 |
Інженерно-грунтові вишукування
|
|
|
|
Окремою складовою інженерно-геологічних вишукувань є інженерно-грунтові вишукування, при виконанні яких використовується спеціальний класифікаційний поділ грунтів на окремі таксономічні одиниці, відповідно до норм проектування, оскільки він забезпечує професійне взаємопорозуміння між вишукувачами і проектувальниками, а також між вишукувальниками, проектувальниками і землевпорядниками.
Таке положення ускладнює роботу геологів, вимушує їх на різних етапах виконання вишукувань використовувати різні класифікації, що зрештою при переході до часткових класифікацій норм проектування призводить до часткової втрати інформації про властивості грунтів. Так, наприклад, виділення скельних грунтів і їх подальший поділ лише за розчинність і розм’яканням не дозволяє прогнозувати поведінку окремих представників цієї групи під впливом агентів вивітрювання, що визначається генезисом, петрографічним складом і структурою конкретного скельного грунту. З цієї причини класифікація скельних грунтів повинна базуватися на таких ознаках, які дозволяли б розділити їх на групи, що характеризуються спорідненими властивостями. Однією з таких ознак є петрографічний склад, оскільки при виконанні польових робіт землевпорядник має справу не з скельним грунтом загалом, а з певним його петрографічним видом, що свідчить про необхідність включення часткових класифікацій грунтів норм землевпорядного проектування у загальну класифікацію (або класифікаційну схему) грунтів. Загальна класифікаційна схема грунтів, що задовольняє цій вимозі, наведена у таблиці.
| Група | Підгрупа | Тип | Вид | Різновид |
| Грунти різноманітної генези із жорсткими зв’язками, міцні (скельні) | магматичні | інтрузивні (глибинні) і ефузивні (вивергнуті на поверхню | виділяються за петрографічним складом | виділяються за міцністю |
| метаморфічні | регіонально-метаморфічні, контактово-метаморфічні, динамо-метаморфічні | виділяються за петрографічним складом | виділяються за міцністю | |
| осадові | нерозчинні, розчинні | виділяються за петрографічним складом | виділяються за міцністю | |
| Осадові грунти із жорсткими зв’язками, зниженої міцності (напівскельні) | хімічні і біохімічні | розчинні, розм’якаючі | виділяються за петрографічним складом | виділяються за міцністю |
| уламкові | розм’якаючі, нерозм’якаючі | виділяються за петрографічним складом | виділяються за міцністю | |
| Осадові грунти без жорстких зв’язків (нескельні) | крупноуламкові | виділяються за розміром великоуламкового матеріалу і його співвідношенням із заповнювачем | виділяються за складом заповнювача | виділяються за складом заповнювача |
| піщані | виділяються за гранулометричним складом | виділяються за щільністю залягання | виділяються за мірою водонасичення | |
| глинисті | виділяються за здатністю до просідання, набухання, засоленості, вмістом органічної речовини | виділяються за числом пластичності | виділяються за консистенцією | |
| біогенні | виділяються за складом органічної речовини | виділяються за мірою розкладання органічної речовини | виділяються за мірою зольності | |
| Штучні грунти | намивні, насипні, культурний шар | виділяються за складом вихідного матеріалу | виділяються за щільністю залягання | виділяються за мірою водонасичення, консистенцією та іншими ознаками |
Критерієм диференціації перших двох груп грунтів є тимчасовий опір стисненню в насиченому водою стані, що дорівнює 5×106 Па.
|
|
|
У таблиці наведені основні і найбільш поширені види магматичних і метаморфічних грунтів і їх характерні ознаки.
|
|
|
| Підгрупа | Тип | Вид | Характерні ознаки |
| Магматичні | інтрузивні | граніт | кисла порода, що складається із польових шпатів (65-70%), кварцу (15-40%) і мінералів темного кольору (5-10%); колір світлий; структура рівномірнозерниста, інколи порфировидна або пегматитова, текстура масивна |
| діорит | кисла порода, що складається із польових шпатів (до 75%) і мінералів темного кольору (до 35%); колір сірий, інколи темний; структура рівномірнозерниста або порфировидна, текстура масивна | ||
| сієніт | середня порода, що складається із лужних польових шпатів (ортоклаз, мікроклін, до 75-85%) і мінералів темного кольору (15-35%); колір темний; структура рівномірнозерниста, інколи порфировидна, текстура масивна | ||
| габро | основна порода, що складається із польових шпатів – основних плагіоклазів (до 70%) і мінералів темного кольору; колір від темного до чорного; структура рівномірнозерниста, порфировидна, текстура масивна | ||
| ефузивні | ліпарит | за мінеральним складом – аналог граніту; колір світлий, при значному вмісті скла – темний; структура порфировидна, рідше - флюїдальна | |
| андезит (порферит) | щільна мікрокристалічна порода, за мінеральним складом – аналог діориту; колір сірий, зеленувато-сірий; структура основної маси – діорит-порфиритова, при заповненні пор склом – інтерсертальна, при переважанні скла - гіалопілітова | ||
| трахіт (ортофир) | пориста мікрокристалічна порода, за мінеральним складом – аналог сієніту; колір світлий (білий, сірий, жовтуватий, червонуватий), в ортофирів – сіро-зелений; структура флюїдальна, бульбашкова | ||
| базальт (діабаз) | повнокристалічна порода, за мінеральним складом – аналог габро; колір від сірого до чорного; структура рівномірнозерниста, інколи порфирова; текстура масивна | ||
| Метаморфічні | регіонально-метаморфічні | гнейс | кристалічна порода, що складається із польових шпатів, кварца і мінералів темного кольору; колір світлий; розміри окремих зерен непостійні; текстура, як правило, ясносланцювата; інколи тонкосланцювата, смугова |
| кварцит | Кристалічна порода, що складається, в основному, з кварцу; колір різноманітний, переважають світлі тони; структура гранобластична; текстура смугова, сланцювата | ||
| кристалічний сланець | Повнокристалічна порода різноманітного мінерального складу; колір різноманітний; структура кристалобластова; текстура сланцювата | ||
| філіт | Повнокристалічна порода, що складається із кварцу, серициту з домішками хлорита, біотиту і альбіту; колір зеленуватий; структура кристалобластова; текстура сланцювата; за площинами сланцюватості характерний шовковистий блиск | ||
| глинистий сланець | тонкокристалічна порода, що складається із частинок кварцу, серициту і хлориту, а також глинистих частинок; колір зеленуватий, за наявності частин вугілля – чорний; текстура тонкосланцювата; у воді не розмокає | ||
| контактово-метаморфічні | роговик | ясно кристалічна порода різноманітного складу; колір від темного до чорного; зерна мінералів мають неправильні, ізометричні обриси; структура роговикова; сланцеватість материнських порід, як правило, затушована | |
| скарн | кристалічна порода, що складається із граніту, піроксену та інших вапняково-залізистих силікатів | ||
| мармур | повнокристалічна карбонатна порода; колір залежить від складу домішок; структура гранобластова; текстура в основному масивна, рідше - шарувата | ||
| динамо-метаморфічні | мілоніт | роздроблена і перетерта порода, щільна, роговоподібна; структура катабластична (кристали роздроблені і деформовані) або мілонітова; ткстура очкова |
|
|
|
Скельні грунти осадової генези доцільно поділити на типи за їх відношенням до води – за розчинністю, виділяючи типи розчинних і нерозчинних грунтів. При цьому необхідно мати на увазі, що єдиного критерію віднесення грунтів до розчинних або нерозчинних бути не може. Він повинен встановлюватися індивідуально залежно від відносної розчинності речовини, що складає грунт, властивостей середовища. Так, наприклад, нерозчинні або слаборозчинні скельні грунти осадової генези при скиданні в них агресивних промислових вод можуть інтенсивно вилуговуватися і тим самим призвести до порушення стійкості зведених на них будівель і споруд, тоді як в деяких умовах розчинні скельні грунти можуть бути надійною їх основою.
|
|
|
Розчинність тієї або іншої речовини визначається його станом, складом і температурою розчинника, можливістю надходження нових порцій активного розчинника тощо. Все це необхідно враховувати при виділенні розчинних і нерозчинних скельних осадових грунтів.
Скельні грунти осадової генези поділяються навиди за петрографічним складу. Основні і найбільш поширені види скельних грунтів осадкової генези і їх найбільш характерні ознаки наведені у таблиці.
| Види | Характерні ознаки |
| Брекчія | міцнозцементована порода, що складається із неокатаних уламків різного складу розміром понад 2 мм |
| Конгломерат | міцнозцементований галечник |
| Піщаник | міцнозцементований пісок різного мінерального складу; цемент зазвичай кремнистий |
| Доломіт | карбонатна порода, що складалась із мінералу доломіту, з домішками кальциту; структура від пелітоморфної зливної до повнокристалічної крупнозернистої |
| Вапняк | карбонатна порода, що складається в основному із мінералу кальциту; структура від пелітоморфної до повнокристалічної крупнозернистої; добре закипає з соляною кислотою |
Поділ скельних грунтів на різновиди за міцністю (тимчасовому опору стисненню водонасичених зразків того або іншого виду грунту) наступний:
Тимчасовий опір
Скельні грунти стисненню R, Па
Маломіцні R<15×106
Середньої міцності 15×106<R<5×107
Міцні 5×107<R<12×107
Дуже міцні R>12×107
Міцність скельних грунтів є інтегральним показником міри їх вивітреності: чим меншою за інших рівних умов є міцність певного виду скельного грунту, тим більш інтенсивному впливу агентів вивітрювання він піддавався за час геологічної історії свого існування.
Група напівскельних грунтів поділяється на дві підгрупи: хімічні і біохімічні грунти та уламкові грунти. Існує можливість виділення в цій групі вулканогенних грунтів типу туфів.
Найбільш важливою ознакою виділених підгруп напівскельних грунтів є їх відношення до води, причому напівскельні грунти хімічного або біохімічного походження розчиняються або істотно втрачають свою міцність при насиченні водою – розм'якшуються. З цієї причини вони поділяються на типи розчинних і розм'якшуваних грунтів. Як і в скельних грунтах, єдиного критерію розчинності тут бути не може. До розм'якшуваних ці грунти відносять залежно від величини відношення тимчасових опорів одноосному стисненню зразків грунту у насиченому водою і повітряно-сухому станах. Якщо це відношення менше 0.75, грунти вважаються розм'якшуваними.
Уламкові напівскельні грунти, як правило, нерозчинні, проте чимало їх видів відносяться до розм'якшуваних. З цієї причини вони поділяються на типи розм'якшуваних і нерозм'якшуваних грунтів. Критерій розм’якання для них аналогычний, що і для напівскельних грунтів хімічного і біохімічного походження.
|
|
|
Основні, найбільш поширені види напівскельних грунтів, що виділяються за петрографічним складом, і їх характерні ознаки наведені у таблиці.
| Види | Характерні ознаки |
| Мергель | вапняково-глиниста порода; колір різноманітний; структура дрібна інколи щільна зерниста, в деяких випадках оолітова; характерна плиткоподібна окремість; закипає при контакті з соляною кислотою |
| Крейда | карбонатна порода, що майже повністю складається із кальциту, колір білий; маже руки; бурхливо реагує з соляною кислотою |
| Вапняк-мушельник | вапняк, що складається переважно з цілих і подрібнених мушель молюсків |
| Вапняк оолітовий | вапняк, що має оолітову структуру |
| Опока | Кремениста порода, що складається із опалу з домішками кремнієвих залишків організмів, дрібних уламків кварцу і польових шпатів, зерен глауконіту і глинистої речовини; переважає світло-сірий колір |
| Діатоміт | Кремениста порода, що складається із стулок діатомій, невеликої кількості радіолярій і спікул губок, а також глинистого матеріалу, кварцу і глауконіту |
| Трепел | Кремениста порода, аналогічна діатоміту, однак практично без органічних залишків |
| Піщаник | Слабкозцементований пісок; цемент глинистий, глинисто-вапняковий, вапняковий, залізистий |
| Алевроліт | Зцементований алеврит, переважний розмір зерен 0.1-0.01 мм |
Відповідно до класифікаційної схеми різновиди напівскельних грунтів виділяються за їх міцністю – тимчасовому одноосному стисненню водонасичених зразків. Приклад такого поділу наведений нижче:
Тимчасовий опір
Напівскельні грунти стисненню Rст, Па
Зниженої міцності 3×106 < R < 5×106
Низької міцності 106 < R < 3×106
Дуже низької міцності R < 106
Група нескельних грунтів поділяється па підгрупи крупноуламкових, піщаних, глинистих і біогенних грунтів.
Крупнообламкові і піщані грунти відрізняються за гранулометричним складом. Якщо у грунті частка фракцій розміром понад 2 мм складає більше 50%, то він відноситься до крупноуламкових, якщо менша – до піщаних.
Піщані і глинисті грунти відрізняються за пластичністю. Якщо коефіцієнт пластичності грунту менший ніж 1, то грунт відноситься до підгрупи піщаних, якщо більший – до підгрупи глинистих грунтів.
Глинисті і біогенні грунти відрізняються за кількісним вмістом рослинних залишків або органічної речовини. Якщо вміст рослинних залишків в грунті перевищує 60% маси його мінеральної частини, то грунт відноситься до підгрупи біогенних. За вмістом органічної речовини грунт відноситься до біогенних у тому випадку, якщо його кількість складає більше 70% маси мінеральної частини.
Крупноуламкові грунти поділяються на типи в залежності від розміру крупноуламкового матеріалу і його відсоткового вмісту. Нижче наведено гранулометричний склад крупноуламкових грунтів:
Типи крупноуламкових Фракції, мм, вміст
грунтів яких у грунті перевищує 50%
Валунний понад 200
Галечниковий понад 10
Гравієвий понад 2
При переважанні необкатаних частинок валунний грунт називається глибовим, галечниковий – щебенистим і гравієвий – дресвяним.
Окрім розмірів і відсоткового вмісту крупноуламкового матеріалу, при інженерно-геологічній оцінці валунних і галечникових грунтів необхідно враховувати взаємне розміщення у грунті крупноуламкового матеріалу і заповнювача, тобто текстуру грунту.
Види крупноуламкових грунтів виділяються за складом заповнювача (наприклад, грунт валуна з піщаним заповнювачем або галечниковий грунт з глинистим заповнювачем), а різновиди – за станом заповнювача; при піщаному заповнювачі – за мірою водонасичення, при глинистому – за консистенцією відповідно до часткових класифікацій піщаних і глинистих грунтів.
Піщані грунти поділяються на типи за гранулометричним складом (табл.).
Типи піщаних Фракції, мм, і їх вміст
грунтів у грунті, %
Гравелистий 2/25
Крупний 0.5/50
Середньої крупності 0.25/50
Дрібний 0.1/75 і більше
Пилуватий 0.1/ менше 75
| Піщані грунти | Коефіцієнт пористості | |
| тип | вид | |
| гравелисті, крупні і середньої крупності | щільні середньої щільності рихлі | e<0.55 0.55£e£0.7 e>0.7 |
| дрібні | щільні середньої щільності рихлі | e<0.6 0.6£e£0.75 e>0.75 |
| пилуваті | щільні середньої щільності рихлі | e<0.6 0.6£e£0.8 e>0.8 |
Поділ піщаних грунтів на види проводиться за щільністю їх складання (за коефіцієнтом пористості).
Глинисті грунти поділяються на типи за певною характерною для них властивістю (здатність до просідання, набухання) або специфічному складу (вміст водорозчинних солей, рослинних залишків або органічної речовини).
До просадочних відносяться глинисті грунти, які при замочуванні дають додаткове просідання під дією зовнішнього навантаження або від власної маси грунту, якщо при цьому величина їх відносної просадовості становить 
.
До набухаючих відносяться глинисті грунти, які при замочуванні водою або агресивними рідинами збільшуються в об'ємі і якщо при цьому величина відносного набухання в умовах вільного набухання (без навантаження) становить 
.
У самостійний тип глинисті грунти із вмістом рослинних залишків виділяються у тому випадку, якщо кількість останніх перевищує 5% від маси мінеральної частини грунту.
Засолені глинисті грунти виділяються у самостійний тип при вмісті водорозчинних солей більше 5% від маси сухого грунту.
Окрім перерахованих типів виділяються звичайні глинисті грунти, що не мають певних специфічних властивостей.
Глинисті грунти усіх типів поділяються на види в залежності від характерного для них коефіцієнта пластичності.
Види глинистих грунтів Коефіцієнт пластичності Ір
Супісок 1< Ір <7
Суглинок. 7< Ір <17
Глина Ір >17
Подальший поділ глинистих грунтів (окрім просадочних) на різновиди проводиться за їх консистенцією 
(табл.)
| Глинисті грунти | Значення консистенції Іс | |
| вид | різновид | |
| Супіски | тверді пластичні текучі | Іс <0 0< Іс <1 Іс >1 |
| Суглинки і глини | тверді напівтверді тугопластичні м’якопластичні текучепластичні текучі | Іс <0 0< Іс <0.25 0.25< Іс <0.5 0.5< Іс <0.75 0.75< Іс <1 Іс >1 |
Серед біогенних грунтів у самостійні типи виділяються торфи (продукти розкладання торфоутворюючих рослин) і сапропелі (продукти розкладання водоростей, нижчих тварин, спор і пилку).
Поділ торфів на види здійснюється за мірою розкладання рослинних залишків (табл.).
Вмістгумусової
Вид торфу речовини у масі зразка, %
Нерозкладені менше 20
Малорозкладені 20-40
Середньорозкладені 40-60
Добрерозкладені 60-80
Сильнорозкладені понад 80
Існуючі класифікації зазвичай включають весь перехідний ряд від глинистих грунтів з різним вмістом рослинних залишків або органічної речовини до власне біогенних грунтів. За цими класифікаціями торфи і сапропелі відносяться до малозольних грунтів. Все викладене показує, що єдиної класифікації біогенних грунтів, що задовольняє вимогам інженерно-геологічних вишукувань і проектування практично немає.
Група штучних грунтів залежно від способу утворення поділяється на підгрупи намивних, насипних і культурний шар. Подальший поділ кожної підгрупи доцільно здійснювати залежно від складу грунтів. До намивних належать піщані грунти, тому їх види і різновиди повинні виділятися за критеріями, що прийняті для піщаних грунтів. Аналогічний підхід необхідно витримувати при класифікації насипних грунтів і грунтів культурного шару. Якщо насипний грунт або культурний шар є звалищем різного сміття, господарчо-побутових відходів тощо, то його класифікацію необхідно здійснювати індивідуально за найхарактернішими для нього ознаками.
Використовувані у практиці інженерно-геологічних вишукувань додаткові поділи різних грунтів за складом, станом або іншими характерними ознаками наведені в таблиці.
2. ПОКАЗНИКИ СКЛАДУ, СТАНИ
І ФИЗИКО-МЕХАНІЧНИХ ВЛАСТИВОСТЕЙ ГРУНТІВ
В. А. Пріклонським було запропоноване всі показники складу, стану і физико-механических властивостей грунтів, використовувані в практиці інженерно-геологічних досліджень, проектування і будівництва, подразде-
лять на групи класифікаційних, непрямих і прямих показників.
Відповідно до уявлень В. А. Пріклонсько-го під класифікаційними показниками слід розуміти показники, вживані для виділення, порівняння один з одним і подальшої класифікації грунтів по об'єктивно існуючих ознаках. Непрямі показники — це показники, використовувані для попередньої оцінки властивостей грунтів на основі існуючих корелятивних залежностей з прямими показниками. Прямі показники — це показники, що дають безпосередній кількісний вираз властивостям грунтів, важливим в будівельному відношенні.
У подальшому, проте, йод непрямими показниками почали розуміти показники, вживані для попередніх проектних розрахунків або для обчислення по відповідних формулах яких-небудь показників, а під прямими показниками — показники, використовувані для остаточних проектних розрахунків. З'явилися навіть терміни «непрямі розрахункові» і «прямі розрахункові» показники.
Відомо, що застосування показників багатообразне. Один і той же показник може бути використаний для вирішення різних завдань. Так, наприклад, гранулометричний склад піщаних грунтів є класифікаційним показником. Він же входить у формули розрахунку коефіцієнта фільтрації. По гранулометричному складу побічно можна судити про величину кута природного укосу пісків і стисливості, висоту капілярного підняття і інші важливі в практичному відношенні властивості. Гранулометричний склад пісків використовується для розрахунку отворів фільтрів, підбору оптимальних сумішей і так далі Таке ж багатообразне застосування і Інших показників, зокрема об'ємної маси грунту, тимчасового опору одноосному стисненню. Все це говорить про те, що однозначно класифікувати показники по їх призначенню у відриві від конкретного завдання не можна.
Визначення більшості показників складу, стану і физико-механических властивостей грунтів може бути проведено декількома методами і способами, що мають, як правило, різну точність. Ця обставина також накладає певні обмеження на можливості використання показників і їх
класифікації за призначенням. Той же гранулометричний склад пісків при виробництві інженерно-геологічної рекогносцировки зазвичай визначається візуально і застосовується для класифікації грунтів і непрямої оцінки їх властивостей. Візуальний метод визначення з вибірковим контролем ситовим методом в лабораторії (або в полі) здійснюється при виробництві інженерно-геологічної зйомки дрібного і середнього масштабів. Результати цих визначень використовуються для класифікації грунтів і окремих попередніх розрахунків. При виробництві великомасштабної інженерно-геологічної зйомки, інженерно-геологічної розвідки і розвідки родовищ будівельних матеріалів точність візуального методу вже не може задовольнити проектувальників. У цих випадках визначення гранулометричного складу пісків повинне здійснюватися тільки по методиці, встановленій відповідним державним стандартом, оскільки результати цих визначень використовуються безпосередньо в проектних розрахунках. Таким чином, метод визначення показника також може обмежувати його застосування або призначення, а тим самим і класифікацію показників за цією ознакою.
Враховуючи викладене вище, в табл. 58 приведені найменування основних показників складу, стану і физико-механических властивостей грунтів, найчастіше використовувані в практиці інженерно-геологічних досліджень, методи їх визначення і застосування без якого-небудь підрозділу показників на групи. Методи визначення показників і їх призначення у кожному окремому випадку повинні встановлюватися програмою робіт залежно від необхідності рішення тієї або іншої конкретної задачі. В цьому випадку використання понять про класифікаційні, непрямі і прямі показники в розумінні В. А. Пріклонського може бути корисним.
Як випливає з табл. 58, деякі показники стану і властивостей грунтів не можуть бути визначені безпосередньо лабораторними або польовими методами, але вони зв'язані функціональною залежністю з іншими безпосередньо визначуваними показниками. Основні формули для їх обчислення приведені в табл. 59.
З табл. 58 витікає також, що не всі використовувані
на практиці методи і способи визначення показників складу, стану і физико-механических властивостей грунтів знайшли віддзеркалення в системі державних стандартів серії, що діяли, «Грунти». Тому, якщо якийсь метод визначення показників не встановлений Гостом, то його застосування грунтується на всесторонньому аналізі і техніко-економічному зіставленні з іншими методами в додатку до рішення конкретного завдання досліджень або проектування. Зазвичай вибирається той метод або спосіб, який дозволяє провести визначення показників з необхідною для вирішення завдання точністю і надійністю при мінімальних витратах часу і засобів. Підвищення точності і надійності визначення, як правило, пов'язане із зростанням тривалості його виконання або збільшенням його вартості. Тому на перших етапах досліджень перевага повинна віддаватися найбільш простим і дешевим методам, але менш точним і надійним. На заклю-, чительных етапах досліджень показники складу, стану і физико-механических властивостей грунтів винні, як правило, визначатися з підвищеною точністю і надійністю, дорожчими і трудомісткими методами. У першому випадку зазвичай проводяться масові визначення, в другому — тільки вибіркові.
|
|
|
