 1962. 353 с.
52. Справочно-библиографический каталог по геологии оснований пло-
тин/Е. С. Карпышев, Е. 11. Барановская. М., Энергия, 1967. 123 с.
53. Строительные нормы и правила. Ч. 2. Нормы проектирования. Гл. 15.
Основания зданий и сооружений. Cllull И—15—74. М., Стройиздат, 1975. 64 с.
54 Строительные нормы и правила. Ч. 2. Нормы проектирования. Гл. 16.
Основания гидротехнических сооружений. СНиП II—16—76. М., Стройиздат,
1977. 36 с.
55. Строительные нормы и правила. Ч. 2. Нормы проектирования. Гл. 50.
Гидротехнические сооружения речные. Основные положения проектирования.
СНиП 11—50—74. М„ Строниздат, 1975. 24 с.
56. Строительные нормы и правила. Ч. 2. Нормы проектирования. Гл. 53.
Плотины из грунтовых материалов. СНиП II—53—73. М., Стройиздат, 1974. 28с.
57. Тайчер С. И., Мгалобелов Ю. Б. Расчеты устойчивости скальных бере-
говых упоров арочных плотин. М., Энергия, 1972. 119 с.
58. Труды Гидропроекта. Сб. 21. Инженерная геофизика. Под ред. А. Г.Лы-
кошина и 3. Г. Ященко. М., 1971. 275 с.
59. Труды Гидропроекта. Сб. 33. Скальные основания гидротехнических
сооружений. Под ред. А. Г. Лыкошина и 10. А. Фишмана. М., 1974. 190 с.
60. Труды Гидропроекта. Сб. 36. Инженерно-геологические изыскания и
исследования скальных оснований. Под ред. Л. А. Молокова. М., 1974. 153 с.
61. Труды Гидропроекта. Сб. 42. Гидротехнические сооружения, водохра-
нилища и водохозяйственные проблемы. Изыскания. Под общ. ред. Д. М. Юри-
нова. М., 1974. 327 с.
62. Труды Гндропроекта. Сб. 48. Инженерно-геологические изыскания.
Под общ. ред. Л. А. Молокова. М., 1976. 239 с.
63. Труды Гидропроекта. Сб. 52. Отдельные вопросы инженерной геологии,
геодезии и геофизических исследований. Под общ. ред. Д. М. Юринова. М.,
1976. 167 с.
64. Ухов С. Б. Скальные основания гидротехнических сооружений. (Меха-
нические свойства и расчеты). М., Энергия, 1975. 262 с.
ПРЕДМЕТНЫЙ УКАЗАТЕЛЬ
Аксонометрическая проекция 113
Активная зона сооружений 290
Анизотропия горных пород 31. 81,
94, 118
Армированные пояса 340
Береговые устои 395
Битумизация 339
Болезни земляного полотна 350
Бурение скважин 77, 99, 101, 103,
104, 107, 108
Буровые агрегаты, станки и установки
104
Быки 391
Взвешивающее давление воды 299
Виды геологических работ 34, 35
— естественных оснований 308
— наблюдений и документации 109,
111
— опытных работ 138, 209
Влагомер 98
Водобой 452
Водоотлив 335
Водопонижение 335
Водопроницаемость горных пород 140,
142
Водораздельный ход 349
Водохранилище 422, 425, 465
Вольный ход 349
Вращательный срез 182
Вскрытие котлованов 332
Всплывание сооружения 432
Вторичная консолидация 329
Выбор масштаба съемки 47
— створа гидроузла 416
— строительной площадки 286, 289
— трассы дороги 348
--- мостового перехода 395
Выемка 350
Выпор 302
Выторфовывание 383
Выход керна НО
Генеральный план 268, 269
Геологическая среда 8, 11
Геологические процессы 8, 10, 366, 370
Геологический разрез 85, 111, 113
Геотермические наблюдения 223
Геофизические методы разведки 66,
76, 90, 91, 92, 95
Гидрогеологические наблюдения 214
Гидроизоляция 335
Гидростатическое взвешивание 299
Гидротехнические сооружения 404
Главные направления изменчивости 31
Глубина заложения фундаментов 295,
310
— погружения зонда 193
— промерзания 227, 233, 318
— разведки 85, 87
Горные работы 77, 108
Грунтонос 119, 121
Густота разведочной сети 78, 82
Давление природное 296
— воды на плотину 430
Двойная колонковая труба 121, 122
Детальность разведки 80
Деформации земляного полотна 348,
364, 365, 370
Деятельный слой 224, 311
Дилатометр 170
Динамометр 239
Дирекционные характеристики пород
81, 119
Длина моста 391
Доверительная вероятность 130
Доверительные пределы 130
Долинно-водораздельный ход 350
Долинный ход 349
Допустимое давление 319, 320
Дороги 345
Достоверность исследований 80, 82,
155, 157
Дренажи 363
Задачи инженерных изысканий 12, 13
— опытных работ 160
— режимных наблюдений 211
Закон Дарси 141, 154
— деформируемости 297
Законы инженерной геологии 9
Закюветная полка 363
Залог 193
Замораживание 340
'Запуск индикаторов 140
Затопление территорий 273
Земляное полотно 346, 318, 3G1
Зона влияния водохранилища 4G7
---сооружении 86, 87, 296
— выветривания 343
— разуплотнения горных пород 87
Зондирование 136, 190, 197, 343
Изобары 296, 298
11пжеперная геология 8
Инженерно-геологическая карта 59,
67, 68, 69, 70
---съемка 35, 41, 47, 48, 51, 53
Инженерно-геологические исследова-
ния 12
493
WWW.tv^rpx.cem
----условия 17, 31, 32, 41
Инженерно-геологическое районирова-
ние 72
Инженерные изыскания 12, 20, 38, 79
Инфильтрация 140
Искусственные сооружения 350, 391
Испытания лопастным прибором 181,
344
— свай 209
Исследования детальные 15
— дополнительные 15
— предварительные 15
— рекогносцировочные 15
Кавернометрия 78, НО
Камеральные работы 36, 244
Каротаж 78, 93, 98
Категории сложности условий 32, 33
Классификация выветрелости пород
445
— тектонических нарушений 440
Классы сооружений 37, 38
Компоновка сооружений гидроузла 446
Конструкция скважины 108
Коэффициент устойчивости насыпи 371
— потери напора 431
Критические нагрузки 306, 307
Крутизна откосов 333, 365, 369
Кювет 363
Лабораторные работы 36, 224
Лесомелиоративные работы 338
Лопастной прибор (крыльчатка) 181,
182
Лотки 316
Масштабы инженерно-геологических
съемок 45, 47
Мера достоверности разведки 87, 89
— точности разведки 87
Метод Болдырева А. К- 141, 143
— вероятностно-статистический 9
— вращательного среза 181, 185
— выдавливания целиков 187
— геологического подобия 9
— геологический 9
— доверительных пределов 130
— Люжона М. 147
— моделирования 9
— Насберга В. М. 144
— Нестерова Н. С. 143
— плоского сдвига 176
— послойного суммирования 325
— разгрузки 207, 239
— раздавливания целиков 188
— расчета осадок 241
— расчетно-теоретический 9
— экспериментальный 9
Методология разведочных работ 84
Методы инженерно-геологической съем-
ки 51
— инженерной геологии 9
— разведки 76
Минеральные строительные материалы
18, 19
Многолетнемерзлые породы 225
Модуль неоднородности 31
— общей деформации 169, 309
— упругости 208
Монолит горной породы 119
Морозное пучение 317, 364
Мостовые переходы 391
Мощность активной зоны 296
— деятельного слоя 225
Нагорная канава 363
Нагорный склон 363
Напор действующий 429
Напряженное состояние пород 94, 136,
205
Насыпь 350, 367
Научно-исследовательские работы 36
Необходимое число проб 128, 131
Неоднородность и изменчивость 21,
23, 28, 29, 30, 82, 84
— горных пород 81
— инженерно-геологических условий
21, 22, 82, 84, 85
Несущая способность свай 337
Несущие способности горных пород
306, 307, 331
Нижняя граница активной зоны 297
Нормативные показатели 118
Нулевые работы 350
Обобщенные показатели 118
Общее сопротивление зондированию
191
Объем проб 124
Оползание откосов 360, 372
— тела насыпи 371, 372
Опоры моста 391
Опробование горных пород 111, 116,
125, 128
Оптимальное число проб 128, 129
Опытная цементация 136, 209
Опытные нагнетания 135, 145, 150
— откачки 135
— площадки 136
Опытные работы 36, 134, 135, 138, 209
Опытный котлован 136
Организация геологического про-
странства 24
Осадка насыпи 376
Осадки сооружений 299, 300, 320,
325, 328
Осадочные швы 340
Основание насыпи 367
Основания естественные 295
494
— искусственно улучшенные 295
— искусственные 295
Основная площадка земляного по-
лотна 363, 367
Осушение горных пород 339
Откос 363, 367
Оценка устойчивости 329
Пенетрационно-каротажная станция
98, 100
План разведочных работ 78, 81, 85
Планирование городов 268, 275
— опробования 126, 127
Планировка территорий 291, 295, 296,
311
Плотины 424, 428
Плотномер 97
Плотность разведки 82, 85
Повышение сейсмической активности
440
Подземный контур плотины 452
Подпор грунтовых вод 316
Подработка территорий 275
Подстилающий слой пород 312
Подтопление территорий 273, 316
Подходы к мостам 391, 392
Показатели достоверности и надеж-
ности 87
Полевые опытные работы 35, 134
Ползучесть 328, 329
Полнота геологического разреза 87, 89
Полоса отвода 348
Полу выемка 350
Понур 452
Попикетное описание 358
Поровое давление 234, 306
Породы засоленные 310
— мерзлые 272, 310
— мягкие связные 56, 310
— особого состава, состояния и свойств
56, 310
— полускальные 56, 309
— растворимые 309
— рыхлые несвязные 56, 309
— скальные 56, 308
— слабые 255, 271, 310
Последовательность инженерных изы-
сканий 78
Правило геологической однородности
125
Предельные состояния 307
Представительность пробы 117, 125
Прессиометр 135, 169, 171, 174
Прессиометрические испытания 168
Проба горных пород 116, 125
Пробные статические нагрузки 135,
157, 160, 162
Пробоотборники 119, 121, 123
Прогибомеры 162
Прогноз осадки 24!
—- — насыпи 376, 377
Проект детальной планировки 268
Проектирование городов 268
Проекты индивидуальные 309, 362
— типовые 361
Пролетное строение моста 391.
Просадки сооружений 299
Просадочность горных пород 167, 168
Противодавление 431
Противофильтрационная завеса 461
Прочность структурных связей 253,
305, 328
Путевые канавы 367
Пучины 366
Рабочие чертежи 14
Рабочий слой пород 312
Разведочная сеть 80, 82
Разведочные линии 78, 80, 85
— работы 36, 75, 78, 80, 85
Районирование трассы дороги 360
Расползание насыпи 372
Расчет по деформациям 307, 320
— по несущей способности 307, 330
Расчетное давление 320
Расчетные показатели 118
Рациональная работа 368
— система изысканий 21, 79
Рациональное заложение откосов 364,
369
Рациональный план разведочных ра-
бот 78
Регуляционные сооружения 391
Режим бурения НО
Режимные наблюдения 36, 211
Рисберма 451
Свайные фундаменты 336
Сейсмическая жесткость горных пород
94, 309
Сжимаемая зона 296
Силикатизация 339
Силы, действующие на плотину 429
Система инженерных изысканий 21,
39, 79
Сопротивление погружению конуса 191
— сдвигу 176, 181
Способы бурения скважин 103
— нагнетания 150. 156
— проложения дороги 349, 350
Стадии Инженерных изысканий 15, 77
— проектирования сооружений 13
Стенки облицовочные 363
— подпорные 363
Стенки улавливающие 363
Степень консолидации 329
— неоднородности 22
— пригодности территорий 276
Структурная прочность пород 183
Схема использования реки 407, 408
495
wvw .twirpx.cein
Схемы расположения сооружений 405,
409
Сцепление 181
Тампоны 145, 147, 150
Тело насыпи 367
Тензометры 207, 208
Теория линейно деформируемой среды
297, 301
— предельного напряженного состоя-
ния 306
— фильтрационной консолидации 329
Термическое закрепление пород 339
Термокарстовые явления 350
Технико-экономическое обоснование
(ТЭО) 14, 15
Технические средства разведки 75, 76
Технический проект 14, 16
Типизация территорий 73
Типовые поперечные профили 361
Типы оснований насыпей 371
— пробоотборников 121
Точность геологического разреза 87
— определения показателей 131
— установления геологических границ
87, 88
Трасса дороги 348
Требования к бурению скважин 101
— к горным породам основания пло-
тин 433
— к организации полевых опытных
работ 137
— к проходке горных выработок 109
— к строительной площадке 287
Удельное водопоглощение 146
— сопротивление погружению конуса
191
Улучшение свойств горных пород 146,
299, 339
Уровни неоднородности 24
ВАЛЕРИЙ ДАВИДОВИЧ ЛОМТАДЗЕ
ИНЖЕНЕРНАЯ ГЕОЛОГИЯ
Условия устойчивости плотин 430
Условное динамическое сопротивление
горных пород 193
Установка динамического зондирова-
ния 197
— для испытания на сдвиг 178, 179,
180
---нагружения штампа 157, 158
---статического зондирования 194
Устойчивость насыпей 368
— основания насыпей 371
— склонов речных долин 458
Фазы деформации горных пород 300,
301, 302
Физико-механические свойства горных
пород 111
Фильтрационная консолидация 329
— прочность горных пород 451
Фильтрационное давление 431
Фильтрационные деформации 450
— явления 450
Форма разведочной сети 81
Фундаменты 248, 295, 335, 399, 400
Цементация 339
Чувствительность глинистых пород 183
Штамп опытный 160, 161
Эквивалентный слой пород 369
Экспертиза 36
Электроосмотическое осушение 339
Электрохимическое закрепление 339
Элементы выемки 363
— инженерно-геологических условий
16, 17
— насыпи 367
Эстакада 391
ИБ № 2636
СПЕЦИАЛЬНАЯ
ИНЖЕНЕРНАЯ ГЕОЛОГИЯ
Редактор издательства Т. М. П оном а р е в а.
Переплет художника Ю. И. Прошлецова.
Технический редактор И. Г. Сидорова.
Корректоры: В. Н. Малахова, И. П. Никитина.
Сдано в набор 26.06.78. Подписано в печать £3.11.78. М-18341.
Формат 60Х90У1в. Бумага маншномелованная.
Гарнитура литературная. Печать высокая. Печ. л. 31. Уч.-изд. л. S3.
Тираж 36 800 экз. Заказ 994/207. Цена 1 р. 50 к.
Издательство «Недра». Ленинградское отделение. 193171, Ленинград, С-171,
ул. Фарфоровская, 12.
Ленинградская типография № 6 Союзполиграфпрома при Государственном
комитете СССР по делам издательств, полиграфии и книжной торговли.
193144, Ленинград, С-144, ул. Моисеенко, 10.
by <МогЬ_(М
I