Виды и методика инженерно-геологических исследований

Получение инженерно-геологической информации осуществляется с помощью следующих методов исследований: буровых и горнопроходческих работ; лабораторных исследований проб грунтов и воды; опытных, полевых инженерно-геологических испытаний геофизических исследований; инженерно-геологического опробования; стационарных режимных инженерно-геологических наблюдении.

Буровые работы преследуют цель вскрытия геологического разреза, опробования или постановки опытных работ, ведения режимных наблюдений.

Горнопроходческие работы предназначены для детального описания и изучения геологического разреза, более качественного опробования и постановки ответственных полевых опытных исследований.

Лабораторные исследования выполняются как в полевых, так и в стационарных инженерно-геологических лабораториях и заключаются в определении количественных и качественных характеристик свойств грунтов, позволяющих произвести оценку их состава, состояния и свойств.

Стационарные режимные инженерно-геологические наблюдения ставят своей задачей установить характер изменения во времени, в основном, экзогенных процессов. К таким исследованиям относятся способы измерения перемещения горных пород на склонах при оползнях, обвалах, селях, определение скорости переработки берегов в результате волновой деятельности; наблюдение за скоростью карстообразования, соленакопления и др.

Полевые опытные инженерно-геологические испытания выполняют для решения производственных и научных вопросов, возникающих на завершающих стадиях инженерно-геологических изысканий. Выполняемые в общем комплексе инженерно-геологических исследований полевые методы позволяют определить значения показателей прочности и деформируемости в условиях естественного залегания. Показатели прочности и деформируемости грунта используются для расчета деформаций оснований под действием внешних нагрузок (осадки, просадки, горизонтальные перемещения) и деформаций, не связанных с внешними нагрузками (оседания, просадки от собственной массы и подъем при замачивании), а также устойчивости оснований и недопущения сдвига фундамента по подошве и его опрокидывания.

К основным видам полевых опытных определений деформируемости и прочности: грунтов относятся: испытания грунтов пробной нагрузкой в шурфах и скважинах-штампы, испытания прессиометрами в скважинах, статическое и динамическое зондирование, сдвиговые испытания в шурфах и вращательный лопастной сдвиг в скважинах. [11]

Нагружение штампов осуществляется гидравлическими или механическими домкратами, системой натяжных блоков или специально приготовленными грузами, размещаемыми на. платформе (рис.). В буровых скважинах применяют штампы площадью 600 см²,а в шурфах

преимущественно 5000 см².

Рис.4. Схема установки для испытания грунтов пробной нагрузкой:

1 - штамп; 2 - гидравлический домкрат; 3 - опорная балка: 4 -анкерные винтовые сваи

Испытания грунтов прессиометрами в скважинах применяют для определения модуля деформации песчаных и глинистых грунтов в скважинах на глубине до 20 м от поверхности. Сущность метода заключается в обжатии грунта в скважине с измерением давления обжатия и соответствующих этому явлению деформаций. Действие прессиометра основано на радиальном расширении эластичного баллона, помещенного в скважину и оказывающего давление на ее стенки с помощью жидкости или газа, подаваемых извне. Замеряя величину радиального перемещения породы в стенках скважины и величину давления, по ГОСТ 20276-85 определяют модуль деформации грунта.

Статическое зондирование грунтов - один из основных методов исследований основания сооружений при проектировании свайных фундаментов. Сущность метода заключается в том, что в грунт погружается конический наконечник под действием вертикального давления. Статическое зондирование позволяет: а) расчленить разрез и выделить прослой мощность до 1-3 см; б) определить глубину за легания кровли скальных и полускальных пород; в) дать количественную оценку плотности и деформируемости грунтов; г) оценить качество уплотнения насыпных и намывных грунтов и др.

Динамическое зондирование применяется при изучении песчаных и глинистых грунтов с содержанием обломочного материала до 40 %. В сочетании с другими методами'(проходка шурфов и скважин) метод динамического зондирования дает возможность определить а) мощность толщи кровли отложений и их однородность; б) степень уплотнения насыпных и намывных грунтов; в) корреляционные взаимосвязи удельного динамического сопротивления грунтов с показателями плотности их сложения, прочности и деформируемости по ГОСТ 19912-81.

Рис. 5. Схема полевой установки для испытания грунтов на сдвиг:

1 - упорная балка; 2,9 - динамометр; 3,8 - домкрат; 4 - жесткая плита; 5 -роликовая опора; 6 - штамп; 7 - упорная стенка; 10 - подвижная стенка; 11 -обойма с грунтом; 12 - катки; 13 - направляющие.

Рис. 6. Схема установки для проведения испытаний грунта на сдвиг обрушением: 1 – поверхность обрушения; 2 – целик грунта; 3 – штамп; 4 – домкрат; 5 – динамометр; 6 – упорная балка; 7 – нагрузка.

Рис. 7. Схема установки в разрезе (а) и в плане (б) для определения испытания грунта на сдвиг выпиранием: 1-2 упорные стенки (1-неподвижная, 2-подвижная); 3 – домкрат; 4 – динамометр; 5 – поверхность скольжения; 6 – выпираемый массив грунта; 6 – ширина клина; h – высота клина.

При динамическом зондировании производится забивка в грунт зонда -колонны штанг с коническим наконечником, имеющим угол при вершине 60° и диаметр основания 74 мм, - молотом массой 30-60—120 кг, падающим с высоты соответственно 40, 80 и 100 см. В процессе зондирования фиксируется глубина погружения фонда от определенного числа ударов (залога). Можно фиксировать число ударов на глубину погружения (обычно 10 см).

Сдвиговые испытания грунтов выполняют для получения данных о прочности путем сдвига (рис5), обрушения (рис.6) и выпирания (рис.7) целиков в шурфах или специальных траншеях и методом вращательного среза (метод крыльчатки) в скважинах (рис.8). Для вычисления внутреннего трения и удельного сцепления выполняют не менее трех сдвигов целиков и по два опыта при обрушении и выпирании [4].

В буровых скважинах сопротивление сдвигу грунтов, показатель структурной прочности и другие параметры определяют при помощи лопастных зондов (крыльчатки).

Рис.8. Схема установки вращательного среза:

1 -крыльчатка; 2 - штанга с муфтами; 3 - центрирующее устройство; 6 –штурвал

Сущность метода вращательного среза (ГОСТ 21719—80) состоит в измерении крутящих моментов при вращении в грунте крестообразного наконечника — крыльчатки (рис.8).