1.5 Геологические процессы и явления
На территории изучаемого района наибольшее развитие получили современные геологические и инженерно-геологические процессы, связанные с особенностями климата (достаточное и избыточное увлажнение), рельефом поверхности, специфическим составом и состоянием поверхностных отложений, глубиной залегания грунтовых вод, а также с техногенной деятельностью.
На исследуемой территории развиты следующие экзогенно- геологические процессы:
- процессы, обусловленные влиянием подземных и поверхностных вод, включают заболачивание и развитие торфяных болот, приуроченное к озерно-болотным отложениям; развиты на террасах и поймах крупных рек;
- оползнеобразование на подмываемых берегах террас;
- речная и линейная эрозия в пределах пойм и террас, склоны которых имеют большую величину уклона;
- делювиальные процессы, проявляющиеся на склонах террас, где уклоны превышают 4°;
- сезонное промерзание и оттаивание грунтов. Этот процесс является динамическим и распространен по всей территории, а также морозное пучение для глинистых и суглинистых грунтов выходящих на поверхность и подверженных влиянию сезонного промерзания. Глубина сезонного промерзания составляет около 2,2 м; [3].
- на участках, освоенных в инженерном отношении, проявляется механическая суффозия песчаных грунтов.
Заболачивание имеет большое распространение. Предпосылками для заболачивания являются:
а) на первой и второй надпойменных террасах – грунтовые воды, которые устанавливаются на поверхности земли, а также ровный, линейный рельеф стока.
б) на третьей надпойменной террасе и водоразделе – верховодка в понижениях рельефа, на отработанных карьерах, где глинистые грунты являются водоупором, на котором скапливаются поверхностные воды, образуя болота, а иногда и озера.
Довольно широко развиты эрозионные процессы. Процессы носят ограниченное проявление и приурочены к склонам водораздельной равнины, сложенной песчаными грунтами, часто рыхлого сложения. Участки проявления процессов характеризуются наличием сильных уклонов положительных форм рельефа и хорошо размываемыми поверхностными отложениями. Овражная сеть приурочена к склонам высоких террас и долин рек, где значительны уклоны рельефа. Причинами возникновения оврагов являются или искусственные факторы (прокладка дорог, распашка склонов), или наличие участков оседания поверхностей, подготовленных суффозией. [5].
Оползни занимают значительное место среди других геологических процессов. Они развиты по склонам долин рек Томи и Киргизки, на уступах террас, по бровкам оврагов. Участки, подверженные оползневым деформациям, имеют самую различную крутизну склонов. На пологих склонах (5-7°) – мелкие оползневые смещения (течения) дернового слоя. На крутых склонах (до 20°) при наличии водонасыщенных пород оползни вовлекают более значительные массивы пород.
Морозное пучение является следствием сезонного промерзания. Величина и характер пучения зависит от глубины залегания подземных вод и верховодки, состояния пород и глубины их промерзания. Следствием пучения являются многочисленные деформации зданий и дорог [1].
В целом территория юго-востока Томской области является благоприятной для размещения особо ответственных сооружений в виду того, что грунты, слагающие верхнюю часть разреза, характеризуются высокими показателями деформационных и прочностных свойств. Из неблагоприятных экзогенно-геологических процессов на исследуемой территории наиболее развито заболачивание, что необходимо учесть при оценке условий проектирования.
1.6 Общая инженерно-геологическая характеристика района
Большая протяженность Западно-Сибирской плиты с севера на юг, рельеф Западно-Сибирской плиты, представляющий собой сочетание плоских слабо расчлененных аккумулятивных и денудационно- аккумулятивных равнин, и плато денудационного характера, сама история развития Западно-Сибирской плиты в четвертичное время – все это способствует проявлению широтной зональности рассматриваемой территории [2].
Широтная зональность является одной из инженерно-геологических особенностей Западно-Сибирской плиты при характеристике ее в целом как региона первого порядка.
Как известно, рельеф теснейшим образом связан с геологическим строением территории. Геологическое строение поверхностной толщи и рельеф в первую очередь зависят от неотектоники и палеогеографических условий, существовавших в новейшее время. Поэтому правильнее выделять инженерно-геологические области не только по характеру рельефа, а с учетом всех этих факторов.
Для территории Западно-Сибирской плиты, с точки зрения особенностей геологического строения поверхностной ее толщи и формирования рельефа, особое значение имеет позднеплиоцен-четвертичный этап. Его три подэтапа явились теми ключевыми моментами в развитии Западно-Сибирской плиты, которые привели к возникновению на ее территории шести инженерно-геологических областей первого порядка [7].
Инженерно-геологическая область первого порядка целиком сформировалась в позднечетвертичное время. Это область крупных речных долин, сложенная аллювиальными верхнечетвертичными отложениями (область Д). Область Д – крупные речные долины подразделяются на инженерно-геологические области второго порядка. Это необходимо потому, что отдельные крупные речные долины и их притоки имеют свою особую историю геологического развития, своеобразные геологические и геоморфологические условия. Территория г. Томска принадлежит инженерно-геологической области Д-1 – долина Оби – ступенчатая аккумулятивная равнина, сложенная верхнечетвертичными и современными отложениями.
Долина Оби берет начало от предгорий Алтая и открывается в Обскую губу Карского моря, пересекая по диагонали с юго-востока на северо-запад всю Западно-Сибирскую равнину. Как инженерно- геологическая область второго порядка, она помимо магистральной долины Оби, включает в себя долины крупных притоков: Томь, Чулым, Кеть и другие, протяженностью по 500-700 км.
Область представляет собой совокупность современных и верхнечетвертичных озерных, озерно-аллювиальных и аллювиальных аккумулятивных равнин, что предопределило крайнюю степень упрощения и выравненности ее рельефа.
Строение реки Оби наглядно показывает унаследованный характер ее развития, приуроченность к продолинам средне- и нижнечетвертичного возраста. Кроме того, конфигурация речных долин бассейна Оби хорошо подчеркивает тектонический план отдельных участков, образуя коленообразные изгибы в районах блоковых поднятий.
2 ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА УЧАСТКА ПРОЕКТИРУЕМЫХ РАБОТ
Рельеф участка
Площадка проектируемой школы расположена чуть западнее центральной части Кожевниковского района.
В геоморфологическом отношении площадка работ расположена на склоне от водораздельной поверхности к реке Бакса. Школа расположена в меандре р. Бакса [58].
Отметки поверхности колеблются в пределах 106.05-106.95 м (по устьям скважин и точкам опытных работ) [19].
устьям скважин и точкам опытных работ) [19].
Рис. 2.1 Обзорная схема
— Участок изысканий
2.1 Состав и условия залегания грунтов и закономерности их мизменчивости
Геолого-литологический разрез исследуемой площадки с поверхности сложен современными отложениями, представленными почвенно-растительным слоем (bQIV). Под современными отложениями до вскрытой глубины 15,0 м залегают современные-верхнечетвертичные субаэральные отложения (saIII-IV) и эоплейстоценовые среднечетвертичные озерно-аллювиальные отложения смирновской свиты (IaE-IIsmr)..
Исследуемые грунты предварительно разделяем на ИГЭ с учетом их происхождения, текстурно-структурных особенностей и вида.
Характеристики грунтов в каждом предварительно выделенном ИГЭ анализируем с целью установить и исключить значения, резко отличающиеся от большинства значений, если они вызваны ошибками в опытах или принадлежат другому ИГЭ.
До глубины 15,0 м предварительно можно выделить 3 инженерно- геологических элемента:
ИГЭ-2 Глина легкая с прослоями тяжелой пылеватая тугопластичная слабозаторфованная (sa III-IV);
ИГЭ-3 Суглинок тяжелый с прослоями легкого, пылеватый текучепластичный с примесью органических веществ, с прослоями мягкопластичного, текучего и глины (IaE-IIsmr).
ИГЭ-4. Суглинок тяжелый с прослоями легкого песчанистый текучепластичный с прослоями текучего, мощностью 1,2-2,6м.
Окончательное выделение ИГЭ проводим на основе оценки характера пространственной изменчивости характеристик грунтов и их коэффициента вариации, а также сравнительного коэффициента вариации. При этом необходимо установить, изменяются характеристики грунтов в пределах предварительно выделенного ИГЭ случайным образом или имеет место их закономерное изменение в каком-либо направлении (чаще всего с глубиной).
Для выявления закономерного изменения характеристик построим точечные графики (рис. 1-4) по следующим физическим характеристикам грунтов: влажность (W, Wl, Wp), плотности (р), коэффициент пористости (e).
Рис 2.2 Графики изменчивости свойств глины тугопластичной (ИГЭ-2)
Анализируя графики (рис. 1-4) можно сказать, что изменчивость частных значений показателей физических свойств грунтов имеет закономерное распределение по коэффициенту пористости, влажности природной и плотности.
Рассчитаем коэффициент вариации для всех ИГЭ по следующим
показателям: W, д.е., WL, д.е., WP, д.е., IP, д.е., e.
| коэффициент вариации; |
| допустимое значение , принимаемое равным для физических характеристик 0,15, а для механических — 0,30. |
Если коэффициенты вариации превышают указанные значения, дальнейшее разделение ИГЭ проводят так, чтобы для вновь выделенных ИГЭ выполнялось условие (1).
Производим расчеты:
Нормативное значение Xn всех физических (влажности, плотности, пластичности и т. п.) и механических характеристик грунтов (модуля деформации, предела прочности на одноосное сжатие, относительных просадочности и набухания и т. п.) принимают равным среднеарифметическому значению X и вычисляют по формуле
Xn
где n число определений характеристики;
Xi частные значения характеристики, получаемые по результатам отдельных i-х опытов.
Выполняем статистическую проверку для исключения возможных ошибок, оставшихся после анализа опытных данных, исключая то частичное (максимальное или минимальное) значение Хi, для которого выполняется условие
Xn Xi vS ,
где v статистический критерий, принимаемый в зависимости от числа определений n характеристики по таблице Ж.1 приложения Ж;
S – среднеквадратическое отклонение характеристики,
вычисляемое по формуле:
Если какое-либо значение характеристики исключено, следует для оставшихся опытных данных заново вычислить Хn и S.
По результатам расчетов в программе Excel (приложение 3) установлено что условие V < Vдоп выполнено для всех характеристик ИГЭ. Следовательно, предварительно выделенный ИГЭ можно принять как окончательный.
Произведя расчеты в программе СТАТИСТИКА, написанную силами ЗАО “Керн” в программной оболочке Microsoft Excel XP, получаю коэффициенты вариаций характеристик грунта, приведенные в граф. прил.
Из таблицы видно, что коэффициент вариации не превышает допустимые значения. Нормативные и расчетные значения физико- механических свойств грунтов приведены в граф. прил. 3.
2.2 Физико-механические свойства грунтов
Характеристика физико-механических свойств грунтов по выделенным инженерно-геологическим элементам дается по результатам лабораторных определений и точек опытных работ до глубины 15,0 м. В соответствии с номенклатурой ГОСТ 25100-2012 [20]. «Грунты. Классификация» выделено 3 инженерно-геологических элементов:
Ниже приводится описание выделенных инженерно-геологических элементов в порядке их напластования сверху вниз:
ИГЭ-2 Глина легкая с прослоями тяжелой пылеватая тугопластичная слабозаторфованная, мощностью 2,7-4,1 м.
Осредненный гранулометрический состав грунта представлен в таблице 2.3.
Таблица 2.3 – Осредненный гранулометрический состав ИГЭ-2
| Размер фракции в мм, % | ||||||||
| >10 | 10-2 | 2-0,5 | 0,5-0,25 | 0,25-0,10 | 0,10-0,05 | 0,05-0,01 | 0,01-0,005 | <0,005 |
| — | — | — | 1,0 | 2,6 | 29,7 | 38,3 | 11,7 | 16,7 |
По данным гранулометрического состава супесь песчанистая, так как песчанистых частиц более 50%.
Число пластичности супеси 0,03-0,07, при влажности на границе текучести 0,18-0,23 на границе раскатывания 0,14-0,18.
Природная влажность изменяется в больших пределах 0,080-0,169.
По показателю текучести <0– супесь твердая.
Плотность грунта колеблется в пределах 1,68-1,97 г/см3 (плотность сухого грунта 1,62 г/см3), пористость 40,00 %, коэффициент пористости 0,671.
При полном водонасыщении супесь приобретает текучее состояние с показателем текучести >1, плотность 2,03 г/см3.
Модуль деформации по данным компрессионных испытаний при естественной влажности 13,0 МПа (изменения составляют 10,9-16,0МПа).
По данным одноплоскостного среза при естественной влажности угол внутреннего трения колеблется в пределах 23,0-25,4 град., нормативное значение 23,9 град., удельное сцепление колеблется в пределах 13,4-22,5 кПа, нормативное значение 17,2 кПа.
Модуль деформации по данным компрессионных испытаний при полном водонасыщении 11,0 МПа (изменения составляют 8,3-13,6 МПа).
По данным одноплоскостного среза при полном водонасыщении угол внутреннего трения колеблется в пределах 18,0-24,0 град., нормативное значение 21,6 град., удельное сцепление колеблется в пределах 9,2-15,0 кПа, нормативное значение 11,0 кПа.
По относительной деформации просадочности, равной 0,001- 0,008 при P=0.3МПа — грунт непросадочный.
ИГЭ-3 Суглинок тяжелый с прослоями легкого пылеватый текучепластичный с примесью органических веществ, с прослоями мягкопластичного, текучего и глины, мощностью 8,4-9,8 м.
Осредненный гранулометрический состав грунта представлен в таблице 2.4.
Таблица 2.4 – Осредненный гранулометрический состав грунта ИГЭ-3
| Размер фракции в мм, % | ||||||||
| >10 | 10-2 | 2-0,5 | 0,5-0,25 | 0,25-0,10 | 0,10-0,05 | 0,05-0,01 | 0,01-0,005 | <0,005 |
| — | — | — | — | 0,5 | 20,0 | 51,5 | 11,0 | 17,0 |
По данным гранулометрического состава суглинок пылеватый, так как песчаных частиц менее 40%.
Число пластичности суглинка 0,12-0,16 тяжелый, с прослоями легкого с числом пластичности 0,11 при влажности на границе текучести 0,29-0,37, на границе раскатывания 0,17-0,20.
Природная влажность изменяется от 0,264 до 0,356. По показателю текучести 0,94 суглинок текучепластичный, с прослоями мягкопластичного с показателем текучести 0,70 – единичное значение, глины мягкопластичной с показателем текучести 0,68-0,73, суглинка текучего с показателем текучести >1.
Плотность грунта изменяется в пределах 1,89-1,92 г/см3 (плотность сухого грунта 1,45 г/см3), коэффициент пористости 0,879, пористость 46,69%.
Модуль деформации по данным компрессионных испытаний при естественной влажности 1,8 МПа (изменения составляют 1,2-2,8 МПа).
По данным одноплоскостного среза при естественной влажности угол внутреннего трения колеблется в пределах 14,0-16,7 град., нормативное значение 15,1 град., удельное сцепление колеблется в пределах 20,0-30,0 кПа, нормативное значение 25,5 кПа.
По относительному содержанию органических веществ 0,06-0,07 ед. – грунт с примесью органических веществ.
Среднее значение удельного сопротивления грунта под конусом зонда по данным статического зондирования по слою составляет 0,60 МПа. пластичности суглинка 0,07-0,11 легкий, с прослоями тяжелого с числом пластичности 0,12-0,13, при влажности на границе текучести 0,21-0,29, на границе раскатывания 0,14-0,18.
Природная влажность изменяется в пределах 0,104-0,175. По показателю текучести <0 твердый.
Плотность грунта изменяется от 1,65-1,95 г/см3 (плотность сухого грунта 1,60г/см3), коэффициент пористости 0,700, пористость 40,96 %..
При полном водонасыщении суглинок приобретет текучепластичные свойства с показателем текучести 1,00, плотностью 2,02 г/см3.
Модуль деформации по данным компрессионных испытаний при естественной влажности 10,7 МПа (изменения составляют 7,4-13,3 МПа).
По данным одноплоскостного среза при естественной влажности угол внутреннего трения колеблется в пределах 19,3-22,4 град., нормативное значение 20,9 град., удельное сцепление колеблется в пределах 25,0-41,3 кПа, нормативное значение 33,2 кПа.
Модуль деформации по данным компрессионных испытаний при полном водонасыщении 9,0 МПа (изменения составляют 6,7-11,6МПа).
По данным одноплоскостного среза при полном водонасыщении угол внутреннего колеблется в пределах 18,0-22,4 град., нормативное значение составляет 19,6 град., удельное сцепление колеблется в пределах 12,5-22,5 кПа, нормативное значение составляет 18,4 кПа.
Грунт непросадочный, относительная деформация просадочности при Р=0,3 МПа составляет 0,001-0,007.
По относительному содержанию органических веществ 0,02-0,06ед. – грунт с примесью органических веществ.
ИГЭ-4 Суглинок тяжелый с прослоями легкого песчанистый текучепластичный с прослоями текучего, мощностью 1,2-2,6м.
Гранулометрический состав грунта представлен в таблице 2.5.
Таблица 2.5 – Гранулометрический состав грунта ИГЭ-4
| Размер фракции в мм, % | ||||||||
| >10 | 10-2 | 2-0,5 | 0,5-0,25 | 0,25-0,10 | 0,10-0,05 | 0,05-0,01 | 0,01-0,005 | <0,005 |
| — | — | — | 4 | 13 | 33 | 19 | 10 | 21 |
По данным гранулометрического состава суглинок песчанистый, так как песчаных частиц менее 40%.
Число пластичности суглинка 0,12-0,13 тяжелый, с прослоями легкого с числом пластичности 0,10-0,11 при влажности на границе текучести 0,29-0,32, на границе раскатывания 0,17-0,20.
Природная влажность изменяется от 0,279 до 0,332. По показателю текучести 0,95 суглинок текучепластичный, с прослоями текучего с показателем текучести >1.
Плотность грунта изменяется в пределах 1,88-1,95 г/см3 (плотность сухого грунта 1,47 г/см3), коэффициент пористости 0,855, пористость 45,96%.
Нормативные значения прочностных и деформационных характеристик приняты по данным статического зондирования и имеют следующие значения:
Модуль деформации – 12,9 Мпа; Угол внутреннего трения – 26,1 град.; Удельное сцепление – 41,6 кПа.
Среднее значение удельного сопротивления грунта под конусом зонда по данным статического зондирования по слою составляет 5,31 МПа.
Нормативные значения показателей физико-механических свойств грунтов, полученные статистической обработкой частных значений показателей по ГОСТ 20522-2012 приведены в сводной инженерно- геологической колонке (приложение Л) [21].
Величины статистических критериев изменчивости показателей физико-механических свойств грунтов находятся в допустимых пределах.
Расчетные характеристики грунтов выделенных инженерно- геологических элементов (ИГЭ) приведены в приложение М при доверительной вероятности, а=0,85 и 0,95 [19].
2.3 Гидрогеологические условия
На момент изысканий (сентябрь 2016 г) подземные воды изученной глубины 2,8-3,0 м (отметки уровня 103,25-103,75 м).
По типу и гидравлическим условиям подземные воды относятся к грунтовым безнапорным.
Положение уровня грунтовых вод зависит в основном от уровня воды в реке Бакса, а также от инфильтрации атмосферных осадков. Повышение уровня грунтовых вод от зафиксированного в период изысканий возможно на 1,0 м.
По классификации О.А. Алекина грунтовые воды по химическому составу относятся к гидрокарбонатному классу, кальциево-магниевой группе, II типу. Сухой остаток составляет 788,11-991,00 мг/л (воды пресные), общая жесткость 11,90-14,95 мг-экв/л (воды очень жесткие), рН = 6,8-6,9 (реакция среды слабокислая). Агрессивная углекислота в воде не обнаружена [19].
В соответствии с нормами агрессивности воды-среды согласно СП 28.13330.2012 [42] данная вода не является агрессивной средой по отношению к бетонам всех марок.
При воздействии на арматуру железобетонных конструкций, вода неагрессивная при постоянном погружении и слабоагрессивная при периодическом смачивании (СП 28.13330.2012) [42].
2.4 Геологические процессы и явления на участке
Участок изысканий относится к второй категории сложности инженерно-геологических условий (СП 11-105-97, приложение Б) [44].
По степени морозной пучинистости глины ИГЭ-2 попадающие в зону промерзания, имеют значение параметра Rf х 10² равное 1,21 (при Wcr = 0,31) и относятся к чрезмернопучинистым. Категория опасности по пучению (по СНиП 22-01-95) – весьма опасная [47].
По характеру подтопления, согласно СП 22.13330.2011 [46]. п 5.4.8, площадка является подтопленной в естественных условиях (учитывая возможное поднятие уровня грунтовых вод). Категория опасности по подтоплению согласно СНиП 22-01-95 – весьма опасная [47].
Сейсмичность района в соответствии с СНиП II-7-81 при степени сейсмической опасности А, Б – 6 баллов [41].
2.5 Оценка категории сложности инженерно-геологических условий участка
Характеристика инженерно-геологических условий согласно СП 11- 105-97 [44] характеризуется категорией сложности инженерно геологических условий устанавливается по совокупности факторов, указанных в настоящем приложении (приложение Б). Если какой-либо отдельный фактор относится к более высокой категории сложности и является определяющим при принятии основных проектных решений, то категорию сложности инженерно-геологических условий следует устанавливать по этому фактору.
Геоморфологические условия – простые. Площадка работ расположена на склоне от водораздельной поверхности к реке Бакса. Поверхность горизонтальная, не расчлененная – категория I.
Геологические — в сфере взаимодействия зданий и сооружений с геологической средой – простая. Не более двух различных по литологии слоев (глина, суглинок). Мощность изменяется закономерно. Не сущест- венное изменение характеристик свойств грунтов в плане или по глубине – категория I.
Гидрогеологические в сфере взаимодействия зданий и сооружений с геологической средой – простые. Имеется один выдержанный горизонт подземных вод с однородным химическим составом – категория I.
Геологические и инженерно-геологические процессы, отрицательно влияющие на условия строительства и эксплуатации зданий и сооружений отсутствуют.
Специфические грунты в сфере взаимодействия зданий и сооружений с геологической средой – средней сложности. Специфические грунты не оказывают существенного влияния на выбор проектных решений, строительство и эксплуатацию объектов.
Техногенные воздействия и изменения освоенных территорий – средней сложности. Не оказывают существенного влияния на выбор про- ектных решений и проведение инженерно-геологических изысканий.
Из выше изложенного следует, что категория сложности инженерно-геологических условий согласно СП-11-105-97[44] – II (средняя).
2.6 Прогноз изменения инженерно-геологических условий участка в процесс изыскании, строительства и эксплуатации сооружений
Участок изысканий относится к первой категории сложности инженерно-геологических условий (СП 11-105-97, приложение Б) [44].
В пределах исследуемой площадки из специфических грунтов встречены органо-минеральные грунты.
К специфическим грунтам, согласно ГОСТ 25100-2012 [20], таблица Б.22, данной площадки относятся:
Глины ИГЭ-2 слабозаторфованные залегающие в верхней части разреза под почвенно-растительным слоем, в интервале глубин от 0,3 м до 3,0-4,4 м (слой вскрыт всеми скважинами), среднее содержание органического вещества в ИГЭ-2 составляет 0,07-0,15 ед.
Суглинки ИГЭ-3 с примесью органических веществ залегающие в средней части разреза в интервале от 3,0-4,4 м. до 12,4-13,8 м, (слой вскрыт всеми скважинами), среднее содержание органического вещества в ИГЭ-3 составляет 0,06-0,07 ед.
3. ПРОЕКТ ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИХ ИЗЫСКАНИЙ НА УЧАСТКЕ СТРОИТЕЛЬСТВА
3.1 Определение размеров и зон сферы взаимодействия сооружения с геологической средой.
После установления местоположения сооружения и определения его основных конструктивных особенностей, а также режима эксплуатации проводятся инженерно-геологические изыскания в пределах сферы взаимодействия (СВ) проектируемого сооружения с геологической средой [1].
Под сферой взаимодействия здания или сооружения с геологической средой (ГС) следует понимать массив грунтов, определяющий устойчивость сооружения и воспринимающий от него различного рода воздействия, приводящие к изменению напряженного состояния грунтов, их температурного и водного режима.
Сферу взаимодействия необходимо определять, в ней происходит:
- изменение напряженного состояния грунта;
- изменение влажностного состояния грунта;
- изменение температурного состояния грунта.
Все это существенно влияет на устойчивость здания или сооружения. Границы СВ зависят не только от свойств геологической среды (ГС),
но и от характера проектируемой деятельности – назначение, тип, конструкция, методы строительства и эксплуатации сооружения. Определяются они расчетами.
Границы сферы взаимодействия сооружения с геологической средой в свою очередь определяют площадь и глубину проведения инженерно- геологических изысканий, а в конечном итоге – объемы и методы выполнения работ, которые могут быть установлены в том случае, если:
- определено точное местоположение проектируемого сооружения;
- разработаны его конструкция и режим его эксплуатации;
- выявлены и изучено геологическое строение участка и его гидрогеологические условия.
Таблица 3.1 – Техническая характеристика проектируемого сооружения
| Номер сооружения по экспликации |
Вид и назначение проектируемого сооружения | Габариты (длина, ширина, высота, м) | Тип фундамента, его размеры | Этажность | Абсолютная отметка головы сваи после забивки | Наличие подвалов, их глубина и назначение | Нагрузка на куст свай (одну опору) | Предполагаемые нагрузки на грунты, МПа | Уровень ответственности проектируемых зданий и сооружений |
| 1 | общеобразовательная школа | 36х18 х 3,6 | Свайный Длина сваи 15м | 1 | 106,9 5 | — | — | 0,3 | II |
При обосновании проекта зданий гражданского назначения, как в нашем случае, сфера воздействия проектируемых зданий, со свайным фундаментом, на геологическую среду ограничена:
по площади – контуром расположения проектируемого сооружения и территорией благоустройства (2-3м);
по глубине – нижняя граница активной зоны, принимаемой в зависимости от типа фундамента и нагрузки на него (по СП 11-105- 97) [44].
Для одноэтажного административного здания глубина погружения свай составит 12 м.
Руководствуясь СП 11-105-97 [44] глубину горных выработок при изысканиях для зданий и сооружений, проектируемых на естественном основании, следует назначать в зависимости от величины сферы взаимодействия зданий и сооружений с геологической средой и, прежде всего, величины сжимаемой толщи с заглублением ниже нее на 1-3 м. Глубина горных выработок принимается 15 м.
В результате анализа сферы взаимодействия проектируемого сооружения с геологической средой составлена расчетная схема основания с обоснованием данных, необходимых для расчета несущей способности оснований.
Расчетная схема — инженерно-геологический разрез сферы взаимодействия в нужном для расчета направлении, на котором показаны технические характеристики сооружения, инженерно — геологические элементы, гидрогеологические условия, необходимых для расчета и набор показателей физико-механических свойств пород (приложение 3).
Таблица 3.2 – Физико-механические свойства пород
| Номер инженерно- геологического элемента | Показатели физико- механических свойств пород | Вид показателя | Цель определения |
| 2,3,4 | ρn — плотность | нормативный | Расчет природного давления |
| 2,3,4 | ρII — плотность | расчетный | Определение расчетного сопротивления |
| 2,3 | φII – угол внутренне трения | расчетный | Определение границ условного фундамента |
| 2,3 | IL – показатель текучести | нормативный | Определение несущей способности сваи |
| 4 | En – модуль деформации ρn — плотность | нормативный
нормативный | Расчет осадки |
| 3 | ρn — плотность CII – удельное сцепление φII – угол внутренне трения
IL – показатель текучести | расчетный расчетный расчетный
нормативный | Определение расчетного сопротивления грунта |
3.2 Обоснование видов и объёмов проектируемых работ
3.2.1 Этапы инженерно-геологических изысканий
Общая система организации работ по инженерно-геологическим изысканиям включают в себе три основных этапа:
а) подготовительный,
б) период выполнения основных объемов работ по утвержденному проекту инженерно-геологических изысканий,
в) заключительный период (обрабатываются полученные материалы, и составляется инженерно-геологический отчет).
В подготовленный период выполняются работы организационно- методического и организационно-технического содержания, конечной целью которого является составление программы инженерно-геологическим изысканий и обеспечение запланированных работ материально- техническими средствами и кадрами исполнителей [8].
Период выполнения основных объемов работ охватывает время выполнения буровых, геофизических, лабораторных и других видов работ. В течение этого периода ведется также камеральная обработка полученных данных.
Основное содержание геолого-методической части программы сводится к обоснованию видов и объемов необходимых работ и методов их проведения.
3.2.2 Виды работ
При выполнении инженерно-геологических изысканий в районе проектируемого сооружения, в связи со II степенью сложности инженерно- геологических условий, техническим заданием и ответственностью проектируемого сооружения проектом предусматривается следующий комплекс работ:
- рекогносцировочное обследование территории;
- топогеодезические работы;
- буровые работы;
- опробование грунтов;
- статическое зондирование
- штамповые испытания;
- лабораторные работы;
- камеральные работы.
3.2.3 Рекогносцировочное обследование территории
В задачу обследования входит:
- осмотр места изыскательских работ;
- визуальная оценка рельефа и т.д.
В процессе обследования должны быть выявлены основные особенности участка строительства и определена возможность ведения полевых работ планируемыми способами.
3.2.4 Топогеодезические работы
Топогеодезические работы осуществляются для обеспечения разбивки и привязки скважин и точек статического зондирования. Эти работы будут включать в себя вынос в натуры точек с плана, выполняется при помощи тахеометра «Nikon 243», при выполнении измеряются горизонтальные и вертикальные углы и расстояния, в результате которого определяются расстояния и превышения между точками местности с последующим вычислением их высот относительно принятой исходной поверхности.
Геодезические изыскания заканчиваются составлением теодолитных ходов и нанесением на существующий план М 1:1000 скважин и мест проведения полевых исследований грунтов. Объем работ составит 6 точек.
3.2.5 Буровые работы
Буровые работы выполняются для установления и уточнения геологического разреза; для определения глубины залегания уровня подземных вод; для отбора образцов грунтов с последующим определением их состав, состояния и свойств, а также проб подземных вод для их химического анализа, выявления и оконтуривания зон проявления физико-геологических процессов и явлений.
Проходка горных выработок осуществляется с целью:
- установления или уточнения геологического разреза, условий залегания грунтов,
- отбора образцов грунтов для определения их свойства, состояния и свойств,
Общее количество горных выработок в пределах контуров сооружений II уровня ответственности должно быть, как правило, не менее трех с учетом ранее пройденных, для каждого здания. Расстояние между горными выработками устанавливается в зависимости от категории сложности инженерно-геологических условий (простая) и уровня ответственности сооружений (II уровень). Таким образом, проектируется 3 скважины глубиной 15 м. Расстояние между скважинами не более 50 м. (приложение 2).
3.2.6 Опробование
В зависимости от свойств грунтов и целевого назначения инженерно- геологических работ в программе изысканий необходимо устанавливать систему опробования.
Под инженерно-геологическим опробованием понимается комплекс работ, выполняемый с целью более точного изучения состава и свойств пород, изучение закономерностей их изменение в пространстве и во времени под влиянием естественных факторов и техногенной деятельности человека.
Инженерно-геологическое опробование включает:
определение системы размещения точек изучения состава, состояния и свойств пород.
отбор, упаковку, транспортировку и хранение образцов пород в соответствии с ГОСТ 12071-2000 [22].
От качества опробования зависит точность определений характеристик грунта, качество прогнозов, выбор типа фундамента, влияющих на безопасность проектируемого сооружения в процессе строительства и эксплуатации.
Согласно СП 47.13330.2012 СП 11-105-97 [44] лабораторные определения физико-механических характеристик грунтов по образцам из горных выработок следует осуществлять на участках каждого проектируемого здания и сооружения или их группы.
Количество определений одноименных характеристик грунтов, необходимых для вычисления нормативных и расчетных значений на основе статистической обработки результатов испытаний следует устанавливать расчетом в зависимости от степени неоднородности грунтов основания, требуемой точности (при заданной доверительной вероятности) вычисления характеристики и с учетом уровня ответственности и вида (назначения) проектируемых зданий и сооружений.
Согласно ГОСТ 20522–2012 «Грунты. Методы статистической обработки результатов определений характеристик»[21], определяем необходимые количество частных значений характеристик грунта, c учетом ранее выполненных работ, для всех зданий на участке строительства, представленные в табл. 3.2.
Таблица 3.3 – Необходимое количество частных значений характеристик грунта
| ИГЭ | ρS | Wест | WL | WР | Е | C, φ | Гран.состав | Монолит | |
| 2 | 10 | 10 | 10 | 10 | 10 | 6 | 6 | 10 | 10 |
| 3 | 10 | 10 | 10 | 10 | 10 | 6 | 6 | 10 | 10 |
| 4 | 10 | 10 | 10 | 10 | 10 | 6 | 6 | 10 | 10 |
| Итого | 30 | 30 | 30 | 30 | 30 | 18 | 18 | 30 | 30 |
Определение прочности и сжимаемости грунтов рекомендуется оценивать по “Методике оценки прочности и сжимаемости крупнообломочных грунтов с пылеватым и глинистым заполнителем и пылеватых и глинистых грунтов с крупнообломочными включениями” ДальНИИС Госстроя СССР [7].
Интервал опробования определяется следующим образом:
n =Hср/N* кол-во скважин,
где n — интервал опробования, м
Hср. — средняя мощность инженерно–геологического элемента, м N — Необходимое количество образцов.
Интервал опробования для каждого инженерно — геологического элемента приведен в табл. 3.3.
Таблица 3.4 – Интервал опробования
| ИГЭ | Интервал опробования, м |
| 2 | 1,02 |
| 3 | 2,73 |
| 4 | 0,57 |
3.2.7 Полевые опытные работы
Проектом предусматривается выполнить статическое зондирование грунтов в пределах проектируемого комплекса сооружений для определения плотности сложения, прочностных и деформационных характеристик грунтов и несущей способности свай.
Согласно табл. Б1 СНиП 2.02.03-85[45], планируется проведение 7 опытов статического зондирования в непосредственной близости (не более 2 м) у инженерно-геологических скважин. Зондирование проводится ниже глубины предполагаемой сферы взаимодействия (17м).
Для подтверждения результатов статического зондирования (модуль деформации) закладываем выполнение 7 испытаний статическими вдавливающими нагрузками (штампом 15) (п. 5.3.5 СП 22.13330.2011 [43], табл. Б1 СНиП 2.02.03-85)[45].
3.2.8 Лабораторные исследования грунта
В процессе выполнения буровых работ проводятся лабораторные исследования грунтов. Выбор вида и состава определений характеристик грунтов производится в соответствии с видом грунта, этапом изысканий,
характером проектируемого здания, а также с целью прогнозируемых изменений инженерно-геологических условий согласно требованиям приложения Е СП 47.13330.2012 [44].
Таким образом, проектируются следующие лабораторные определения:
Определения физико-механических свойств грунта, для выделения инженерно-геологических элементов, включающие:
- определение влажности;
- определение плотности грунта, плотности частиц грунта;
- определение влажности на границе текучести;
- определение влажности на границе раскатывания;
- испытания на компрессионное сжатие;
- определения пучинистости грунтов;
- определение сопротивления срезу;
- гранулометрический состав грунта;
Определение коррозионных свойств грунтов и грунтовых вод, для выбора материалов подземной конструкции проектируемого сооружения, включающие:
- коррозионная агрессивность грунтов к стали из скважин под каждым проектируемым сооружением;
- химический анализ водной вытяжки, для определения коррозионной агрессивности грунтов к бетону, железобетону и конструкции до уровня грунтовых вод.
- химический анализ грунтовых вод, для определения их коррозионной агрессивности к бетонам , арматуре железобетонных конструкций, металлических конструкций по 3 пробам, отобранным из скважин под проектируемое сооружение.
Виды и объемы работ представлены в таблице 3.4.
Таблица 3.5 – Сводная таблица видов и объемов работ
| № | Вид работ | Единица измерения | Объем |
| 1 | Топогеодезические работы | точка | 13 |
| 2 | Планово-высотная привязка инженерно-геологических выработок при расстоянии до 50 м | выр. | 5 |
| 3 | Инженерно-геологическая рекогносцировка | км | 0,2 |
| 4 | Проходка горных выработок: | скв./м | 3 /20 |
| 5 | Статическое зондирование | точка | 7 |
| 6 | Штамповые испытания | точка | 15 |
| 7 | Опробование: | ||
| Отбор образцов с ненарушенной структурой | образец | 30 | |
| Отбор проб грунтовых вод | проба | 5 | |
| 8 | Лабораторные работы | ||
| Определение природной влажности | опр. | 30 | |
| Определение влажности на границе текучести | опр. | 30 | |
| Определение влажности на границе раскатывания | опр. | 30 | |
| Определение плотности грунта | опр. | 16 | |
| Определение плотности частиц грунта | опр. | 30 | |
| Определение сопротивления грунта одноплоскостному срезу | 30 | ||
| Компрессионные испытания грунтов (Е) | опр. | 30 | |
| Определение гранулометрического состава | опр. | 6 | |
| Определение коррозионной агрессивности грунта к бетону и стали | опр. | 5 | |
| Определение прочностных свойств (С, φ) (консолидировано- дренированный сдвиг) | опр. | 30 | |
| Химический анализ водной вытяжки | опр. | 5 | |
| Химический анализ грунтовых вод | опр. | 5 | |
| 9 | Камеральные работы | отчет | 1 |
- Камеральная обработка
Камеральная обработка выполняется после завершения всех запланированных полевых и лабораторных работ. Главной задачей камеральных работ является составление отчета об инженерно- геологических условиях участка проектируемого строительства, содержащего все сведения, предусмотренные проектом, рекомендации по учету влияния инженерно-геологических факторов на проектируемое сооружение.
Отчета об инженерно-геологических условиях участка должен содержать:
- пояснительную записку;
- сводную таблицу нормативных и расчетных показателей свойств грунтов выделенных инженерно-геологических элементов;
- графическую часть в виде инженерно-геологических разрезов, графиков и т.д.
3.3 Методика проектируемых работ
3.3.1 Инженерно-геологическая рекогносцировка (обследование)
При проведении инженерно-геологической рекогносцировки ведется журнал инженерно-геологического обследования. В журнале ведется описание всех проводимых маршрутов: детальное описание и зарисовка местности, описываются естественные обнажения, все неблагоприятные участки развития физико-геологических процессов и явлений.
3.3.2 Топогеодезические работы
Топогеодезические работы осуществляются для обеспечения планово-высотной привязке пробуренных скважин и точек зондирования.
Плановая и высотная привязка геологических выработок выполнятся методом полярной съемки с пунктов опорной геодезической сети электронным тахеометром «Nikon 243». Высоты определяют тахеометрическим методом. Точки проведения работ закрепляться на площадке вешками с сигнальной лентой.
Вычисление координат и высот пунктов должно осуществляться в программном комплексе обработки инженерных изысканий «CREDO».
По окончании работ предоставляется каталог координат.