Полевой этап

Полевой этап включает в себя проведение следующих видов работ: инженерно-геологическая съемка, проходка горных выработок, геофизические работы, опытные полевые испытания грунтов, гидрогеологические исследования, ведение стационарных наблюдений, выявление и оконтуривание геологических и инженерно-геологических процессов.

Инженерно-геологическая съемка производится при изысканиях для проектирования крупных объектов (плотины). Масштабы съемки зависят от целей. Для типовых проектов инженерно-геологическая съемкане используется.

Проходка горных выработок имеет особое значение при производстве инженерно-геологических изысканий.

Горная выработка – это полость в земной коре, образовавшаяся в результате проведения горных работ в толще полезного ископаемого или «пустых» горных пород. Горные выработки подразделяются на открытые (расчистки, закопуши, шурфы, канавы, дудки, карьеры) и подземные (штольни, штреки, шахтные стволы).

Шурф – вертикальная горная выработка квадратного или прямоугольного сечения глубиной от первых метров до 20 м. Крепление обязательно, при глубине более 10 м – вентиляция.

Дудка – вертикальная горная выработка круглого сечения.

Канава – горизонтальная выработка, чаще вытянутой формы (в районах новостроек для укладки коммуникации), при относительно небольшой глубине (первые метры) имеют значительную протяженность до нескольких километров. При поисковых и разведочных работах на полезные ископаемые канавы проходят вкрест простирания для бороздового опробования.

Подземные горные выработки.

Шахтный ствол – вертикальная или наклонная горная выработка сечением 2х3, 3х4 и более м, проходимая с поверхности или из подземной горной выработки.

Штольня – горизонтальная подземная выработка, имеющая выход на дневную поверхность.

Штрек – горизонтальная подземная выработка, не имеющая выхода на дневную поверхность.

Бурение скважин является наиболее эффективным методом позволяющим изучать недра земли. Скважина – это цилиндрическая выработка в земной коре, имеющая поперечное сечение малой величины при относительно большой протяженности. Начало скважины называется устьем, боковая поверхность – стенками, дно – забоем. По назначению скважины (бурение) – геологоразведочные, эксплуатационные, технические.

Значение скважин для инженерно-геологических изысканий:

– установление геологического разреза с точностью установления границ – 0, 25–0, 5 м;

– определение залегания уровня грунтовых вод;

– отбор образцов (керн) и монолитов грунта для определения физических (плотность, влажность – не менее 10 образцов на каждую разность), физико-механических свойств (не менее 6 образцов) и не менее 3 проб воды на химический состав каждого водоносного горизонта (плотность мерзлых грунтов обычно определяется на месте бурения).

– проведение полевых опытных испытаний,

– проведение гидрогеологических исследований;

– ведение стационарных наблюдений;

– выявление и оконтуривание геологических и инженерно-геологических процессов.

Виды бурения: колонковое, ударно-канатное, вибрационное, роторное, ручное, шнековое.

Колонковое бурение – вид быстровращательного бурения, при котором разрушение породы происходит по кольцу, а не по всей площади забоя. Внутренняя часть породы в виде керна, при этом, сохраняется. Данная разновидность бурения является основным техническимх средством изысканий для строительства и разведки месторождений твердых полезных ископаемых.

Породоразрушающий инструмент применяемый при буровых работах – шарошечное и крестовое долото, буровые коронки различной твердости, пневмоударники. Основные диаметры бурения при проведении изысканий составляют от 50 мм до 500 мм.

Бурение может производиться с отбором и без отбора керна (сплошным забоем). Полевая документация заносится в буровые журналы (дата, время, глубины залегания слоев и уровня грунтовых вод, отметки, номера и глубины отбора образцов). Ликвидационный тампонаж скважины проводится после завершения работ.

Геофизические работы (магниторазведка, гравиразведка, сейсморазведка, электроразведка, каротаж в сочетании с другими видами работ) решают многочисленные проблемы в инженерной геологии.

Сейсморазведка – метод исследований, основанный на измерении скорости прохождения продольных волн по глубине (V₂ > V₁).

Электроразведка – метод исследований, основанный на измерении кажущихся сопротивлений грунтов по глубине (ρ ₂ > ρ ₁), измеряется в Ом/м.

Каротаж скважин (электро-, сейсмо-, радиометрический) позволяет изучать пространство вокруг них, различные свойства грунтов (влажность, плотность, трещиноватость т. д.) в естественном залегании.

Значение геофизических работ: определение мощности рыхлых отложений, выявление тектонических нарушений, зон повышенной трещиноватости и обводненности, определение гидрогеологических параметров (уровня залегания грунтовых вод, водоупорных пород, направление движения подземных вод), определение состава и состояния свойств грунтов.

Полевые исследования грунтов следует проводить при изучении массивов грунтов (в основном песчано-глинистые грунты) в естественном залегании с целью:

– расчленение геологического разреза, оконтуривание прослоев и линз слабых грунтов,

– определение физико-механических свойств грунтов в условиях естественного залегания,

– оценки пространственной изменчивости свойств грунтов,

– оценка возможности погружения свай в грунты и несущей способности свай.

Полевые штамповые испытания – эталонный метод деформационных испытаний грунтов на сжимаемость

Штамп – квадратная или круглая плита, площадью 5000 см², служащая для передачи давления на грунт при полевых испытаний грунтов методом опытных нагрузок. Давление создается домкратами или платформами с грузом и производится ступенями с выдержкой определенное время до стабилизации осадки. Строится график зависимости осадки штампа от давления и осадки штампа во времени по ступеням нагрузки, определяют деформационные свойства (модуль деформации Е, МПа). Штамповые испытания могут проводиться в скважинах со штампом площадью 600 см², давление создается платформой с грузом через штангу.

Статическое и динамическое зондирование (пенетрация) – определение сопротивления песчаных и глинистых грунтов вдавливанию (статическое) или забивке (динамическое) конусовидного металлического наконечника (зонда) на глубину. По результатам испытаний определяют однородность грунтов по глубине и приближенную количественную оценку свойств грунтов.

Прессиометрия определяет деформационные свойства глинистых грунтов. Прессиометр – резиновая цилиндрическая камера, устанавливаемая на необходимой для обследования глубине в скважине и расширяющаяся за счет увеличения давления жидкости или газа нагнетаемого в камеру. Замеряется давление и радиальное перемещение грунта в стенках скважины, что позволяет рассчитать модуль деформации.

Крыльчатка(метод вращательного среза) позволяет определить прочностные свойства слабых грунтов и представляет собой четырехлопастной зонд, который опускают в забой скважины, вдавливают и поворачивают вокруг своей оси. Замеряют крутящий момент, что позволяет рассчитать сопротивление грунта сдвигу, величину внутреннего трения φ и удельного сцепления С, МПа.

Гидрогеологические исследования (опытно-фильтрационные работы) выполняются в случае распространения или возможности формирования подземных вод в сфере взаимодействия проектируемого объекта с геологической средой (загрязнение, истощение, прогноз подтопления, возможность ухудшения свойств грунтов), для решения вопросов водоснабжения и защиты при строительстве.

Гидрогеологическими исследованиями определяются коэффициент фильтрации к_ф и радиус влияния скважины (депрессионной воронки) в условиях естественного залегания пород и циркуляции подземных вод.

Коэффициент фильтрации для обломочных грунтов определяется откачками воды из скважин. В зависимости от поставленных задач различают: экспресс-откачка (до 0, 5 суток), пробные, опытные, опытно-эксплуатационные; одиночные и кустовые откачки из скважин. Строится график откачки (зависимость понижения (S) от времени (t) в полулогарифмическом масштабе).

Откачки производятся глубинными или поверхностными насосами (2–2, 5 л/с) или эрлифтом «air» – воздух, «lift» – подъем (до 10 л/с). Приборы для замеров глубины залегания уровня подземных вод в скважинах – электроуровнемеры, «хлопушки», манометры для фонтанирующих скважин.

Для определения к_ф для супесей и суглинков применяют методы налива в шурфы и нагнетание воды в скважины.

Стационарные наблюдения (режимные) необходимо выполнять для изучения:

– динамики развития опасных геологических процессов (карст, оползни, сели, переработка берегов, выветривание и пр.),

– изменений состояния свойств грунтов,

– изменения уровня, температуры, химического состава подземных вод;

– деформации грунтов оснований.

Продолжительность не менее одного гидрологического года или сезона проявления процесса с частотой регистрации экстремальных значений.