Задачей инженерно-геологических изысканий для гидротехнического строительства является комплексное освещение геологических, сейсмотектонических, гидрогеологических и геоморфологических условий района проектируемых сооружений, а также оценка фильтрационных и физико-механических свойств слагающих его горных пород. Детальность материалов изысканий возрастает по мере перехода к более поздним этапам проектирования и в целом они служат обоснованием выбора места строительства и компоновки гидротехнических сооружений, принятия их типов и основных параметров, оценки условий создания водохранилища и составления проекта производства строительных работ.
Методика и техника инженерно-геологических изысканий и исследований зародилась в СССР одновременно с началом проектирования и строительства первых крупных гидротехнических сооружений, нуждавшихся в подробном инженерно-геологическом обосновании. При строительстве Волховской ГЭС необходимо было изучить водопроницаемость закарстованных известняков, слагающих ее основание, и наметить мероприятия по борьбе с фильтрацией. В основании Нижнесвирской ГЭС изысканиями были выявлены прослойки пластичных глин, в связи с чем потребовалось разработать методику изучения и оценки их физико-механических свойств. При строительстве Днепрогэс были встречены ослабленные зоны в гранитном основании, которые нуждались в специальной заделке.
Основные проектно-изыскательские работы для строительства гидроузлов в СССР выполняет институт «Гидропроект». В процессе этих работ накоплен большой опыт строительства гидроэнергетических сооружений в самых различных инженерно-геологических условиях: на нескальных, скальных, многолетнемерзлых и других грунтах.
На нескальных грунтах построено большинство низко- и средненапорных гидроузлов, расположенных на реках европейской части СССР. Основанием им служат грунты аллювиального, ледникового и другого происхождения, характеризующиеся значительной деформируемостью под нагрузкой, что нередко создавало большие трудности при проектировании и строительстве. Наиболее крупным достижением в области возведения таких гидроузлов является строительство Плявинской ГЭС с плотиной высотой 46 м, основанием которой служат моренные суглинки и супеси. На нескальных просадочных грунтах успешно построены также многие гидроэлектростанции в Средней Азии и на Украине.
Строительство гидроузлов на скальных грунтах было развернуто в послевоенные годы на сибирских реках (Иртыше, Оби, Ангаре, Енисее и др.), а также на реках Кавказа. При проектировании и строительстве этих гидроузлов возникло много вопросов, для решения которых необходимо было разработать и научно обосновать новые методы инженерно-геологических изысканий и исследований скальных оснований (см. § 7.5). Эти методы получили дальнейшее развитие и широкое применение при изысканиях для высоких плотин, построенных и строящихся в последние годы на горных реках Кавказа, Средней Азии и Сибири (Чарвакской, Токтогульской, Нурекской, Чиркейской, Ингурской, Саяно-Шушенской). К числу основных вопросов инженерно-геологического обоснования проектов этих уникальных сооружений относятся: выбор наиболее благоприятного по сейсмотектоническим условиям участка расположения сооружения, определение несущих и фильтрационных свойств скального основания, оценка устойчивости склонов долин на участке примыкания плотин (особенно арочных) и в зоне водохранилища, а также влияния сейсмичности на устойчивость сооружения и склонов долин.
Таблица 7.1. Объемы основных видов изыскательских работ
Вид работ | Гидроэлектростанции | ||||
Братска | Красноярская | Усть- Илимская | Зейская | Рогунская | |
Бурение, м .. | 100 000 | 98 000 | 51 С00 | 22 000 | 11 000 |
Горные работы, м .. | 3250 | 6300 | 2723 | 4400 | 12 000 |
Откачки, число опытов .. | 370 | 240 | 350 | — | 200 |
Нагнетания, число опытов | 2250 | 3050 | 1410 | 620 | 700 |
Штампоопыты, число опытов . . . | 40 | 35 | 32 | 56 | 20 |
Рис. 7.1. Расположение штолен на участке створа Токтогульской ГЭС (по створу с вариантом арочной плотины).
1 — штольни и камеры для опытных работ (нижний ярус); 2 — то же средний ярус; 3 — то же верхний ярус.
Для решения этих сложных вопросов необходимо было выполнить большие объемы различных изыскательских и исследовательских работ, в процессе которых уточнялась и совершенствовалась методика изысканий. Первоначальные попытки обосновать проекты таких уникальных сооружений, как Нурекская ГЭС с плотиной высотой 300 м и Токтогульская ГЭС с плотиной высотой 200 м, малыми объемами изыскательских работ, не дали положительных результатов и лишь вызвали затруднения, так как дальнейшими более детальными изысканиями и в процессе строительных работ был выявлен ряд неблагоприятных факторов, осложнивших строительные работы. Анализ объемов основных видов изыскательских работ, выполненных на наиболее крупных гидроузлах (табл. 7.1), показал, что имеется тенденция к сокращению наиболее трудоемких буровых работ за счет их вытеснения геофизическими методами разведки.
Значительный объем изыскательских и исследовательских работ проводится для поисков, разведки и опробования местных строительных материалов. Особенно велики эти работы при изысканиях для больших земляных плотин (Чарвакской, Нурекской, Рогунской), в которые укладываются десятки миллионов кубических метров рыхлых грунтов и камня. В связи с тем что некоторые плотины строятся в непроходимых ущельях с труднодоступными склонами, изучение береговых массивов проводится с помощью сложной системы штолен и восстающих горных выработок, которые прорезают массивы почти на всю высоту плотины. Подобная система подходных штолен проходилась на створах Токтогульской, Папанской, Рогунской и других высоких плотин, расположенных в горных ущельях (рис. 7.1).
Отсутствие в первое время опыта строительства высоких плотин на скальных основаниях в отдельных случаях приводило к ошибкам в опенке инженерно-геологических условий. Так, изысканиями в створе Красноярской ГЭС не были обнаружены пологонаклонные трещины в гранитах, слагающих основание станционной плотины, что привело к некоторым изменениям ее проекта в процессе строительства. На участке Токтогульской ГЭС недостаточно правильно была оценена устойчивость склонов глубокого ущелья, в связи с чем пришлось отказаться от первоначально принятой в проекте арочной плотины и принять к строительству вариант гравитационной плотины с минимальными врезками в борта ущелья. В створе Миатлинской плотины не было правильно оценено влияние строительных работ на устойчивость склона, в результате чего в начале строительства на правобережном склоне возникли оползни. Подобные ошибки в оценке инженерно-геологических условий тщательно анализируются с тем, чтобы не допустить их повторения при последующих работах.
Успех инженерно-геологических изысканий зависит в первую очередь от их комплексности и правильной организации, в основе которой лежат следующие принципы: тесная связь изысканий и проектирования; стадийность работ, позволяющая, идя от решения общих вопросов к частным, постепенно уменьшать площадь, на которой проводятся изыскания, и повышать их детальность. На всех этапах проектирования изыскательские работы выполняются с использованием методов инженерно-геологической съемки, горнобуровой разведки, геофизической разведки, опытно-фильтрационных работ, наблюдения за режимом подземных вод, лабораторного и полевого изучения физико-механических свойств горных пород. Хотя в состав изысканий на каждом их этапе могут входить различные виды изыскательских работ, на ранних этапах больший удельный вес имеют инженерно-геологические съемки средних масштабов, геофизическая разведка и бурение разведочных скважин. По мере детализации изысканий укрупняется масштаб инженерно-геологических съемок, возрастает объем горно-разведочных работ, а изучение физико-механических свойств пород обязательно сопровождается полевыми опытами.
Методы инженерно-геологических изысканий непрерывно совершенствуются и оснащаются новейшими техническими средствами. За последнее время большое развитие получило крупномасштабное инженерно-геологическое картирование горных долин с применением фото- теодолитной съемки. Этот метод используется также при разработке инженерно-геологической документации строительных котлованов и при наблюдениях за устойчивостью крутых недоступных склонов. При мелкомасштабных инженерно-геологических съемках долин рек и водораздельных участков применяются космические снимки, с помощью которых могут быть выявлены крупные тектонические структуры и разломы земной коры. Для составления инженерно-геологических карт находят также применение спектрозональные и цветные аэрофотоснимки, используемые для аэроландшафтного картирования зон водохранилищ.
Рис. 7.2. Расположение разведочных выработок по створу арочной плотины.
1 — штольня с камерой для бурения скважин; 2 — штольня с камерой для опытных работ; 3 — буровые скважины; 4 — уровень подземных вод.
Разведочные работы, являющиеся наиболее трудоемкими, непрерывно механизируются и совершенствуются. Если в 1948 г. на изысканиях преобладало ручное бурение и только 34% всех буровых работ выполнялось механическим способом, то в 1958 г. механизация разведочного бурения составила 59, а уже в 1969 г. — 99%. Таким образом, этот вид разведочных работ практически полностью механизирован. В настоящее время необходимо пополнить парк буровых станков новыми марками облегченной конструкции, приспособленными для работы в горных ущельях, где разведочные работы сопряжены с большими трудностями (рис. 7.2).
Значительно меньше механизированы горно-разведочные работы, особенно проходка шурфов, что объясняется трудностью применения на этих работах механических средств. Для проходки штолен применяются специальные скреперные погрузочные машины, приспособленные для работы в выработках малого сечения. Проходка шурфов в рыхлых породах осуществляется специальными шурфопроходческими машинами. Для проходки вертикальных выработок — скважин-шахт глубиной до 100 м — применяются станки, позволяющие бурить смотровые скважины диаметром до 1200 мм. Дальнейшая механизация горно-разведочных работ будет способствовать повышению производительности труда на изысканиях, так как здесь имеются значительные резервы.
Геофизические методы изысканий и исследований играют важную роль в общем комплексе инженерно-геологических работ, так как они позволяют в короткие сроки осветить многие принципиальные вопросы геологического строения и охарактеризовать физико-механические свойства грунтов. Обязательным условием эффективного использования геофизических методов является их сочетание с другими методами прямого визуального изучения горных пород (геологической съемкой, разведочными работами и др.). В этом случае с помощью геофизических методов могут быть выявлены различные геологические контакты, зоны и прослойки ослабленных пород, карстовые полости, границы многолетней мерзлоты, получены характеристики упругих и деформационных свойств скальных массивов и другие важные инженерно-геологические показатели. В зависимости от поставленных задач и геологических условий могут быть применены электроразведка, сейсморазведка, радиоактивный каротаж скважин и др.
В последние годы при геофизических исследованиях для проектов высоких плотин большое развитие получили ультразвуковые и сейсмо- акустические методы, позволившие с помощью специальной аппаратуры изучить массивы скальных пород и охарактеризовать их упругие свойства. Определение с помощью этих методов сохранности скальных пород в котловане Усть-Илимской ГЭС обеспечило уточнение границы зоны съема и уменьшение объема скальной выемки. Геофизические методы имеют большие перспективы дальнейшего развития, поэтому их необходимо совершенствовать в направлении более широкого использования электроразведки, сейсморазведки и каротажа.
Инженерно-геологические изыскания для гидротехнического строительства обычно сопровождаются значительными объемами опытнофильтрационных работ, так как водопроницаемость является одной из важных характеристик основания гидротехнических сооружений. В результате этих работ накопился большой материал о водопроницаемости различных видов горных пород, что позволило несколько сократить полевые фильтрационные исследования и упростить их выполнение. Так, опытные откачки теперь проводятся при одном понижении вместо трех, а опытные нагнетания — при одной ступени напора вместо трех. Значительно сократилась также продолжительность опытов, особенно при проведении откачек с неустановившемся режимом фильтрации. Дальнейшее совершенствование опытно-фильтрационных работ должно идти по пути их оптимизации на основе широкого обобщения и использования накопленного материала и приведения точности полевых методов и расчетов в соответствие с требованиями проектирования, а также за счет более широкого использования экспресс-методов: откачек с неустановившемся режимом фильтрации, кратковременных нагнетаний с напором 1 МПа. Для определения водопроницаемости необводненных скальных пород, особенно находящихся в мерзлом состоянии, необходимо развивать метод нагнетания воздуха в буровые скважины, который имеет значительные преимущества по сравнению с применяющимся сейчас методом нагнетания воды.
Совершенствуются также методы исследования физико-механических свойств грунтов. Лабораторные исследования сопротивления сдвигу и сжимаемости глинистых грунтов проводятся в соответствии с разработанными схемами; в частности, сопротивление сдвигу, в зависимости от условий работы грунта, исследуется на приборах плоскостного сдвига или трехосного сжатия. Для проведения полевых опытов по исследованию сопротивления сдвигу и сжимаемости скальных и нескальных пород в массиве сконструированы и изготовлены унифицированные установки, которые дают возможность получить наиболее точные данные и снизить затраты труда и времени на выполнение работ. Для изучения напряженного состояния скальных пород в массиве изготовлена и внедряется в производство специальная врубовая установка, которая позволит правильно определять этот важный показатель.
Обобщение накопленных за последние годы данных исследования различных пород позволило смелее подходить к выбору расчетных показателей сопротивления сдвигу скальных оснований плотин. Так, если для основания Братской плотины сопротивление сдвигу принималось 0,08 МПа, то для Саяно-Шушенской плотины оно было принято близким к 0,1 МПа. Кроме того, была доказана возможность значительного сокращения объемов врезок в скальные породы при строительстве плотин, что дает большую экономию средств. Для исследования монолитов связных грунтов с площадью среза около 1000 см2 применяются приборы, которые обеспечивают возможность испытания грунтов, содержащих крупные включения.
Задачами дальнейшего совершенствования исследований физикомеханических свойств грунтов является систематизация и обобщение накопленных данных по различным их типам для аналогового использования на ранних стадиях проектирования, усовершенствование лабораторной аппаратуры и полевых приборов, автоматизация записей и внедрение дистанционных наблюдений. Перспективными являются различные ускоренные методы полевых исследований грунтов с применением прессиометров, пенетрационно-каротажной установки, вращательного среза в буровых скважинах и др. Задачей исследования скальных оснований является также разработка методов определения устойчивости откосов, способов повышения их устойчивости и улучшения состояния скальных пород (анкеровка, цементация и пр.).
При возникновении необходимости более глубокой проработки какого-либо особо сложного вопроса, методика изучения которого разработана недостаточно, проводятся специальные исследования, выполняемые институтами «Гидропроект», ВНИИГ и другими научными учреждениями. К числу таких исследований относятся изучение сейсмики и новейшей тектоники, режима многолетней мерзлоты и другие вопросы, требующие сложных полевых и экспериментальных работ. При этом применяются особо сложные приборы: сейсмографы и наклономеры, способные регистрировать минимальные колебания и смещения пластов горных пород, специальные приборы с электронными датчиками для изучения мерзлотных условий и другие новейшие приборы. В последние годы в институтах «Гидропроект», ВНИИГ и Груз- НИИЭГС созданы группы сейсмологических исследований, которые обобщают материалы сейсмологических наблюдений на участках отечественных и зарубежных гидроэлектростанций и проводят микросейсморайонирование на участках строительства высоких плотин. Результаты этих работ позволили уточнить сейсмические параметры на ряде строительных площадок и этим снизить стоимость строительства гидротехнических сооружений.
В том случае, когда методы изысканий и исследований не могут с необходимой точностью охарактеризовать инженерно-геологические условия строительства того или иного сооружения, проводятся опытностроительные работы, в состав которых могут входить: цементация, водопонижение, укладка грунтов в тело земляных сооружений и др.
Много сложных вопросов возникло в последние годы при инженерно-геологическом обосновании проектов гидроаккумулирующих электростанций. Условия их строительства зависят от устойчивости склона, на котором располагаются напорные трубопроводы, фильтрации из верхнего бассейна и от ряда других факторов, требующих тщательного изучения и правильной оценки.
Многолетней практикой изысканий выработаны определенные методические принципы программирования и выполнения изыскательских работ, изложенные ниже.
В целях оптимизации стоимости и сроков изысканий состав и объемы изыскательских работ назначаются в зависимости от стадии проектирования, степени ответственности данного сооружения и сложности инженерно-геологических условий. При выполнении изысканий необходимо соблюдать принцип комплексности — взаимной увязки отдельных видов работ и их правильной методической последовательности. В основе всех построений и рекомендаций должен лежать принцип инженерно-геологического прогнозирования, предусматривающий всесторонний анализ имеющихся фактических материалов и составление по ним прогнозов с привлечением аналогов.
Составление схем комплексного использования водных ресурсов выдвинуло необходимость проведения региональных инженерно-геологических изысканий, охватывающих долины рек на большом протяжении, а иногда и территории их бассейнов. Целью этих работ является инженерно-геологическое обоснование проектируемых каскадов гидроузлов и водохранилищ. Разработана методика региональных изысканий, которая позволяет путем использования имеющихся геологических данных и выполнения относительно небольшого объема полевых изыскательских работ выявить и решить с необходимой детальностью основные инженерно-геологические вопросы. Региональные изыскания включают изучение структурно-геологических условий района, геоморфологии, гидрогеологии, новейшей тектоники и сейсмики, а также выявление участков развития неблагоприятных физико-геологических процессов. В результате этих работ проводится инженерно-геологическое районирование- долин рек, позволяющее дать оценку районов намечаемого строительства гидроузлов и создания водохранилищ. Дальнейшее развитие метода инженерно-геологического районирования должно идти по пути более широкого использования инженерно-геологических данных по сооружениям, построенным в аналогичных условиях, а также привлечения материалов, полученных со спутников, для изучения геологических структур.
Использование аналогов при изысканиях и проектировании гидротехнических сооружений основывается на типизации инженерно-геологических условий. Накопленный опыт изысканий, проектирования и строительства гидротехнических сооружений позволил систематизировать их инженерно-геологические условия по таким основным показателям, как состав грунтов, тектонические условия, гидрогеология, физикогеологические условия, физико-механические свойства грунтов, сейсмические условия. С целью более широкого использования опыта изысканий и строительства гидротехнических сооружений в различных инженерно-геологических условиях и широкого применения аналогов систематически издаются сборники «Геология и плотины»1 и другие материалы. Для более полного использования аналогов необходимо более широко систематизировать и обобщать опыт изысканий, и в первую очередь в области исследований физико-механических свойств грунтов.
Большие осложнения для гидротехнического строительства могут создать такие неблагоприятные физико-геологические явления, как карст, многолетняя мерзлота, обвалы и оползни. Поэтому методика изучения и прогнозирования этих явлений непрерывно совершенствуется. Сильно развитый карст может вызвать значительные утечки воды в районе плотины и в пределах чаши водохранилища, в связи с чем изучению его при инженерно-геологических изысканиях уделяется серьезное внимание. Общие закономерности развития карста были установлены в работах ряда советских ученых, проводивших свои исследования в связи с гидротехническим строительством. На основе этих закономерностей были обобщены условия развития карста вблизи речных долин и разработана методика инженерно-геологических изысканий в карстовых районах, предусматривающая детальное изучение режима подземных вод, проходку горных выработок и скважин-шахт, длительные откачки из скважин большого диаметра, полевые опыты по изучению суффозии и пр. Применение этой методики помогло осуществить строительство в карстовых районах ряда гидроэлектростанций: Ткибульской, Шаорской, Каховской, Павловской, Чарвакской. Задачей дальнейших исследований в этой области является изучение закономерностей развития карста в горных районах, где в будущем намечается строительство ряда плотин на карстующихся породах. Необходимо также совершенствовать методы прогнозирования карста и оконтуривания карстовых полостей, привлекая для этих целей геофизические методы разведки.
1 Начиная с 1959 г. выпущены в свет восемь томов сборников «Геология и плотины».
Многолетние наблюдения за гидродинамическим и гидрохимическим режимом подземных вод в основании ГЭС, а также наблюдения за деформациями бетонной плотины показали правильность проектных предположений, так как интенсивного растворения солей не наблюдается. В настоящее время выдвинуты еще более ответственные задачи по прогнозам растворения каменной соли и гипса в основании высоконапорных Нурекской, Рогунской и других плотин.
Значительная часть территории СССР располагается в зоне вечной мерзлоты, осложняющей инженерно-геологические условия строительства гидротехнических сооружений. Деградация мерзлоты, неизбежно возникающая при строительстве и эксплуатации этих сооружений, ухудшает физико-механические и фильтрационные свойства пород, при этом рыхлые и связные породы нередко переходят в текучее состояние или становятся просадочными, а скальные теряют устойчивость в откосах котлованов и подземных выемках, так как ухудшаются показатели их прочности и сжимаемости. В условиях вечной мерзлоты построены Мамаканская, Вилюйская и Усть-Хантайская гидроэлектростанции, строятся Колымская и другие ГЭС. Для обоснования возможности их строительства проводились сложные изыскательские и исследовательские работы по изучению режима многолетней мерзлоты и влияния водохранилища на ее деградацию, а также по прогнозированию изменений физико-механических и фильтрационных свойств пород после оттаивания. Так, при проектировании Усть-Хантайской ГЭС изучались свойства моренных грунтов, рекомендуемых для укладки в ядро плотины, выполнялись теплофизические исследования технологии заготовки и зимней укладки грунтов, проводилась их опытная укатка. В результате этих работ был рекомендован оптимальный режим для круглогодичных работ по возведению каменно-земляной плотины.
Весьма сложные вопросы исследования мерзлотных условий пришлось решать при изысканиях для Вилюйской ГЭС, построенной в области сплошного развития мощных вечномерзлых скальных и рыхлых пород. Для этого было изучено их мерзлотное строение в буровых скважинах и в строительных котлованах, термический режим пород, мерзлотные физико-геологические явления, влияющие на инженерно-геологические условия: морозное выветривание, бугры, пучения, наледи, термокарст. Материалы мерзлотных исследований помогли принять оптимальные решения по выбору створа и компоновки сооружений, их типов и способов ведения строительных работ в суровых климатических условиях. Хотя эти работы несколько обогатили наши знания, методика инженерно-геологических изысканий и исследований для строительства гидротехнических сооружений в условиях многолетней мерзлоты разработана в целом еще недостаточно. В настоящее время в целях развития мерзлотных исследований создана комплексная лаборатория в Сибирском филиале ВНИИГ. Значительные исследовательские работы по изучению условий строительства гидротехнических сооружений на многолетнемерзлых скальных породах проводятся Ленинградским отделением института «Гидропроект». Основной задачей дальнейших исследований является изучение механики мерзлых и оттаивающих грунтов, прочности, сопротивляемости сдвигу и деформируемости оснований сооружений с учетом изменений их температурного режима, фильтрации, устойчивости откосов плотин и бортов водохранилищ, технологии возведения гидротехнических сооружений из местных материалов в суровых климатических условиях.
Вопросы устойчивости скальных пород в естественных склонах и в откосах глубоких искусственных выемок приобрели особенно важное значение в связи со строительством высоких плотин в узких горных ущельях (Токтогульской, Чиркейской, Ингурской) и созданием водохранилищ в горных долинах. Эти вопросы получили дополнительное значение в связи с проектированием гидроаккумулирующих электростанций. Для обоснования проектов высоких плотин проведены большие работы, позволившие оценить устойчивость склонов, выявить потенциально неустойчивые участки и дать прогноз изменений устойчивости склонов при проведении строительных работ и в период эксплуатации сооружений. С этой целью при изысканиях для Чиркейской, Ингурской, Токтогульской и других гидроэлектростанций выполнялись детальные инженерно-геологические съемки участков горных долин в масштабе 1:500—1:1000 с дешифрированием фототеодолитных снимков, а также горные и буровые разведочные работы, сопровождающиеся изучением сохранности пород. За потенциально неустойчивыми участками склонов ведутся наблюдения геодезическими методами, а также с помощью маяков щелемеров и других приборов, позволяющих фиксировать даже минимальные подвижки пород на склонах. Научные исследования в области устойчивости высоких скальных откосов проводятся рядом организаций. Ввиду сложности этой проблемы в ней есть много нерешенных вопросов, которые должны стать предметом дальнейшего изучения. К их числу относится влияние на устойчивость склонов их высоты и крутизны, сохранности пород, их напряженного состояния, структурно-тектонических условий и пр. Весьма перспективным методом изучения устойчивости откосов является гео- механическое моделирование.
При строительстве гидротехнических сооружений на скальных основаниях особое значение имеет изучение тектоники и трещиноватости пород, их выветривания и разуплотнения, так как эти явления определяют физико-механические и фильтрационные свойства скальных пород, а также их устойчивость в откосах. При инженерно-геологических изысканиях для выбора места расположения гидротехнического сооружения изучаются тектонические условия района намечаемого строительства и особо выделяются крупные разрывные нарушения. На участках, выбранных для размещения сооружений, производится детальное изучение трещиноватости горных пород. Наибольшее внимание при этом обращается на крупные тектонические трещины, сопровождаемые зонами дробления и перетирания скальных пород, а также на трещины бортового и донного отпора, существенно ослабляющие основание и примыкания плотины и создающие прямые пути фильтрации из верхнего бьефа в нижний.
Изучение тектонической нарушенности и трещиноватости пород производится одновременно с изучением структурно-геологических условий скального массива и его структур напластования. С этой целью выполняются детальные инженерно-геологические съемки, проходятся буровые скважины и горные разведочные выработки, в которых изучаются сохранность пород и характер их залегания, а также проводятся сейсмоакустические исследования строения скальных массивов. Дальнейшее развитие методики изучения скальных оснований должно идти по пути развития более простых и точных методов выявления и характеристики сохранности массивов скальных пород (сейсмоакустических и др.) и выделения блоков различных порядков для построения геомеханической модели скального массива.
Изучение выветривания и разуплотнения скальных пород имеет очень большое значение для правильной оценки устойчивости их откосов, назначения необходимой мощности пород, подлежащих удалению в основании сооружения, а также для проведения мероприятий по укреплению пород и осуществлению противофильтрационных и дренажных устройств. На основании обобщения материалов изысканий и данных инженерно-геологической документации строительных выемок были разработаны критерии определения мощности пород, подлежащих съему, в основе которых лежит выделение следующих зон выветривания и разуплотнения скальных пород:
верхняя зона А, в пределах которой породы полностью утратили свои первоначальные свойства и не могут быть улучшены какими-либо способами;
зона Б, в пределах которой породы ослаблены трещиноватостью и выщелачиванием, но их строительные свойства могут быть улучшены инженерными мероприятиями;
зона В, представленная породами, практически не затронутыми процессами выветривания, но несколько ослабленными под влиянием разгрузки. Степень этого ослабления зависит в основном от напряженного состояния пород, поэтому по мере вскрытия котлована и снятия нагрузки с пород граница зоны В продвигается в глубь массива.
Причиной разуплотнения пород могут быть также чрезмерно сильные взрывы, допускаемые при их разработке. Изучение вопросов выветривания и разгрузки позволяет для каждого объекта устанавливать не только зону съема, но и минимально необходимый защитный слой, который предохраняет основание от разгрузки и выветривания и поэтому удаляется непосредственно перед укладкой бетона. Основной задачей дальнейших исследований в рассматриваемой области является разработка методов более точного выделения зон с помощью геофизических исследований, улучшения свойств пород в зоне Б и изучения их напряженного состояния в зоне В.
Инженерно-геологическая документация строительных выемок и наблюдения за основанием эксплуатируемых сооружений имеют весьма важное значение для гидротехнического строительства. Эти работы позволяют уточнить материалы изысканий и внести необходимые коррективы в проект сооружения, своевременно учесть влияние строительных работ на инженерно-геологические условия и наблюдать процессы, происходящие в период эксплуатации сооружения в его основании. Данные инженерно-геологической документации позволяют выявить ошибки изысканий и совершенствовать их методику. Правильный и своевременный учет этих данных способствует удешевлению строительных работ и повышению надежности гидротехнических сооружений. Поэтому необходимо совершенствовать методы документации строительных выемок, используя при этом фототеодолитную съемку, сейсмоакустические методы изучения сохранности пород и пр.
Водохранилища оказывают большое влияние на окружающую территорию, поэтому для прогнозирования условий переработки и подтопления их берегов выполняются весьма значительные по своему составу и объему инженерно-геологические изыскательские работы. Методика этих работ непрерывно совершенствуется с учетом результатов натурных наблюдений за действующими водохранилищами. Однако, поскольку физико-геологические процессы, развивающиеся под влиянием водохранилища, зависят от очень многих факторов, до настоящего времени нет еще вполне совершенных методов, которые позволили бы уверенно прогнозировать ход этих процессов на длительный период. В ряде случаев фактическая переработка и подтопление берегов водохранилища значительно превышают прогнозируемую. Задачей дальнейших исследований в этой области является уточнение методов изысканий, наблюдений и расчетов применительно к различным типичным условиям, которые встречаются в районах равнинных и горных водохранилищ. Значительно больше внимания необходимо уделять также всему комплексу вопросов влияния гидроузлов и водохранилищ на окружающую среду.
