Лабораторные определения грунтов и обработка их результатов

Отбор проб грунтов производят из обнажений, буровых скважин, шурфов и других выработок. Пробы отбирают послойно, на всю глу­бину выработок, но не реже, чем через каждый 0, 5—1, 0 м. Наибо­лее детально опробуется слой, который будет несущим основанием сооружений. Из всех образцов, полученных при инженерно-геоло­гических исследованиях, 5—10% отбирают для последующих лабо­раторных анализов.

Для инженерно-геологических работ обязателен отбор моноли­тов, т. е. образцов с сохранением их природного состояния и струк­туры. Монолиты отбирают из стенок шурфов и обнажений с помо­щью почвенного ножа. Они имеют форму, близкую к кубу с разме-

рами от 10x10x10 см до 30x30x30 см. Из буровых скважин с помо­щью грунтоносов отбирают цилиндрические монолиты высотой 20— 30 см. В глинистых грунтах твердой и полутвердой консистенции применяют обуривающие грунтоносы, а в грунтах пластичной кон­систенции — вдавливаемые грунтоносы. Монолиты немедленно парафинируют для сохранения их естественной влажности, т. е. туго обматывают слоем марли, пропитанной парафиногудронной смесью, подогретой до 60—65°С (рис. 36.23). Монолиты предохраняют от сотрясения и промерзания и хранят не более 1, 5 месяцев.

Помимо монолитов отбирают образцы нарушенной структуры в специальные мешочки. Вес образцов до 0, 5 кг.

Общий порядок отбора, упаковки и транспортирования образцов пород для лабораторных исследований определяется действующим ГОСТ 12071-2000.

Лабораторные определения грунтов выполняют как с помощью полевых лабораторий, так и в стационарных условиях.

Состав и объем лабораторных определений устанавливают в за­висимости от номенклатурного вида грунтов (скальные, крупнооб­ломочные, песчаные и глинистые), целевого назначения, характера и стадии выполняемых инженерно-геологических изысканий.

Лабораторные исследования должны обеспечить возможность статистической обработки результатов и получения: 1) нормативных и 2) расчетных значений грунтов в соответствии с ГОСТ 20522—96. Первые вычисляют для всех характеристик грунта, вторые — только для характеристик, используемых в расчетах.

Нормативное значение характеристик грунта (исключая угол внутреннего трения и удельное сцепление) Х_п определяют как сред­неарифметическое значение результатов частных определений X, вы­числяемое по формуле:

где п — число определений.

Нормативные значения углов внутреннего трения ф и удельного сцепления с вычисляются по методу наименьших квадратов для всей совокупности опытных значений сопротивления срезу т_г и нормаль­ного напряжения о₁ по формулам:

где y_d — коэффициент надежности по грунту.

Коэффициент надежности по грунту (y_d) рассчитывают в зависи­мости от изменчивости характеристик грунта, числа определений и значения доверительной вероятности а, которое принимают в соот­ветствии с рекомендациями норм проектирования различного вида

сооружений.

Число определений характеристик грунтов в этих методах долж­но быть не менее шести.

Нормативные и расчетные значения характеристик грунта вычис­ляют для каждого инженерно-геологического элемента (ИГЭ). За ИГЭ принимают часть массива грунтов (слой, часть слоя, прослой, линза и т. д.), одного и того же происхождения, и литологического состава, которое может быть описано обобщенными показателями состава, состояния и свойств слагающего его грунта.

Смысл выделения ИГЭ заключается в том, что несущественные различия в составе, состоянии и свойствах грунтов различных слоев позволяют объединить их в отдельный ИГЭ, что существенно упро­щает расчет основания сооружения.

При выделении ИГЭ необходимо учитывать не только геологи­ческие условия, но и расчетную схему сооружения; его тип и харак­тер передаваемой на грунт нагрузки. Например, тонкие прослои гли­нистых грунтов при возможной работе грунтов основания на сдвиг следует выделять в отдельный ИГЭ или не выделять, если проекти­руемое сооружение рассчитывается только на сжатие.

На рис. 36.24 (по М. А. Солодухину, 1985) показан пример вы­деления ИГЭ на участке проектируемого сооружения на свайном фун­даменте. В самостоятельные ИГЭ, совпадающие с границами лито-логических и генетических разновидностей, выделены торф, озер-

но-аллювиальные суглинки и известняки. По показателю текучести I_L моренные суглинки разделены на два ИГЭ, что соответствует при­нятой расчетной схеме свайных фундаментов. Согласно ГОСТ 20522—96, окончательное выделение ИГЭ проводят на основе оцен­ки характера пространственной изменчивости характеристик грун­тов и их коэффициента вариации. Для анализа глинистых грунтов используют физические характеристики (влажность, коэффициент пористости, характеристики пластичности, показатель текучести), а при достаточном количестве и механические. Для песчаных и круп­нообломочных используются гранулометрический состав и влаж­ность.

На основе установленных при инженерно-геологической схема­тизации ИГЭ на инженерно-геологических разрезах могут быть вы­делены расчетные грунтовые элементы (РГЭ). За РГЭ принимают некоторый объем грунта не обязательно одного и того же происхож­дения и вида, в пределах которого нормативные и расчетные харак­теристики по условиям применяемого расчетного метода могут быть

постоянными или закономерно изменяющимися. РГЭ может вклю­чать несколько ИГЭ или состоять из одной его части.

Лабораторные исследования подземных вод

Отбор проб воды производят непосредственно из источника или с помощью пробоотборников. Отбор воды в зависимости от вида анализа (полный или сокращенный) и степени минерализации воды осуществляется из каждого встреченного при бурении водоносного горизонта, в начале и в конце откачки, при наблюдениях за режи­мом подземных вод и т. д.

С помощью лабораторных анализов воды определяют химичес­кий состав, а при использовании подземных вод для хозяйственно-питьевых целей дополнительно — бактериальный состав, содержа­ние микроэлементов и радиоактивных компонентов. Стандартным (со­кращенным) химическим анализом устанавливают содержание Са²⁺, Mg²⁺, Na⁺, Fe²⁺, NH₄, CO*, Cl~, SO*", NO₃", NO₂", CO₂ (своб.), об­щей и карбонатной жесткости, окисляемости, сухого остатка, рН, а также характеризуют физические свойства воды. При полном анализе помимо указанных выше компонентов определяют К⁺, Mn, H₂S, a также мышьяк, фтор, свинец и другие микроэлементы, включая и радиоактивные. Окончательный перечень определений, выполняемых при полном анализе для питьевых целей, устанавливают в соответ­ствии с требованиями санитарно-эпидемиологической службы.

Лабораторные исследования подземных вод выполняют непос­редственно в полевых условиях и в стационарных лабораториях. Не­устойчивые компоненты (агрессивную углекислоту, сероводород и др.), а также величину рН и физические свойства воды определяют на месте отбора пробы.

§ 8. Камеральные работы и составление технического отчета

Технический отчет является итогом инженерно-геологических изысканий, его заключительным этапом. По результатам изыска­ний под отдельные здания и сооружения допускается вместо техни­ческого отчета представлять заключение. По вопросам о возможно­сти реконструкции строительного объекта также представляют тех­ническое заключение.

Составление отчета (заключения) входит в состав камераль­ных работ, т. е. работ по обработке материалов, полученных при полевых и лабораторных исследованиях. Камеральная обработка материалов в процессе изысканий ведется непрерывно. Различают текущую (предварительную) и окончательную камеральную обработ­ку. В ходе последней производится уточнение и доработка представ­ленных предварительных материалов, оформление текстовых и гра­фических приложений и составление текста технического отчета.

Содержание и объем технических отчетов зависит от вида иссле­дований, стадий и этапа проектно-изыскательских работ и сложнос­ти проектируемых сооружений. В состав отчета обычно входит три части: общая, специальная и приложения (текстовые, табличные и графические). Отчет передается проектной организации, и на его основе выполняется необходимая проектная документация для стро­ительства.

Технический отчет об инженерно-геологических изысканиях. Общая часть отчета содержит данные о природных условиях все­го района исследований и позволяет получить о нем общее пред­ставление. Служит основой для специальной части отчета. Матери­алы, изложенные в общей части, помогают проектировщикам и эк­спертам оценить правильность выводов, сделанных в специальной части отчета.

Отчет начинается с «Введения», в котором указываются цели и задачи изысканий, местоположение района (площадок, трасс), виды и объем выполненных работ, состав исполнителей и др.

В главе «Физико-географические и техногенные условия» описываются климат, рельеф, почвы, поверхностные воды (количе­ство осадков, глубины сезонного промерзания грунтов, направле­ние ветров, отметки уровней воды водоемов и др.). Содержатся све­дения о техногенных нагрузках, состоянии и эффективности инже­нерной защиты и др.

В главе «Геологическое строение» приводят сведения о геологи­ческой изученности района, возрасте, условиях залегания и распро­странении горных пород, тектонических особенностях и сейсмично­сти. Основные типы, формы и элементы рельефа, их связь с геоло­гическим строением освещаются в главе «Геоморфология». В главе «Гидрогеологические условия» характеризуют основные типы под-

земных вод, описывают водоносные горизонты, условия их залега­ния и питания, режим подземных вод, химический состав и агрес­сивность их по отношению к бетону и металлам и т. д.

Подробно рассматривают «Геологические и инженерно-геологи­ческие процессы», которые могут оказать влияние на строительство и эксплуатацию зданий и сооружений.

Общая часть обычно заканчивается главой «Естественные стро­ительные материалы», в которой приводят сведения о наличии ме­стных строительных материалов (песка, камня и др.), условиях их залегания и разработки, дают оценку их качества и запасов.

Специальная часть отчета, в свою очередь, состоит из ряда отдельных глав, посвященных детальному описанию строительной площадки (трассы). В этих главах излагают методику выполненных исследований, детально освещают инженерно-геологические усло­вия площадки (трассы) и прогноз их изменений, состав, состояние и свойства грунтов по выделенным инженерно-геологическим элемен­там (ИГЭ), приводят нормативные и расчетные характеристики грун­тов, сравнивают между собой конкурирующие варианты площадок и трасс по степени благоприятности для строительного освоения, ре­комендуют мероприятия по инженерной защите территории и про­ектируемых сооружений.

В «Заключении» (или в «Выводах и рекомендациях») приводят краткие результаты выполненных инженерно-геологических изыс­каний, рекомендации для принятия проектных решений, а также по проведению дальнейших изысканий или проведения специальных

работ.

«Приложения». К отчету прилагаются различный графический ма­териал в виде карт* колонок буровых скважин, инженерно-геологи­ческих разрезов (рис. 36.25), а также текстовые приложения (заявле­ние—разрешение на производство инженерно-геологических работ, техническое задание заказчика, таблицы свойств грунтов, ведомости химических анализов воды и др.).

По материалам выполненных инженерно-геологических изыс­каний, главным образом по проектам крупных и ответственных со­оружений в сложных геологических условиях, в необходимых слу­чаях проводится государственная или ведомственная инженерно-гео­логическая экспертиза. В экспертном заключении оцениваются пра-

вомерность выводов и рекомендаций, содержащихся в отчете, и со­держатся конкретные рекомендации по обеспечению нормальных условий эксплуатации зданий и сооружений.