Подробные изыскания производятся для получения полноценных и исчерпывающих данных для проектного задания или технического проекта по тому варианту расположения сооружений, который был выбран и одобрен утверждающей инстанцией.
Подробная программа этих исследований должна быть составлена уже в предыдущей стадии изысканий и приложена к отчету по этим изысканиям. Различие между предварительными и подробными изысканиями заключается в том, что последние территориально ограничиваются выбранным вариантом, но зато отличаются большей детальностью и точностью применяемых методов работы.
Детальная геологическая разведка на намеченном для строительства участке не ограничивается его юридическими границами, но захватывает прилегающие к площадке районы. Это необходимо для уточнения связи рельефа с общим рельефом местности, связи грунтовых вод площадки с прилегающими к ней водоемами. Подробная геологическая разведка характеризуется максимальным применением инструментальных методов разведки.
Геологическая разведка на намеченных строительных участках должна обеспечить получение следующих данных, необходимых для общестроительного проектирования;
- Тип, общая пластика рельефа и соотношение его элементов.
- Категория грунтов, их расположение и характер залегания (формы и места выклинивания, простирание и падение наиболее важных горизонтов).
- Распределение пород по их относительному возрасту.
- Характеристика и физико-механические свойства важнейших напластований.
- Для микроскопического определения горных пород:
а) гранулометрический характер обломочных пород;
б) карбонатность для известковых и мергелистых пород;
в) степень минерализации и содержания растворимых солей, например гипса и т. п. (при соприкосновении грунта с водой грунтового потока или фильтрующихся масс воды).
- Для определения консистенции грунта и его возможных изменений:
а) естественная влажность;
б) удельный и объемный вес;
в) степень насыщения водой, т. е. коэффициент влажности (или результат предыдущих определений);
г) размокаемость в некоторых случаях (например, при возведении сооружений на лессовидных грунтах).
- Водные свойства пород, имеющие значение при решении вопросов осушения и дренирования участков;
а) водопроницаемость;
б) водоотдача;
в) высота капиллярного поднятия (для суждения о влажности грунта выше уровня грунтовых вод).
- Данные механического испытания грунта:
а) на сжатие (глины) и срез (глины и пески);
б) на угол естественного откоса;
в) на временное сопротивление на раздавливание (для твердых скальных пород).
- Залегание и режим грунтовых вод:
а) вид и происхождение подземных вод (верховодка, свободные пластовые воды, напорные воды);
б) расположение и мощность водоносных горизонтов;
в) вид, структура, физические свойства и фильтрационная способность подстилающих горизонтов;
г) уклон зеркала грунтовых, вод;
д) колебания уровня грунтовых вод в связи с прилегающими открытыми бассейнами;
е) химические свойства грунтовых вод для установления связи водоносных горизонтов между собой с соседними открытыми водоемами;
ж) для оценки вредного влияния грунтовых вод на подземные части сооружений, если воды залегают неглубоко (агрессивные свойства воды).
- Выходы грунтовых вод на поверхность (ключи, родники, артезианские скважины, колодцы, инфильтрационные канавы, буровые скважины):
а) расположение и глубина;
б) источники питания и их мощность;
в) породы водоупорных горизонтов.
- Явления разрушения грунтов:
а) сыпучие пески — расположение, происхождение, характер передвижений;
б) овраги, их размеры, расположение, происхождение, возраст и геологическая структура; состояние дна и берегов; меры борьбы с их распространением и ростом;
в) оползни, обвалы и осыпи, их геологическая структура и мощность скользящих и подстилающих горизонтов, характер, интенсивность, причины и направление передвижения грунтов;
г) карсты, пещеры, провалы, воронки, впадины, их расположение, величина, происхождение и интенсивность распространения;
д) болота, их расположение и глубина; порода водоупорного горизонта; растительный покров, причины и возраст образования; методы и эффективность мер борьбы с заболоченностью.
- Искусственные обнажения, насыпи и засыпки поверхности — расположение, форма, порода, мощность, назначение или причины.
- Почвенная характеристика площадок.
- Состав и распределение растительности и влияние ее на геогидрологические условия площадки.
- Особенности грунта с точки зрения трудности его разработки в местах предполагаемых насыпей и выемок.
- Характеристики грунтов в отношении их проезжей способности.
- Поверхностные водостоки:
а) водосборная площадь, питающая потоки и водоемы, связанные с площадкой;
б) направление стока весенней и дождевой воды;
в) интенсивность работы поверхностных сточных вод (размывающей и переносящей);
г) геологическая структура, размеры и возраст водостоков;
д) геологические горизонты, наиболее подверженные размыву;
е) продукты выноса и отложения стоков и влияние их на водный бассейн, примыкающий к площадке.
- Состояние соседних зданий (наличие осадки фундаментов, деформаций стен) и типы их фундаментов.
- Допускаемые напряжения на грунт на основании данных лабораторного анализа, а также испытаний, произведенных в разных пунктах строительных площадок, и поверочных расчетов нагрузок соседних зданий.
- Рекомендуемые меры по понижению уровня грунтовых вод.
При строительстве на лессовидных грунтах состав данных по геогидрологическому участку должен соответствовать требованиям инструкции БИОС «Временные технические условия по проектированию и строительству промсооружений на макропористых (лессовидных) грунтах».
К разведочным работам, кроме бурения, присоединяются еще и горные работы (шурфы, шахты и штольни), а также значительно увеличивается против предварительных исследований весь комплекс полевых опытных работ и лабораторных исследований. На этой же стадии исследований производятся стационарные наблюдения над режимом грунтовых вод и поиски строительных материалов.
Поскольку подобные исследования в большинстве случаев связаны с уже наметившимися габаритами сооружений, их можно разделить па следующие виды работ:
а) изыскания под сооружение гидроузла (плотина, водоспуск, водослив, водоотводящий канал);
б) изыскания чаши водохранилища;
в) изыскания под постройку главного здания электростанции всех подсобных зданий на пристанционной площадке, водозаборных сооружений и береговой насосной;
г) изыскания по трассам водоводов (водоподводящий канал или напорный трубопровод, водоотводящий канал, водосбросные сооружения);
д) изыскания, связанные с устройством золоудаления (место, предназначенное для золоотвалов, сооружение золовых прудов, трасса золопроводов, место багерной насосной, промежуточных насосных, золоотстойник);
е) изыскания мест залежей строительных материалов;
ж) лабораторные исследования;
з) камеральная обработка.
а) Изыскания под сооружение гидроузла. Изыскания под сооружение гидроузла включают уточнение буровой разведки, горные работы и опытные работы.
Поскольку при сравнительно небольшой величине подпора и связанной с этим небольшой высоте плотины последние делаются обычно земляными, вопрос о сопротивлении грунта вертикальной нагрузке не имеет решающего значения. Поэтому по земляной части плотины внимание изыскателей должно быть обращено главным образом на возможность потери воды и на фильтрационные свойства грунтов; что же касается водоспуска и водослива, то последние, представляющие собой в головной части тяжелое сооружение, требуют более внимательного изучения несущей способности грунтов.
Буровые работы заключаются в заложении ряда буровых скважин по трем параллельным разведочным линиям, из которых средняя совпадает с осью плотины, а боковые отстоят от нее на 50—75 м вверх и вниз по течению. Участок водосбросного канала лучше всего исследовать путем прокладки ряда коротких поперечников по три скважины в каждом (используя часть скважин, заложенных под плотину) глубиной 10—15 м.
Расстояние между скважинами по среднему створу колеблется в зависимости от однородности грунта от 50 до 150 м, а по параллельным створам —от 100 до 200 м. Глубина скважин должна достигать величины двойного подпора, но не менее 20—25 м. Диаметр тех скважин, в которых предполагаются фильтрационные работы, должен быть не меньше 101,5 мм (4") [желательно 152 мм (6")] для ударного бурения и не меньше 84 мм для колонкового.
Остальные скважины можно бурить ударным бурением диаметром 76 мм (3") и колонковым 74 мм.
Горные работы производятся при наличии скальных трещиноватых пород и заключаются в заложении в местах со пряжения плотины с берегом шахт и штолен для изучения характера трещиноватости. Точно так же, если основание плотины предположено закладывать на скальных трещиноватых породах, то по оси плотины закладывают ряд шахт с квершлагами (последнее особенно необходимо, если слои поставлены на голову). Шахты и штольни закладываются с расчетом проходки всей трещиноватой толщи. Под водослив, водоспуск, а также под каменную или бетонную часть плотины закладываются шурфы для производства опытов на вертикальную нагрузку. Глубина этих шурфов определяется намечаемой глубиной фундаментов соответствующих сооружений.
Производятся опыты для изучения фильтрации и определения допустимой нагрузки на грунт. Работы по изучению фильтрации заключаются в производстве опытных откачек, нагнетания и наливания (для отдельных скважин) и являются продолжением работ, начатых при производстве предварительных исследований.
Опыты на отдельных скважинах производятся по среднему и боковым створам с тем расчетом, чтобы возможно полнее осветить фильтрационные свойства грунтов по всему поперечному разрезу речной долины. Поэтому желательно иметь хотя бы по одному опыту для каждого из продольных (к речной долине) профилей. Опыты с наливанием и нагнетанием производятся в сухих породах преимущественно в плечах плотины.
Опытные участки ввиду высокой стоимости производства работ закладываются только в случае значительной фильтрационной способности грунта.
Число опытных участков определяется гидрогеологическими условиями. Желательно проведение опытов для каждого водоносного горизонта. Число скважин и лучей на участке определяется характером грунта; обычно применяется участок из пяти скважин (одной центральной и четырех наблюдательных), расположенных по двум взаимоперпендикулярным лучам. Диаметр центральной скважины желательно иметь не менее 152 мм (6"), а наблюдательных 101,5 мм (4й).
Обычно при заложении опытного участка производятся опыты по определению скорости грунтового потока с применением красящих веществ. Эти опыты можно производить и при других выработках независимо от закладки опытного участка.
Опыты на вертикальную нагрузку производятся в шурфах, заложенных под каменные или бетонные части сооружения. Опыты производятся по инструкции ВИОС тремя штампами или согласно проекту «Технических условий на исследование грунтов, как оснований сооружений», выпущенных в 1939 г. ВОДГЕО.
б) Изыскания чаши водохранилища. Исследования чаши водохранилища заключаются в производстве мелкого бурения как в самой чаше для изучения характера покровных слоев, так и в бортах водохранилища для характеристики фильтрационных свойств слагающих их грунтов. Поскольку пойменная часть речной долины, являющейся чашей водохранилища, обычно состоит из водонепроницаемых или малопроницаемых суглинков, то закладываемые в чаше скважины бывает достаточно довести до глубины 3—4 м. Если же пойма образована в песчаных фильтрующих породах, то скважины следует углубить до водоупорного слоя и произвести опробование скважины откачками при наличии в них воды или наливанием, если скважины сухие..
В бортах водохранилища закладывается ряд неглубоких (8—10 м) скважин на расстояний 200—300 м. В этих скважинах следует произвести1 опытные поливания для характеристики фильтрационных свойств грунта.
в) Изыскания под постройку главного здания электростанции, всех подсобных зданий на пристанционной площадке, водозаборных сооружений и береговой насосной. Подробные изыскания под постройку здания станции, подсобных сооружений на пристанционной площадке, водозаборных сооружений и береговой насосной заключаются в детализации буровой разведки применительно к уточненному плану сооружений в горных работах и в производстве опытов.
Буровые работы производятся ударно-вращательным способом и состоят в заложении скважин диаметром 3—4" в пределах ранее оконтуренного разведкой участка с таким расчетом, чтобы скважины попали в габариты сооружений. При этом надо располагать скважины по определенным продольным и поперечным к оси площадки створам так, чтобы иметь возможность строить геологические профили по двум взаимно-перпендикулярным направлениям. Расстояние между скважинами в зависимости от однородности грунта принимается от 50 до 75 м. Количество, расположение и глубина скважин устанавливаются в зависимости от количества, расположения и характера будущих зданий и сооружений, а также характера геологических и гидрогеологических условий площадки; глубина скважин определяется как геологическим строением площадки, так и глубиной заложения фундаментов й типом основания. Средняя глубина скважин обычно равна 15 м, хотя основные (маячные) скважины, освещающие общее геологическое строение площадки, закладываются на глубину до 30 м.
При отсутствии на участке оползней и карстов минимальная глубина скважин ниже заложения фундамента определяется на основании нижеследующих эмпирических норм;
- для сплошных и слоистых грунтов — не менее 8 л;
- для скальных обломочных и щебенистых грунтов - не менее 4,5 м;
- для сыпучих грунтов — не менее 6 м.
При наличии в пределах изыскания оползней или хотя бы подозрений возможности последних (наличие больших откосов или террас, наличие выходов грунтовых водит, д.), я также при наличии горизонтов, благоприятствующих оползням (гладкие горизонты, омываемые грунтовой водой), скважины должны быть заложены ниже горизонта, по которому может происходить оползание верхних пластов. Число этих скважин должно быть таково, чтобы они вместе с имеющимися на участке обнажениями давали полный материал для определения простирания и падения подстилающего оползень горизонта. В случае обнаружения в пределах участка горизонтов, способствующих карстам (гипсовые, меловые и тому подобные отложения), бурением должна быть определена примерная мощность этих горизонтов (если эта мощность не слишком значительна).
Если проектом принято искусственное основание, глубина буровой скважины должна обеспечивать изучение как пласта, прорезаемого основанием, так и пласта, на который опирается подошва искусственного основания.
Горные работы заключаются в заложении шурфов под наиболее ответственные части здания для взятия монолитных проб и производства опытов на вертикальную нагрузку. Глубина шурфов определяется глубиной заложения фундаментов, исходя из необходимости исследовать несущие свойства грунтов ниже основания сооружения. Шурфы рекомендуется закладывать на глубину, превышающую на 3— 5 м предполагаемую/ глубину заложения фундаментов. При большом потоке грунтовых вод шурфование ведется лишь до их уровня. При крутом падении напластования грунтов разведка производится канавами. Число шурфов определяется в зависимости от однородности грунтов. При однородном грунте можно ограничиться двумя-тремя шурфами под главный корпус электростанции. При бурении отбираются для исследования образцы всех разновидностей встреченных категорий грунтов. При значительной мощности и однородности пласта образцы отбираются через определенные интервалы по глубине, например через каждый метр, полметра и т. д. Кроме того, необходимо брать пробы грунта в случае появления каких-либо включений, могущих оказать химическое или механическое влияние на прочность породы.
Для определения физико-механических характеристик грунтов образцы отбираются в шурфах из следующих пластов:
- принятого за непосредственно несущий на проектируемой отметке заложения фундамента;
- подстилающего пласта, если последний податливее непосредственно несущего пласта.
Опытные работы заключаются в производстве опытов на вертикальную нагрузку и производстве стационарных наблюдений над режимом грунтовых вод.
Опыты на вертикальную нагрузку в залаженных для этой цели шурфах производятся согласно инструкции ВИОС с одновременным отбором серии монолитов для последующих лабораторных исследований. Можно также руководствоваться проектом «Технических условий на исследование грунтов, как основания сооружения», составленных и выпущенных в 1939 г. ВОДГЕО.
Стационарные наблюдения над режимом грунтовых вод, имеющие целью выяснение годового хода колебаний уровня, производятся как в имеющихся в районе колодцах, так и в закладываемых специально для этой цели шурфах и скважинах.
Наблюдения эти следует связать с замерами уровней ближайшего открытого водоема, для чего необходимо открыть водомерный пост или связаться с ближайшим существующим, К опытным работам относится также взятие монолитных образцов из шурфов и скважин для последующей лабораторной обработки. Монолиты из шурфов берутся с глубины заложения фундаментов и ниже (по инструкции ВИОС или по «Техническим условиям» ВОДГЕО).
Монолиты из скважин берутся при помощи грунтоноса с нескольких глубин в большем, чем в шурфах, количестве.
г) Изыскания по трассам водоводов. По трассе водоводов производится буровая разведка, заключающаяся в заложении ряда скважин небольшого диаметра— 50,8-76,2 м (2—3"), глубина которых должна быть на 2—3 м глубже проектной глубины дна каналов или нижней отметки водоводов. Обычно глубина скважин задается от 4 до 5 м, а в местах расположения опор — до 7—8 м; скважины располагаются по двум параллельным оси канала створам в шахматном порядке; расстояние между скважинами для водоподводящего канала берется в 100—150 м, а для водосбросного — в 150—200 м.
д) Изыскания под место для золоотвалов. При гидрозолоудалении при помощи багерных насосов или аппаратов системы инж. Москалькова и подаче золоводяной пульпы по трубам к местам золоотвалов необходимо произвести изыскания, в некоторой степени повторяющие изыскания под водохранилище. Обычно эти золоотвалы располагаются в оврагах и низинах. Для образования отстойного бассейна овраг перегораживается дамбой. Однако условия образования такого пруда отличны от условий образования водохранилища, здесь, во-первых, не приходится особенно опасаться фильтрации, во-вторых, напор воды в этих прудах-отстойниках весьма невелик и сооружения для образования их значительно более просты. Буровые скважины должны быть заложены по периметру намечаемой заградительной плотины; также должно быть освещено бурением дно пруда. Наконец, должны быть определены фильтрационные свойства фунтов.
е) Изыскания мест залежей строительных материалов. Естественным строительным материалом являются:
- глина, песчано-глинистый грунт, а также песок, гравий и щебень для плотины;
- естественный камень (гранит, известняк, песчаник, валуны и пр.) для бутовой кладки;
- песок и гравий для бетонных работ.
Изыскание мест залежей строительных материалов начинается с установления мест возможных карьеров, что делается путем ознакомления с литературными данными, опросом местных жителей и рекогносцировочным объездом осмотром. Район, подлежащий обследованию, определяется расстоянием от строительства, перевозка грузов на которое по транспортным возможностям может быть рентабельна. При наличии судоходной реки это расстояние может достигать 100—200 км и более при железнодорожном транспорте до 100 км и при гужевом обычно не свыше 10 км.
Одновременно с рекогносцировочным осмотром мест возможных карьеров необходимо заложить небольшое количество выработок (шурфов или скважин), но в количестве, достаточном для выявления мощности ископаемых и предварительной оценки их технических свойств. Выработка должна пройти всю полезную толщу изыскиваемых материалов. После нахождения в результате рекогносцировки подходящих карьеров производится поисковая разведка путем заложения скважин и шурфов, располагаемых в шахматном порядке или в углах прямоугольника; выработки должны пройти всю полезную толщу. Густота сети выработок определяется характером залегания и природой ископаемого. Залегающие обычно в виде линз галечники и гравелистые грунты требуют большей густоты выработок, чем глинистые и песчаные материалы, залегающие значительными покровами. Кроме того, необходимо произвести полевые лабораторные испытания материалов, чтобы дать им предварительную оценку; необходимо определить для гравелистых и песчаных материалов механический состав и содержание гумуса; для глин, кроме того, необходимо определить пластичность.
Более подробные сведения по вопросу поисков строительных материалов можно найти в литературе.
ж) Лабораторные исследования. Характер лабораторных исследований в стадии подробных изысканий определяется как характером грунта (песчаный рыхлый грунт или глинистый связный грунт), так и специфическими особенностями участка, на котором взята проба. Номенклатура необходимых лабораторных определений для различных видов сооружений приводится в табл. 21.
з) Камеральная обработка. Камеральная обработка материалов подробного исследования отличается от камеральной обработки материалов предварительных изысканий большей полнотой. Это сказывается в особенности на обработке данных опытных работ, которые при предварительных исследованиях отсутствовали.
Таблица 21
Данные опытов по фильтрации наносятся на геологические профили в виде зон одинаковой фильтрации (или изолиний). Также представляются и результаты лабораторных определений коэффициента фильтрации. Результаты стационарных наблюдений над режимом грунтовых вод обрабатываются и представляются в форме графиков колебаний уровня, а для наиболее характерных моментов режима грунтовых вод составляется карта гидроизогипс.
Опытные нагрузки представляются в виде диаграмм зависимости осадки от нагрузки и изменения осадки по времени
Лабораторные данные также, по возможности, наносятся на геологических профилях в виде графиков послойного изменения наиболее характерных констант, а для оценки строительных свойств грунта представляются компрессионными кривыми и рядом вспомогательных к ним графиков.
Отчетные материалы по подробным исследованиям в отличие от материалов предварительных изысканий в меньшей степени касаются описания геологического строения, но дают более подробную характеристику инженерно-геологических условий и свойств грунтов под различные сооружения. Они должны состоять из текстовой части, содержащей:
1) технический отчет о работах:
- краткое описание географо-геологических условий на основе данных отчета по предварительным исследованиям;
- описание и методику производства работ;
- характеристику грунтов;
- описание участков под отдельные сооружения и их инженерно-геологическую оценку;
- описание карьеров строительных материалов и подсчет запасов материалов;
- заключение и выводы, и приложений: 1. Таблицы данных опытных работ, лабораторных исследований и пр.
- План расположения сооружений с показанием выработок .
- Литологические профили с указанием фильтрационных свойств грунта, лабораторных и других данных.
- Разрезы скважин и шурфов.
- Диаграммы и графики опытных лабораторных работ, гидрогеологических наблюдений (карта гидроизогипс) и пр.
Примечание. Один экземпляр отчетных материалов (для всех стадий изысканий) отсылается в обязательном порядке в центральный геологоразведочный фонд ГГГУ согласно приказу НКТП № 521 от 26 апреля 1935 г.
г) Изыскания для рабочего проекта
Изыскания для рабочего проекта, как уже указывалось, носят факультативный характер, являясь добавлением к описанным выше подробным изысканиям, и обычно производятся в сравнительно небольшом объеме. К изысканиям для рабочего проекта могут быть отнесены, между прочим, следующие виды работ:
1) мелкое бурение под наиболее ответственные части сооружений для уточнения характеристики грунтов под фундаментами их;
- пробная свайная бойка (одиночная и «кустами»);
- продолжение стационарных наблюдений над уровнем грунтовых вод.
