 |
Виды Инженерно-Геологических изысканий
|
|
|
|
Общие понятия о дистанционных методах
Дистанционными методами исследования природной среды называются методы, позволяющие получать полезную информацию об исследуемом природном объекте без прямого контакта с ним.
Дистанционные методы для получения геологической и инженерно-геологической информации могут использовать изучение и анализ:
различных физических полей, создаваемых объектами;
особенностей их проводимости различного вида волн и электропроводности;
собственного и отраженного излучения в различных частях спектра;
особенностей электромагнитной индукции, т.е. изучение тех признаков объектов, которые могут фиксироваться различными приемниками на том или ином расстоянии.
Наземные инженерно-геологические изыскания
позволяют не только составить геологическое строение участка, но и определить физико-механические свойства грунта. Все наземные способы можно разделить на 2 вида
-буровые
-горно-проходческие
При этом все они делятся на открытые и закрытые
-открытые выработки позволяют спуститься в них человеку и проанализировать геологическое строение и отобрать монолиты грунта. Она дают более точную информацию, но трудоемки и дороги.
-Закрытые горные выработки позволяют более производительно пройти толщу, но имеют погрешность и как правило не позволяют отобрать монолит грунта
Буровые и горно-проходческие разведочные работы являются суще-сгвенной частью инженерно-геологических и гидрогеологических полевых исследований. С помощью буровых скважин и горных выработок выясняют геологическое строение и гидрогеологические условия строительной площадки на необходимую глубину, отбирают пробы фунтов и подземных вод, проводят опытные, работы и стационарные наблюдения.
|
|
|
К главнейшим разведочным выработкам относят расчистки, канавы, штольни, шурфы и буровые скважины. При инженерно-геологических работах наиболее часто используют шурфы и буровые скважины. Расчистки, канавы и штольни относят к горизонтальным выработкам. Их целесообразно применять на участках, сложенных крутопадающими слоями. При слабонаклонном и горизонтальном залегании слоев следует проходить шурфы и буровые скважины.
Расчистки—выработки, применяемые для снятия слоя рыхлого делювия или элювия с наклонных поверхностей естественных обнажений горных пород.
Канавы (траншеи) —узкие (до 0,8 м) и неглубокие (до 2 м) выработки, выполняемые вручную или с помощью техники с целью обнажения коренных пород, лежащих под наносами.
Штольни—подземные горизонтальные выработки, закладываемые на склонах рельефа и вскрывающие толщи горных пород в глубине массива. Стены штольни, как правило, крепятся, если их проходят в нескальных породах.
Шурфы-колодцеобразные вертикальные выработки прямоугольного или квадратного сечения. Шурф круглого сечения называют дудкой. Проходку дудок легче механизировать, но по прямоугольным шурфам можно проще и точнее определить положение слоев в пространстве. Шурфы помогают детально изучать геологическое строение участка, производить отбор любых по размеру образцов с сохранением их структуры и природной влажности. Недостатком является высокая стоимость и трудоемкость работ по отрывке шурфов, особенно в водонасыщенных породах. Следует отметить, что за последнее время появились специальные шурфокопательные машины, позволяющие проходить шурфы круглого сечения. Размер шурфов в плане зависит от их предполагаемой глубины.
По мере проходки шурфа непрерывно ведут геологическую документацию - записывают данные о вскрываемых породах, условиях их залегания, появлении грунтовых вод; производят отбор образцов. По всем четырем стенкам и дну делают зарисовку и составляют развертку шурфа. Это позволяет более точно определить толщину слоев и элементы их залегания в пространстве.
|
|
|
По окончанию разведочных работ шурфы засыпают, грунт утрамбовывают, а поверхность земли выравнивают.
Буровые скважины представляют собой круглые вертикальные или наклонные выработки малого диаметра, выполняемые специальным буровым инструментом. В буровых скважинах различают устье, стенки и забой.
Бурение является одним из главнейших видов разведочных работ, применяется в основном для исследования горизонтальных или пологопадающих пластов. С помощью бурения выясняют состав, свойства, состояние грунтов, условия их залегания. Вся эта работа основывается на исследовании образцов пород, которые непрерывно извлекаются из скважины по мере ее углубления в процессе бурения. В зависимости от способа бурения и состава пород образцы могут быть ненарушенной или нарушенной структуры. Образцы ненарушенной структуры получили название керна.
К преимуществам бурения относят: скорость выполнения скважин, возможность достижения больших глубин, высокую механизацию производства работ, мобильность буровых установок. Бурение имеет свои недостатки: малый диаметр скважин не позволяет производить осмотр стенок, размер образцов ограничивается диаметром скважины, по одной скважине нельзя определить элементы залегания слоев.
Диаметр скважин, используемых в практике инженерно-геологических исследований, обычно находится в пределах 100—-150 мм. При отборе образцов на лабораторные испытания скважины следует бурить диаметром не менее 100 мм. Глубина скважин определяется задачами строительства и может составлять десятки метров. При гидротехническом строительстве достигает сотен метров, при поисках нефти и газа несколько километров.
При инженерно-геологических исследованиях применяют такие виды бурения, которые позволяют получать образцы пород.
Проходка скважин в слабых и водонасыщенных породах бывает затруднена вследствие обваливания и оплывания стенок. Для их крепления применяют стальные обсадные трубы, которые опускают в скважины и продолжают бурение.
|
|
|
По мере проходки буровой скважины оформляется геологическая документация в виде геолого-литологической колонки, на которой видно, как залегают слои, их толщина, литологический тип, глубина залегания уровня грунтовых вод, места отбора образцов пород в виде керна, возраст пород в индексах. После завершения бурения скважина засыпается.
Методы бурения
Колонковое бурение - наиболее широко распространенный способ проходки скважин. Основным преимуществом такого вида бурения являются универсальность (возможность проходки скважин почти во всех разновидностях горных пород), возможность получения керна с незначительными нарушениями природного сложения грунта, сравнительно большие глубины бурения, хорошая освоенность технологии. Существенные недостатки - малый диаметр скважин.
Медленновращательное бурение. Сущность его состоит в том, что скважина углубляется инструментом режущего типа путем срезания с забоя сплошной стружки. Способ бурения отличается простотой технологии.
Шнековое бурение. Особенность способа состоит в том, что процессы углубления скважины и продуктов разрушения совмещены. Преимущества: высокая механическая скорость, сравнительно большой диаметр скважин, не нужна вода для промывки.
Винтовое бурение. Применяется редко. Сущность состоит том, что винтовой породоразрушающий инструмент завинчивается в грунт, а затем извлекается на поверхность. При этом размещенный на лопастях инструмента грунт срезается по боковым поверхностям. Способ может использоваться только в рыхлых и мягких грунтах.
Роторное бурение. Применяется только для бурения гидрогеологических скважин на воду, позволяет бурить скважины любого диаметра на любую глубину.
Ударно-канатное бурение. Отличается простотой технологии, высокой производительностью (до 15м/смену и более). Недостатки метода: невозможность проходки скважин в скальных грунтах, малая длина рейса, невозможность отбора качественных монолитов.
|
|
|
Вибрационный метод бурения. Наиболее производительный метод (до 50-70 м/смену). Вибрационное бурение обеспечивает проведение качественной геологической документации исследуемого разреза.
Отбор образцов пород и проб воды.
Отбор образцов производят из обнажений, буровых скважин, шурфов и других выработок. Пробы отбирают каждые 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 - образцов с сохранением их структуры. Особенно это важно при отборе образцов из слоев связных дисперсных пород (глины, суглинки» в которых кроме структуры необходимо сохранить природную вла* ность. В шурфах и обнажениях отбирают монолиты в форме, близкой к кубу, с размерами от 10 * Ю х 10 см до 30 х 30 х 30 см. Из буровых скважин с помощью грунтоносов отбирают цилиндрические монолиты высотой 20—30 м. Монолиты немедленно парафинируют для сохранения их естественной влажности, т. е. обматывают слоем марли пропитанной парафиногудронной смесью, подогретой до 60—65 "с. Монолиты предохраняют от сотрясения и промерзания и хранят не более 1,5 месяцев.
Помимо монолитов, отбирают образцы нарушенной структуры и образцы рыхлых пород. Вес каждой такой пробы составляет до 0,5 кг. Пробы подземной воды берут из каждого водоносного горизонта в количестве от 0,5 до 2 л. Количество отбираемой пробы зависит от вида химического анализа (полный или сокращенный) и степени минерализации воды. Вода набирается в емкость и тщательно закупоривается.
Геофизические методы исследования обычно сопутствуют разведочным работам и в ряде случаев позволяют значительно сократить объем шурфования и бурения. В большинстве случаев они применяются параллельно с другими исследованиями. С их помощью можно изучать физические и химические свойства пород и подземных вод, условия залегания, -движение подземных вод, физико-геологические и инженерно-геологические явления и процессы.
В практике инженерно-геофизических изысканий основное место занимают электрометрия и сейсмометрия.
Сейсмические методы основаны на различии в скоростях распространения упругих колебаний, возникающих как от естественных причин, так и от специально проводимых взрывов. В последнее время в инженерно-геологических работах используют од-ноканальные микросейсмические установки. С их помощью можно установить глубину залегания скальных пород под наносами, выявить» дно речных долин, карстовые полости, уровень грунтовых вод, мощность талых пород в вечной мерзлоте и т. д.
|
|
|
В сложных сейсмических условиях этот метод недостаточно точен.
Электроразведка основана на исследовании искусственно создаваемого в массивах пород электрического поля. Каждая порода, в том числе сухие и насыщенные водой, характеризуются своим удельным электрическим сопротивлением. Чем больше разнятся эти удельные сопротивления между собой, тем точнее результаты электроразведки для данной строительной площадки.
Наибольшее применение при инженерно-геологических исследованиях нашли электропрофилирование и вертикальное электрозондирование (ВЭЗ)
При элеткропрофилировании на исследуемом участке забивают в грунт серию створов и на каждом из них измеряют сопротивление пород путем перемещения прибора с фиксированным положением электродов. Это дает сведения об изменении на участке удельного сопротивления, что может быть связано с наличием пустот карстового происхождения.
Вертикальное электрическое зондирование позволяет определить глубину залегания коренных пород и уровень подземных вод, дна речных долин, выделять слои различного литологического состава, в том числе водопроницаемые и водоупорные пласты и Т.Д. Сущность этого метода заключается в том, что по мере увеличения расстояния между питающими электродами линии токов перемещаются в глубину. Глубина электрического зондирования зависит от расстояния между точками.
|
|
|
