Основы инженерных изысканий для строительства

Работа из раздела: «Строительство и архитектура»

/

/

Основы инженерных изысканий для строительства

Введение

Настоящее учебное пособие предназначено для студентов высших учебных заведений и ориентировано на программу курса «Инженерные изыскания» для строительных вузов.

Инженеры-строители, как правило, самостоятельно не выполняют инженерных изысканий - для этого существуют специализированные организации. Однако, при проектирование и осуществлении строительства они используют полученные при изысканиях данные, а на некоторых стадиях принимают непосредственное участие в выполнении изыскательских работ.

В пособии кратко освещены задачи и методы проведения инженерно-геодезических, инженерно-геологических, инженерно-метеорологических, экологических, градостроительных, историко-архитектурных и экономических изысканий. Практические занятия включают изучение состава и объема выполняемых работ на примере инженерно-геологических изысканий, методику получения характеристик грунтов, обработку полученных результатов и их представление.

На практических занятиях студенты знакомятся с составом отчетов по выполненным изыскательским работам, изучают оборудование и приборы, необходимые для проведения испытаний, их работу и измеряемые в процессе выполнения испытаний параметры.

При изучении показателей механических свойств грунтов, как правило, рассматриваются два способа их получения: в лаборатории и полевых условиях. В приложении 1 приведена методика статической обработки данных испытания.

Итогом каждого практического занятия являются получение студентом показателей свойств грунтов по заданным результатам испытаний.

1. Инженерные изыскания - составная часть строительного производства

1.1 Виды изысканий

инженерный изыскание геодезический сооружение

В зависимости от объектов изучения и по своей направленности изыскания подразделяются на технические, экономические, экологические, градостроительные, историко-архитектурные, культурологические и др. К основным техническим изысканиям следует отнести инженерно-геодезические, инженерно-геологические и инженерно-гидрометеорологические.

Объектами изучения инженерно-геодезических изысканий являются рельеф и ситуация в пределах участка строительства, на выбираемой строительной площадке или трассе.

В процессе проведения инженерно-геологических изысканий изучению подлежат грунты как основание или среда зданий и сооружений, заключенные в них подземные воды, физико-геологические процессы и формы их проявления, а в отдельных случаях грунты как строительный материал.

При выполнении инженерно-гидрометеорологических изысканий изучают поверхностные воды и климат.

Перечисленные виды инженерных изысканий отнесены к основным потому, что их проведение необходимо для выбора проектных решений и обоснования разработки проектов практически всех зданий и сооружений независимо от назначения, вида и конструкции. Однако соотношение основных видов изысканий полностью определяется видом строительства. Так, для обоснования проектов линий электропередачи превалирующее значение имеют инженерно-геодезические изыскания, проектов гидроэлектростанций - инженерно-геологические, проектов портовых сооружений - инженерно-гидрометеорологические.

При изучении природных условий для обоснования проектов некоторых сооружений в качестве самостоятельных проводятся другие виды изысканий. Так, для обоснования проектов мелиоративных систем необходимы гидрогеологические, почвенные и геоботанические изыскания, для обоснования проектов озеленения - почвенные и геоботанические, для обоснования проектов лесоустроительных работ - лесотехнические и т.д. К самостоятельному виду изысканий относятся изыскания источников водоснабжения.

Содержание экономических изысканий зависит от вида инженерного сооружения и может включать экономическую целесообразность размещения сооружения в данном месте, рациональное прохождение трассы на местности и др.

Экологические изыскания включают получение необходимых данных для полного учета воздействия сооружения на окружающую природную среду.

Градостроительные, историко-архитектурные, культурологические изыскания выполняют при строительстве городов, восстановлении или реконструкции памятников архитектуры, парков, заповедников и др.

Проведение изысканий следует проводить комплексно. Это обеспечивает всестороннее изучение природных условий строительства, выявляет существующие в природе закономерности, вскрывает связи между отдельными компонентами природных условий, что в итоге позволяет разрабатывать как технически обоснованные, экономически целесообразные проекты зданий и сооружений, так и обоснованные прогнозы их взаимодействия с окружающей природной средой.

1.2 Задачи инженерных изысканий

Под инженерными изысканиями для строительства следует понимать комплексный производственный процесс, обеспечивающий строительное проектирование исходными данными о природных условиях района (участка) предполагаемого строительства. Это определение полностью отвечает основной задаче инженерных изысканий, которая в главе СНиП 2.03.11-87 «Инженерные изыскания для строительства. Основные положения» формулируется как комплексное изучение природных условий района (участка) строительства и получение необходимых материалов для разработки экономически целесообразных и технически обоснованных решений при проектировании и строительстве объектов, а также данных для составления прогноза изменений окружающей природной среды под воздействием строительства и эксплуатации предприятий, зданий и сооружений. Из определения и основной задачи инженерных изысканий следует, что к ним необходимо относить только те виды работ, которые проводятся для изучения природных условий строительства. Это позволяет исключить выполнения изыскателями несвойственных им видов работ, как проведения согласований по отводу земель для строительства, оценке угодий и сносимых сооружений и т.п., что способствует более целеустремленному и качественному осуществлению изыскательских и проектных работ подготовительного характера, поскольку каждый специалист выполняет работы только своего профиля.

Инженерные изыскания должны проводиться комплексно. Это в первую очередь определяется многообразием природных факторов, непосредственно влияющих на выбор проектных решений и условия строительства и эксплуатации зданий и сооружений, их взаимной связью. Например, возникновение и развитие подавляющего большинства физико-геологических процессов обусловлено, как правило, не только определенными геологическими условиями, но и характером рельефа, гидрологическими и климатическими факторами.

Из определения и основной задачи инженерных изысканий следует, что они являются неотъемлемой составной частью строительного производства. Их органичное единство со строительным проектированием и строительно-монтажными работами может быть подтверждено многочисленными примерами из практики. Ни один проект в настоящее время не может быть грамотно разработан и осуществлен без материалов инженерных изысканий. Там же, где это органичное единство было нарушено из-за низкого качества изысканий или из-за того, что материалы изысканий и выданные изыскателями рекомендации не были учтены при разработке проектов зданий и сооружений, а также при производстве строительных работ, всегда отмечалось повышение стоимости строительства по сравнению со сметной стоимостью или увеличение продолжительности строительства по сравнению с нормативной продолжительностью. Именно это обстоятельство свидетельствует о необходимости рассматривать инженерные изыскания в качестве составной части строительного производства.

Таким образом, строительство как отрасль народного хозяйства может быть подразделено на следующие три составные части или самостоятельных вида производственной деятельности: инженерные изыскания, строительное проектирование и строительно-монтажные работы. Специализация производства вызывает необходимость их организационного обособления. Этот процесс с каждым годом развивается все глубже и шире. Однако органичное единство, взаимосвязи и взаимообусловленность трех составных частей строительного производства должны оставаться незыблемыми. Для этого следует найти и установить соответствующие формы взаимоотношений между специализированными изыскательскими, проектными и строительными организациями. Такая тенденция уже просматривается, особенно в области реконструкции.

1.3 Аварии сооружений из-за ошибок при инженерных изысканиях

Разрушение плотины Сан-Френсис (Калифорния, США).

Плотина бетонная, гравитационная, строилась с 1924 г. по 1926 год. Длина плотины по гребню составляет - 186 м. Высота - 62 м. 0 чертание - криволинейное, средняя часть очерчена радиусом - 130 м. Ширина основания - 51 м. Емкость водохранилища - 46 млн. м³. В ночь на 13 марта 1928 года плотина рухнула /разломалась/ и вода потоком высотой 30 метров, хлынула вниз по долине, сметая все на своем пути, причиняя огромный ущерб и унося много жертв. Бетонные блоки объемом до 2500 м³ были отнесены в низ по течению на 800 м.

Основание плотины было сложено неоднородными грунтами: на левом берегу и в центре - сланцы, на правом берегу - красный конгломерат. Перед постройкой плотины инженерно-геологические изыскания в требуемом объеме не были выполнены. Так, не были изучены прочностные свойства грунтов основания, возможное изменение этих свойств при увлажнении.

В чем причина катастрофы? По единодушному мнению ряда комиссий катастрофа произошла в результате изменения физико-механических свойств грунтов под влиянием воды. Эти свойства, как уже отмечалось, предварительно не были изучены.

Составными частями конгломерата являются глина и гипс. Гипс растворился, глина размягчилась, в результате прочность грунта, как показали опыты, упала в 2-3 раза.

Прочность сланцев колебалась от 250 до 770 кг/см² и не уменьшилась под воздействием воды. Но слоистая структура способствовала скольжению верхних слоев основания вниз по течения под влиянием давления воды.

Таким образом, в результате выщелачивания гипса увеличилась фильтрация под плотиной, что привело к образованию крупной промоины. Нижняя часть плотины обрушилась в промоину и увлекла, за собой верхнюю часть.

В образовавшийся обрыв хлынула, вода, вслед за чем была смыта та часть плотины, которая стояла на сланцах.

По аналогичным причинам произошла катастрофа плотины Аустин (Техас США) в 1900 г., плотины Селла Зереино /Италия/ в 1955 г. и ряд других плотин, когда прочность и водопроницаемость оснований не были достаточно изучены при проведении изысканий.

Авария шестисекционного 96-квартирного кирпичного жилого дома (г. Тула, Россия).

Типовой пятиэтажный дом с продольными несущими стенами, подвалом и магазином в первом этаже, возведенный на 90% до плит совмещенной кровли, обрушился в одной из секций на высоту всех пяти этажей (рис. 2, а). Обследование аварийного здания и изучение проектной документации показало следующее.

Сборные железобетонные прерывистые фундаменты, заложенные относительно пола подвала на 20 см, просели в середине здания по наружной оси В до 54 см и сместились внутрь подвала до 70 см. Бетонная подготовка пола подвала отсутствовала. По длине здания смещения и осадки фундаментов были неравными. Указанные деформации привели к образованию в подвале валов выпирания грунта шириной 1,2…1,5 м и высотой 0,6…1,0 м. По средней оси Б максимальные осадки фундаментов составили 54 см со смещением в сторону оси А до 20 см (рис. 2, б, в, г). Валы выпирания располагались здесь по обе стороны стены подвала. По оси А осадок и смещений фундаментов отмечено не было.

Все размеры приведены в метрах

Рис. 1.1. Аварийные деформации жилого дома в г. Туле

а - развитие деформаций в фасадной стене; б - смещение несущих стен в плане; в-поперечный разрез здания; г - смещение фундаментов. 1 - обрушившаяся часть; 2 - отклонение стены;

3 - выпор грунта; 4 - деформация пола подвала.

Вследствие неравномерной деформации фундаментов под продольными стенами жесткая коробка здания повернулась в поперечном направлении вокруг линии, проходящей по оси фундаментов В. При этом отклонение верхней части стены здания от линии цоколя составило 55…60 см. В наружных стенах здания отмечались большие трещины. Основной причиной аварийных деформаций дома явилась неправильная оценка изыскателями свойств грунтов основания. Воспользовавшись значениями прочностных характеристик грунта, приведенными в СНиПе на проектирование оснований, изыскатели не учли, что эти таблицы распространяются только на четвертичные отложения. В основании же аварийного дома находились глинистые грунты нижнекаменноугольных отложений, обладающие резко выраженной способностью к снижению прочностных и увеличению деформационных свойств при обнажении и увлажнении.

К ошибкам изыскателей и проектировщиков добавились ошибки во время строительства. Плохая планировка грунта вокруг здания и наличие уклона поверхности к нему привели к прониканию в подвал дождевой воды через недостаточно уплотненную обратную засыпку и к переувлажнению основания. Стена подвала при отсутствии бетонной подготовки пола стала работать по схеме подпорной стенки с небольшим заглублением передней грани и повышенным горизонтальным давлением увлажненного грунта обратной засыпки на ее заднюю грань. Проектировщики не учли возможности изменения расчетной схемы работы подвала во время строительства, как этого требуют нормы. В связи со значительными повреждениями конструкций здание пришлось разобрать.

Наряду с неправильной оценкой свойств грунтов при изысканиях нередки случаи, когда оказываются невыявленными сильносжимаемые слои глинистых грунтов и особенно погребенных торфов или заторфованных грунтов. Оказавшись в основании зданий и сооружений, даже за пределами границы сжимаемой толщи, они могут вызвать длительные по времени и значительные по величине неравномерные осадки.

В практике изыскательских работ для жилых зданий малой и средней этажности глубина разведочных скважин обычно не превышает 8…10 м. Это считается достаточным для того, чтобы охарактеризовать свойства грунтов и провести необходимые расчеты основания и фундаментов. Однако такой подход не оправдал себя при привязке зданий и сооружений на так называемых заторфованных территориях, которые имеют в составе грунтовых слоев растительные остатки в том числе слои, прослойки или линзы погребенного торфа.

Через год после сдачи в эксплуатацию трехэтажное кирпичное здание стало претерпевать возрастающие во времени неравномерные осадки. Изучение технической документации показало, что в основании здания залегает мощная толща моренных тугопластичных слабосжимаемых суглинков с расчетным сопротивлением R=0,2 МПа. Давление по подошве его фундаментов не превышало p=0,18 МПа. Качество выполнения надфундаментных конструкций не вызвало замечаний. Вместе с тем рост осадок здания продолжался, поэтому было решено провести дополнительные инженерно-геологические исследования. Пробурив скважину глубиной 15 м (ранее глубина скважин не превышала 8 м), обнаружили линзу погребенного неразложившегося торфа толщиной от 6 м и более, широко развитую в плане. Не выявленное на стадии изысканий наличие сильносжимаемого грунта и было причиной деформаций здания (рис. 3).

Рис. 1.2. Линза сжимаемого торфа в основании здания.

1 - моренные тугопластичные суглинки; 2 - торф.

2. Инженерно-геологические изыскания

2.1 Геологические породы - как основания зданий и сооружений и их основные свойства

В строительной практике принято верхний слой горных пород, слагающих кору выветривания, которые используют как основание или материал для инженерных сооружений называть грунтами. Грунты могут быть также использованы как среда для некоторых инженерных сооружений, в частности, тоннелей, метро, шахт и др.

В зависимости степени разрушения горной породы и некоторых других свойств, важных в строительном отношении, грунты залегающие в основании или используемые как строительный материал можно классифицировать на:

- скальные - магматические, метаморфические и осадочные горные породы с жесткой связью между минералами или агрегатами, в виде сплошного или трещиноватого массива;

- сыпучие - не сцементированные грунты, не обладающие связностью в сухом состоянии и не обладающие пластичностью;

- глинистые - связные в сухом состоянии, тонкозернистые грунты,

обладающие свойствами пластичности;

- особые грунты, имеющие малую несущую способность и структурно неустойчивые.

Скальные породы характеризуются высокими прочностными характеристиками. Так, временное сопротивление одноосному сжатию составляет от 300,0 до 2,0 МПа. Породы, обладающие временным сопротивлением сжатию в насыщенном состоянии меньше 5,0 МПа, относят к полускальным.

Большей части скальных пород присуща трещиноватость. Наличие трещин приводит к ослаблению массива и создает условия для фильтрации. С поверхности на глубину до 25…50 м скальные породы могут быть в той или иной степени выветрелые, что также приводит к снижению прочности массива.

Некоторые из скальных пород из-за их слоистого строения обладают анизатропностью - различными свойствами по различным направлениям. В целом скальные грунты являются надежными основаниями и требуют детального изучения только при возведении на них водоудерживающих и других ответственных сооружений.

Для скальных грунтов при изыскании определяют следующие основные характеристики:

- плотность;

- временное сопротивление одноосному сжатию;

- сопротивление сдвигу;

- сопротивление разрыву;

- показатели трещиноватости (модуль трещиноватости, характеристика трещин);

- степень выветрелости;

- удельное водопоглощение.

Сыпучие породы можно подразделить на две группы, которые различаются только содержанием частиц того или иного размера. Это - крупнообломочные с содержанием более 50% по весу частиц с размерами более 2 мм и песчаные с содержанием менее 50% по весу частиц крупнее 2 мм и не обладающих пластичностью.

Сыпучие породы характеризуются отсутствием прочных связей между отдельными зернами, пористостью, высокой водопроницаемостью, неустойчивостью при динамических нагрузках. Уплотняемость их при статических нагрузках незначительна. В целом сыпучие породы достаточно надежные основания для сооружений со сравнительно небольшими вертикальными нагрузками и незначительными горизонтальными. Они не пригодны для строительства водоудерживающих сооружений. Дополнить!

2.2 Назначение инженерно-геологических изысканий их состав, этапы и периоды их выполнения

Каждая площадка имеет свои специфические инженерно-геологические условия, которые сложились в результате развивавшихся ранее эндогенных и экзогенных процессов. Эти условия в числе других природных должны учитываться при проектировании и строительстве зданий и сооружений. Назначением инженерно-геологических изысканий является изучение природных инженерно-геологических и гидрогеологических условий территории строительства и составление прогноза возможных изменений их во время строительства и в процессе эксплуатации сооружений. При этом должны быть выявлены пути максимального сохранения окружающей среды и пути восстановления последствий негативного воздействия сооружений на окружающую среду.

Знание инженерно-геологических условий территорий, подлежащих застройке, позволяет находить наиболее рациональное решение при проектировании сооружения, выбрать наиболее оптимальные решения по сохранению и улучшению геологической среды. К сожалению, иногда при выборе территории под застройку не уделяется должного внимания инженерно-геологическим условиям. Это, как правило, приводит к удорожанию строительства, значительным затратам на ремонт при эксплуатации сооружения, а в некоторых случаях и к отказу от выбранной площадки даже после начала освоения территории.

Инженерно-геологические изыскания входят целиком в обязанности инженера-геолога, но инженеру-строителю необходимо знать состав, содержание и объем инженерно-геологических изысканий на разных стадиях проектирования, поскольку он должен принимать активное участие в разработке программ на инженерно-геологические изыскания.

В состав инженерно-геологических изысканий входят:

- сбор, анализ и обобщение литературных и фондовых материалов о природных условиях района (участка) строительства;

- инженерно-геологическая рекогносцировка;

- инженерно-геологическая съемка

- инженерно-геологическая разведка.

Инженерно-геологические изыскания проводятся в два этапа. На первом этапе выполняют изыскания для выбора площадки строительства, на втором изыскания выполняют на уже выбранной площадке.

Первый этап изысканий проводится в случае, когда имеется возможность выбора места строительства. Тогда к числу факторов, влияющих на него, относятся инженерно-геологические условия территории, которые в некоторых случаях могут привести к существенному удешевлению возводимых сооружений. Это в равной степени относится также к проектам планировки и застройки городов-новостроек, районов крупных городов, микрорайонов, поселков и промышленных предприятий. На этой стадии изысканий производится инженерно-геологическая съемка, которая должна характеризовать район строительства и выявить отдельные площади с худшими и лучшими инженерно-геологическими условиями.

Далее по собранному материалу производится инженерно-геологическое районирование, т.е. членение территории на участки или зоны с относительно однородными инженерно-геологическими условиями. Такое членение позволяет наиболее рационально решить вопросы планировки территории (разместить зеленые зоны в местах наименее благоприятных, расположить тяжелые здания там, где залегают прочные грунты и т.д.) с учетом охраны окружающей среды.

Инженерно-геологической съемке, выполняемой на этом этапе, предшествует изучение литературных источников и фондовых (архивных) материалов. При этом выявляются инженерно-геологические и гидрогеологические условия, наличие геодинамических процессов, а также состав и свойства грунтов. С учетом собранных материалов производится рекогносцировка, при которой оцениваются полнота собранного материала, возможные геодинамические процессы на площадке строительства. На втором этапе изысканий выполняют инженерно-геологическую съемку и инженерно-геологическую разведку для разработки генерального плана, объемно-планировочных и конструктивных решений зданий и сооружений с учетом их взаимодействия с геологической средой, решения отдельных вопросов при проектировании объектов, возводимых в сложных инженерно-геологических условиях. В этот этап также включаются работы, выполняемые в период строительства и эксплуатации зданий и сооружений.

Все виды инженерно-геологических изысканий проводятся в три периода - подготовительный, полевой и камеральный.

По результатам выполненных работ составляют:

- при рекогносцировке - заключение, включающее в себя схематическую карту;

- при съемке - инженерно-геологическую карту, карту фактического материала и отчет;

- при разведке - отчет.

2.3 Инженерно-геологическая рекогносцировка

Инженерно-геологическое обследование местности (рекогносцировка) выполняется с учетом всех имеющихся данных об изученности района. Это очень важная и ответственная часть изысканий, которую выполняют наиболее квалифицированные инженеры-геологи и строители-проектировщики, так как при рекогносцировке проводят: оценку качества и уточнение собранных материалов по району намечающегося строительства; сравнительный анализ вариантов размещения объектов строительства в зависимости от инженерно-геологических, гидрогеологических и геоморфологических условий и процессов в районе строительства; предварительный прогноз изменения геологической среды под воздействием строительства и эксплуатации предприятий, зданий н сооружений.

В процессе обследования устанавливают принадлежность рельефа изучаемого района к конкретному генетическому классу и генетическому типу, выявляют и оконтуривают распространение в пределах изучаемого района однородных по генезису групп форм рельефа или отдельных форм рельефа. В отдельных случаях возникает необходимость и возможность выделения элементов форм рельефа и оконтуривания участков развития микроформ, связанных с проявлением физико-геологических процессов.

При рекогносцировке проводят маршрутные наблюдения для установления основных литологических видов грунтов, для выявления участков с неблагоприятными физико-геологическими процессами и явлениями, изучают литологический состав, структурно-текстурные особенности, мощность отдельных слоев грунтов, а также характеристику их состояния и физико-механические свойства. Обычно бывает достаточно отнести грунт к группе, подгруппе, типу и виду в соответствии с общей классификационной схемой грунтов.

При необходимости выполняют в небольших объемах проходку отдельных горных выработок, геофизические работы, опробование грунтов и подземных вод. На основании рекогносцировочных исследований составляется заключение, на основании которого могут приниматься определенные проектные решения, однако, основное значение рекогносцировочные работы имеют для планирования последующих инженерно-геологических работ.

2.4 Инженерно-геологическая съемка

Инженерно-геологическая съемка является основным методом площадного изучения инженерно-геологических условий территории, подлежащей застройке, на ранней стадии проектирования. По ее результатам решают следующие проектные задачи:

- зонирование территории по видам использования;

- компоновку зданий и сооружений проектируемого комплекса;

- прокладку трассы линейных сооружений;

- изучение участков индивидуального проектирования;

- выбор типов и предварительные расчеты оснований фундаментов проектируемых сооружений.

Рекомендации по результатам инженерно-геологической съемки должны дать предварительную прогнозную оценку степени и характера изменений в состоянии и свойствах отдельных элементов геологической среды под влиянием проектируемых сооружений в процессе их возведения и эксплуатации в течение всего расчетного срока.

В состав крупномасштабной инженерно-геологической съемки входят:

- сбор, изучение и обобщение материалов по геологическому строению и инженерно-геологическим условиям района (участка) предполагаемого строительства;

- дешифрирование аэрофотоматериалов и проведение аэровизуальных наблюдений;

- составление предварительных карт инженерно-геологических условий и инженерно-геологического районирования на основе данных, полученных при сборе материалов и дешифрировании аэрофотоматериалов;

- описание местности по маршрутам;

- геофизические работы;

- проходка горных выработок, в том числе буровых скважин; - опытные полевые работы;

- лабораторные работы;

- стационарные наблюдения;

- обследование состояния зданий и сооружений на территории проведения съемок;

- камеральная обработка материалов, составление окончательных карт и отчета.

Основным результатом крупномасштабной съемки является инженерно-геологическая карта (карта инженерно-геологических условий) территории съемки соответствующего масштаба, а также отчет по съемке.

На инженерно-геологических картах показывают литологический состав пород, условия их залегания, генезис и возраст, линии и зоны тектонических нарушений, условия залегания подземных вод, особенно первого водоносного горизонта, их режим, водообильность, распространение физико-геологических процессов, физико-технические свойства горных пород Объем информации, помещаемой на карте, растет с ростом масштаба карты.

Отдельные элементы нагрузки карты показывают отмывкой, штриховкой, оконтуриванием линиями, условными знаками и значками международной легенды. Характеристики грунтов и грунтовых вод и ряд других показателей выносят за рамки карты и помещают сбоку в виде таблиц, графиков, разрезов и даже аксонометрических проекций.

Составление инженерно-геологических карт ведется различными методами:

1) карты мелких масштабов составляют камеральным путем на основе других карт, например, карты коренных пород, четвертичных отложений, тектоники, геоморфологической карты, гидрогеологической карты;

2) при составлении крупномасштабных карт на конкретные объекты, помимо названных карт, используют материалы полевых работ, а именно результаты полевых обследований, инженерно-геологических съемок, колонки буровых скважин, материалы полевых и лабораторных испытаний грунтов и др. Многие из этих данных не столько дополняют саму карту, сколько расширяют сведения о грунтах.

Инженерно-геологическая карта должна быть наглядной и легко читаемой не только геологами, но и проектировщиками, строителями и геодезистами.

В зависимости от масштаба карты устанавливается число точек проходки выработок на 1 км² и расстояния между этими точками в зависимости от категории сложности инженерно-геологических условий. Глубина бурения зависит от намеченных к возведению сооружений и мощности четвертичных отложений, которые желательно полностью проходить, по крайней мере, частью скважин.

2.5 Инженерно-геологическая разведка

Главной целью инженерно-геологической разведки является получение исходных количественных данных для расчета основании и фундаментов сооружений и для количественного прогноза изменения геологической среды в процессе строительства и эксплуатации сооружений, в частности прогноза:

- возникновения и хода развития инженерно-геологических процессов в сфере взаимодействия сооружения с геологической средой;

- развития выявленных физико-геологических процессов;

- изменения напряженного состояния массива грунтов, его температурного и водного режимов.

Общие задачи инженерно-геологической разведки включают следующее:

- изучение геологического разреза оснований, условий залегания пород;

- определение физико-механических свойств грунтов оснований, их водного и температурного режимов;

- изучение гидрогеологических условий и геодинамических процессов;

- влияние застройки территории на изменение инженерно-геологических условий;

- составление инженерно-геологической модели оснований или среды сооружений;

- установление обобщенных значений показателей физико-механических свойств грунтов в приложении к выделенным инженерно-геологическим элементам.

Конкретные (частные) задачи инженерно-геологической разведки определяются в зависимости от назначения проектируемого сооружения, его конструктивных особенностей и режима эксплуатации, сложности инженерно-геологических условий участка строительства и степени их изученности. Важно, чтобы разведка проводилась на пЙощадках размещения каждого объекта

В комплекс работ по проведению инженерно-геологической разведки входит:

- геофизические работы;

- стационарное наблюдение за режимом подземных вод, развитием инженерно-геологических процессов;

- горнопроходческие и буровые работы;

- отбор, установка и транспортировка образцов пород и проб воды;

- опытные полевые работы;

- определение показателей свойств грунтов лабораторными методами;

- специальные виды исследований;

2.6 Подготовительный период

Инженерно-геологические исследования могут быть выполнены с минимальными затратами и в короткий срок, если будет применено современное оборудование, передовая технология, совершенствованная организация работ. Эти вопросы решаются в подготовительный период и отражаются в техническом задании, программе выполнения работ и проекте производства работ.

Инженерно-геологическая рекогносцировка, съемка или разведка выполняются на основании технического задания и программы работ. Задание составляется проектной организацией, в нем содержится подробная характеристика объекта строительства с указанием основных конструктивных решений, наличие подвалов, указываются размещение его в плане и предполагаемые нагрузки на фундаменты и их вид воздействия (динамические, статические и др.), отмечается возможность устройства свайных фундаментов и формулируются основные задачи, которые должны быть решены в процессе инженерно-геологических изысканий. Приводятся сведения об изыскательских работах, выполненных ранее, а также особые условия, связанные с характером производства и условиями застройки Задание на разведку под отдельные сооружения составляется по имеющимся материалам инженерно-геологической съемки, а на инженерно-геологическую съемку - на основании имеющихся литературных и фондовых материалов, рекогносцировки, съемки и опыта строительства в данном районе. Примерное содержание технического задания приведено в приложении 2.

Важным этапом подготовительного периода является составление на основании технического задания программы изысканий и в первую очередь определение состава и объемов работ. Этот этап начинается со сбора и обработки и анализа материалов изысканий прошлых лет.

Анализ природных условий по имеющимся материалам

Глубокое и всестороннее изучение фондовых материалов позволяет разработать рабочую гипотезу об инженерно геологических условиях района, обосновать направленность изысканий, определить приблизительно объем и методы исследований необходимых для изучения данной территории как места будущего строительства.

Основными источниками информации при сборе материалов являются:

- топографические карты масштабов 1:100000, 1:50000, 1:25000; материалы государственных геологической или гидрогеологической съемок масштаба 1:500000 или 1:200000 (по отдельным территориям масштаба 1:50000 и больше);

- результаты комплексных инженерно-геологических изысканий под крупные объекты промышленного, гражданского, энергетического и другого строительства, а также материалы изысканий под небольшие объекты, включающие описание отдельных выработок, результаты одиночных или немногочисленных анализов по определению свойств грунтов и пр.;

- итоги специальных тематических исследований отдельных элементов геологической среды, присущих данному району или более обширной территории, характеризующейся общностью геологической истории и особенностями развития геологических процессов и явлений. К таким работам могут быть отнесены результаты тематических исследований по изучению оползней, лессов, селей, геоморфологические работы по изучению рельефообразующих процессов, работы регионального грунтоведения и пр.;

- материалы методических исследований по оценке возможностей использования в данном районе какого-нибудь одного или комплекса методов для решения общих комплексных или частных задач.

Как показывает опыт, оптимальным способом обобщения материалов предыдущих исследований является составление предварительной инженерно-геологической карты (карты-схемы инженерно-геологических условий) и каталогов (картотек) на фактический материал (горные выработки, результаты анализов и т.д.). Во многих случаях по изучаемым материалам можно построить геолого-литологические разрезы и инженерно-геологические колонки.

Программа изысканий

Программа состоит из нескольких частей.

В общей части программы приводятся:

краткие сведения о районе строительства, географическое положение, сеть дорог, рельеф, возможность передвижения транспортных средств и механизмов по участку работ;

краткие сведения по геологическому и геоморфологическому строению района, наличие и развитие физико-геологических явлений, гидрогеологические условия;

сведения по материалам изысканий прежних лет с приложением различных выписок, копий колонок выработок, карт и т.д.;

возможности энергоснабжения участка для производства буровых работ;

прочие сведения, влияющие на организацию полевых работ.

В разделе состава и объемов работ указывается:

инженерно-геологическое обследование участка;

площади и масштабы инженерно-геологических съемок с разделением по категориям сложности;

объемы и методы горно-буровых работ с указанием конструкций выработок, способов их проходки и ликвидации; *

методы и объемы инженерно-геологического опробования, порядок упаковки и транспортировки образцов и проб воды;

устройство сети наблюдательных (гидрогеологических) скважин, методика и периодичность наблюдений;

прочие работы.

Опытные полевые работы включают:

методику и объемы опытных откачек воды по гидрогеологическим скважинам, производство опытных наливов и т.д.;

объемы и места расположения точек динамического и статического зондирования;

объемы и места расположения точек для испытаний грунтов опытными нагрузками штампов и свай, сопротивления сдвигу крыльчатками, прессиометрические испытания и т.д.;

методы, виды и объемы геофизических исследований;

прочие опытные полевые работы.

В разделе производства работ:

устанавливается очередность различных видов исследований;

указывается, в соответствии с какими нормативными документами проводится тот или иной вид работ;

определяется порядок корректировки, уточнения и изменения состава и объемов работ в зависимости от конкретных условий и результатов проходки первых выработок, геофизических исследований, изучения обнажении и т.д.;

предусматриваются мероприятия по безопасному ведению работ;

предусматриваются необходимые мероприятия по сохранности земель и недр, отведенных под строительство (засыпка турфов, скважин, тампонаж, цементация и т.п.);

устанавливается методика лабораторного определения состава и физико-механических свойств пород;

определяется порядок разбивки и привязки горно-буровых выработок и опытных точек, геофизических профилей, приводятся данные по созданию планово-высотной опорной сети и исходные пункты планово-высотной привязки;

устанавливается состав и объем полевой документации, дежурных планов и разрезов, содержание предварительных материалов, условия хранения и сокращения керна.

В заключительном разделе программы определяется состав и содержание технического отчета, графических и текстовых приложений, масштабы планового материала, разрезов и т.д.

Программа работ вместе с техническим заданием и сметой согласовывается с заказчиком, утверждается руководством изыскательской организации и является основным техническим документом на весь период производства инженерно-геологических работ.

В состав подготовительного периода входит получение согласовании и разрешений на производство инженерно-геологических работ в территориальных геологических управлениях либо при небольших по объему работах при изысканиях под отдельные объекты строительства, в органах строительства и архитектуры, на территории которых будут проводиться изыскательские работы.

При больших объемах инженерно-геологических работ с применением многообразных и сложных технических средств, особенно в отдаленных районах, составляется проект производства работ. Проект производства работ определяет основанную организацию изысканий. Проектом работ предусматриваются места расположения баз экспедиции, партий и отрядов, условия энергоснабжения, получения горючих и смазочных материалов. Необходимо в проекте производства работ рассмотреть вопросы бытового и медицинского обслуживания полевых работников.

В проекте работ приводится расчет технических средств по отдельным видам и стадиям изысканий.

2.7 Полевые работы

Объем и состав проводимых полевых работ зависят от решаемых при инженерно-геологических изысканиях задач и выполняются на основании программы. Работы включают в себя проведение обследований, стационарных наблюдений и опытных работ.

Геофизические работы

Геофизические методы используют при инженерно-геологических исследованиях состава и свойств пород и геологических явлений, как правило, при инженерно-геологической съемке. Наиболее широкое применение в практике изысканий нашли следующие методы: электрические, сейсмические, радиационные, магнитные, термометрические.

Геофизические методы существенно ускоряют и повышают качество и точность инженерно-геологической съемки. Эти методы используют для изучения в естественных условиях процессов и явлений, происходящих в горных породах, а также для изучения физико-механических свойств горных пород, распределения этих свойств в пространстве и изменения их во времени.

Э л е к т р о р а з в е д к а основывается на изучении условий прохождения электрического тока в различных грунтах. При этом используются либо естественные, либо искусственные электромагнитные поля. Поскольку одним из основных параметров горной породы является ее удельное электрическое сопротивление, то, измеряя его, можно получить геоэлектрический разрез, который имеет прямую однозначную связь с геологическим.

С помощью электроразведки производят уточнение геологического разреза при съемке, определяют мощность водоносных пластов и глубину водоупоров, мощность выветрелой зоны у скальных пород, положение древних речных долин, полостей и воронок в закарстованных породах, устанавливают положение трещиноватых зон и тектонических разломов, определяют границы и свойства многолетних мерзлых пород.

С е й с м и ч е с к а я р а з в е д к а основана на наблюдениях за скоростью распространения упругих волн в земной коре, вызванных искусственными сотрясениями (взрывами, ударами). В результате взрыва в грунте возникают упругие волны - продольные и поперечные. Скорость распространения упругих волн в грунтах зависит от их минерального состава, структуры, трещиноватости, влажности и т.п. В песках, например, скорость колеблется от 0,2 до 1,5 км/с, в глинах 1-3 км/с, в известняках 3-6 км/с, во влажной породе скорость больше, чем в сухой породе. Характер и скорость распространения упругих волн наблюдают на поверхности земли специальными приборами - сейсмоприемниками, располагаемыми по прямым - профилям. Если линия профиля проходит через точку взрыва, тогда профиль называют продольным, если она располагается произвольно по отношению к нему - поперечным.

Применение м е т о д о в я д е р н о й ф и з и к и при инженерно-геологических исследованиях основано на измерении интенсивности естественных и искусственных излучений. Для изучения таких важных свойств пород, как влажность и плотность, применяют радиационные методы, основанные на измерении поглощающей способности горных пород при прохождении различных излучений.

М а г н и т н ы е методы основаны на измерении особенностей магнитного поля Земли и магнитных свойств горных пород. Магнитные свойства массивов горных пород резко изменяются в зонах тектонических разломов и трещиноватости, а также в зонах геодинамической нестабильности горных пород. По данным магнитной разведки устанавливают генезис и состав пород.

Термометрические методы нашли широкое применение при изучении криогенных физико-геологических процессов и явлений в районах многолетней мерзлоты.

В практике инженерных изысканий для решения практических задач инженерной геологии часто приходится использовать сразу несколько принципиально различных геофизических методов. Применение комплекса геофизических методов является весьма эффективным средством для однозначного решения задач по изучению свойств пород и инженерно-геологических процессов. В настоящее время происходит интенсивное развитие и внедрение геофизических методов в практику инженерно геологических изысканий и исследований.

Наблюдение за режимом подземных вод, развитием инженерно-геологических процессов

П о д з е м н ы е в о д ы являются важнейшим элементом инженерно-геологических условий той или иной территории. При проектировании и строительстве сооружений, рациональном использовании территорий, геологической среды подземные воды всегда имеют не только инженерно-геологическое значение. Поэтому столь необходимо изучить подземные воды - их распространение, условия залегания, гидравлические особенности, условия питания и разгрузки, запасы (ресурсы), режим и т.д. Стационарные наблюдения проводят на стадии проведенья инженерно-геологической съемки и разведки для изучения:

- положения уровня подземных вод;

- условий питания подземных вод и их запасов (ресурсов);

- связи подземных вод с поверхностными водами и зависимости режима первых от режима вторых;

- взаимосвязи между отдельными горизонтами и зонами подземных вод, наличия и надежности водоупоров как локальных, так и региональных;

- изменений режима подземных вод (уровней, ресурсов, химизма и др.) под влиянием существующих водоупоров, эксплуатации сооружений и других факторов;

- влияния режима подземных вод на развитие геологических процессов и явлений (подтопление и заболачивание территорий, засоление горных пород, развитие оползневых и просадочных явлений, изменение микросейсмических условий и др.).

Глубину залегания у р о в н я п о д з е м н ы х в о д определяют с помощью специальных приспособлений (рис. 2.2). Для проведения химического анализа воды в лабораторных условиях из скважин отбирают ее пробы, причем с разных глубин.

Глубина и мощность водоносного безнапорного пласта определяются замерами расстояний от устья скважины до зеркала водоносного горизонта и от зеркала подземных вод до кровли водоупорного пласта. В напорном водоносном пласте мощность горизонта определяется расстоянием между верхним и нижним водоупорами.

а) б)

Рис. 2.1. Средства для замера уровня подземных вод

а - хлопушка; б - свисток.

Получаемые сведения дают возможность: обоснованно оценивать инженерно-геологические условия территории; определять условия производства строительных и горных работ, условия эксплуатации сооружений, агрессивное воздействие вод на подземные части конструкций сооружений и т.п.; разрабатывать мероприятия по борьбе с подтоплением территорий, с водопритоками при проходке котлованов и подземных выработок и т.п.; разрабатывать мероприятия по охране окружающей геологической среды.

И з у ч е н и е ф и з и к о-г е о л о г и ч е с к и х п р о ц е с -
с о в. Основная цель изучения физико-геологических процессов и явлений состоит в оценке степени их влияния и в выборе способов борьбы с их неблагоприятным воздействием на проектируемые сооружения. Для достижения этой цели должны быть изучены условия и закономерности развития процессов и явлений, т.е. выявлены их типы и приуроченность этих типов к определенным видам грунтов, элементам и формам рельефа, гидрогеологическим и криогенным условиям.

На формирование и развитие физико-геологических процессов и явлений обычно оказывает влияние нескольких природных факторов. Часть из них создает условия для их возникновения, часть способствует активизации их развития. Среди этих факторов определяющими являются геологические и климатические, взаимодействие которых и определяет тип процесса и характер его проявления. Ниже перечисленные физико-геологические процессы и явления не охватывают всего их многообразия, а приведены как наиболее часто встречающиеся. Это: элювиообразование, промерзание и оттаивание, обвалы и осыпи, лавины, оползни, наледи и надледные бугры, явления развевания и навевания, солифлюкция, эрозия почв, подмыв берегов, оврагообразование, размыв склонов, сели, абразия озерная и морская, затопление и подтопление, заиление водохранилищ, суффозионные и фильтрационные деформации поверхности, карстовые явления, сейсмические явления, горное давление, просадки в лессовидных породах и лессах, явление усадки, сдвижение горных пород на подрабатываемых территориях и др.

Наиболее часто при инженерно-геологических изысканиях приходится сталкиваться с проявлениями различного рода процессов, протекающих на склонах (оползни, обвалы, осыпи, курумы), с проявлениями карста, выявлением селеопасности районов и пр.

При описании гравитационных процессов на склонах необходимо придерживаться следующим схем.

П о о б в а л а м:

область отрыва - высота, генезис, возраст склонов; условия залегания и основные свойства пород, слагающих склон; форма склона;

область транзита - длина пути, относительная высота падения, морфология пути движения, следы движения;

область отложения - характеристика места отложения; приблизительный объем обвалившейся массы и ее морфология; примерное определение примерной даты обваливания; форма #лыб обвалившейся массы, особенности сортировки, дальность падения и размер отдельных глыб; причиненные разрушения или нарушения в районе обвала;

статистические сведения об обвалоопасности района проведения съемки и сведения о наличии и характере противообвальных сооружений, а также их эффективности.

П о о с ы п я м:

область отрыва и процесс осыпания - морфометрическая характеристика склона, его экспозиция; положение, форма и размеры области питания осыпи; состав и основные свойства слагающих область питания пород (условия залегания, трещиноватость, выветрелость); размер, форма обломков, характер их перемещения (скольжение, перекатывание); наличие участков, свидетельствующих о прекращении процесса;

область аккумуляции - условия залегания осыпи, ее морфология; размеры и признаки сортировки материала осыпи, наличие или отсутствие заполнителя и его состав; условия обводнения осыпи, источники обводнения и его признаки; наличие растительности на теле осыпи и другие признаки, позволяющие оценить возраст и степень ее подвижности.

П о о п о л з н я м:

склон или откос, на котором возник оползень, - местоположение, экспозиция, генезис, возраст, морфометрическая и морфологическая характеристики, геологическое строение склона (откоса) и его основания, состояние горных пород, слагающих склон; гидрогеологические условия склона; наличие естественных и искусственных нарушений на склоне, за бровкой и у его подножия, для откосов - время и способ сооружения;

характеристика оползня - положение бровки срыва, наличие и размеры вала выдавливания; гидрогеологические условия тела оползня, наличие и интенсивность водопроявлений; оценка мощности оползневого тела и динамика перемещения материала тела оползня; состояние растительности, сооружений, наличие и характер проявления деформации сооружений; возраст оползня, соотношение оползней разного возраста и соотношение описываемого оползня с соседними оползнями; сведения о динамике оползня, при наличии наблюдений, или по опросным данным; сведения о противооползневых мероприятиях; выводы - тип оползня и его причины, относительное значение различных факторов в образовании оползня; взаимосвязь процессов, протекающих на оползневом склоне, стадия развития оползня и прогноз дальнейшего развития оползневого процесса.

К а р с т обычно типизируется по составу карстующихся пород, по их залеганию относительно земной поверхности и относительно регионального уровня подземных вод.

В зонах выклинивания подземных вод в естественных или искусственных откосах иногда наблюдаются вынос мелких частиц грунта, явление оплывания нижних частей склона и формирование выше бровки воронок, в отдельных случаях переходящих в промоины и овраги. Эти явления связаны с фильтрационным разрушением грунтов. Среди грунтов, подверженных фильтрационному разрушению, можно назвать тонко- и мелкозернистые, слюдистые и рыхлые пески, а также пылевато-глинистые неводостойкие породы типа лессов и лессовидных суглинков. В природных и искусственно созданных условиях (выемках на склонах, котлованах, карьерах) можно наблюдать два вида фильтрационного разрушения грунтов - оплывание и коллоидно-механическую суффозию.

Оплывание происходит под действием фильтрационного давления подземного потока, когда сила сопротивления в грунте (внутреннее трение и сцепление) меньше этого давления, определяемого как произведение плотности подземной воды на градиент фильтрации подземного потока.

Коллоидно-механическая суффозия - это вынос мелких и коллоидных частиц грунта потоком подземных вод. Этот процесс называется внутренним размывом.

Буровые и горнопроходческие работы

Горные выработки

Открытые горные выработки - это расчистки, закопушки, шурфы, канавы, шахты, штольни. Преимущество этих выработок перед скважинами в том, что можно непосредственно видеть характер напластования пород, отобрать структурно не нарушенные образцы пород, проводить их испытания в условиях естественного залегания.

Рассмотрим основные виды горных выработок.

Р а с ч и с т.к. а - одна из наиболее простых и нетрудоемких выработок, проводимых в местах естественных обнажений и крутых склонов рельефа, когда для вскрытия пород достаточно удалить (сбросить вниз) со склона небольшой слой почвы, делювия или осыпи. Из расчистки отбирают образцы пород для лабораторных исследований и построения геологического разреза.

З а к о п у ш к а - небольшая воронкообразная выработка диаметром около 0,3 м и глубиной 0,5…0,8 м, выполняемая для обнажения пород (коренных), залегающих под почвенным слоем или слоем поверхностных отложений. Наибольшее применение закопушки находят при инженерно-геологической съемке.

Ш у р ф - вертикальная горная выработка сечением примерно 1,25 х 1,5 м и глубиной до 20 м и более. Шурфы круглого сечения называют д у д к а м и. Шурфы проходят в сухих, рыхлых горизонтальных или слегка наклонных пластах. При большой глубине и при прохождении водоносных горизонтов стенки шурфа укрепляют. В последнее время появились специальные машины - шурфокопатели, которые ускоряют и значительно облегчают рытье шурфов. Шурф дает возможность произвести осмотр, фотографирование зарисовку залегания пластов, взять образцы пород для лабораторных исследований, произвести полевые испытания. Напластования пород, обнаруженных в шурфе, обычно представляют в виде развертки его боковых стенок и дна.

К а н а в а - выработка трапецеидального сечения с шириной по основанию около 0,6 м, глубиной до 3 м и протяженностью до 100…150 м. Канавы целесообразно отрывать в крутопадающих пластах и задавать направление им вкрест простиранию пластов; они могут отрываться вручную и при помощи землеройных машин. Используя канавы, геолог может получить примерно такую же информацию, как и в шурфах рис. 2.2.

Рис. 2.2. Зарисовка канавы

I-V - номера точек; 1 - растительный слой; 2 - супесь с щебнем;

3 - суглинок с щебнем; 4 - песок с валунами и галькой;

5 - песок сильно глинистый; 6 - сланцы; 7 - песок тонкозернистый слюдистый; 8 - доломиты; 9 - глины; 10 - известняк.

Ш а х т а - вертикальная выработка сечения 22 или 23 м и глубиной до 100 м. Назначение шахты такое же, как и шурфа, но шахты, ввиду их большой стоимости, проходят только на ответственных сооружениях и в сложных геологических условиях.

Ш т о л ь н я - горизонтальная выработка трапецеидального сечения, высотой около 1,8 м, шириной по основанию 1,3…1,7 м, а по верху 1 м, имеющая выход на дневную поверхность. Штольни обычно устраивают в береговых склонах рек, по простиранию или вкрест простирания пластов. Этот вид горных выработок предназначается для решения различных задач, в частности при гидротехническом строительстве, для определения трещиноватости и фильтрационных свойств грунтов в береговых участках плотины; для выявления суффозионных процессов. В штольнях, при наличии надежных грунтов, геодезисты закладывают опорные высотные реперы. Отсутствие в штольне резких перепадов температур (вход в штольню закрывается дверью) гарантирует высокую стабильность отметок высотных точек.

Буровые работы

Бурение скважин, выполнятся для изучения геологического разреза, т.е. для выявления последовательности залегания пластов, их мощности, состава, плотности, консистенции, влажности, водоносности, а также для отбора образцов пород и последующего испытания в лабораторных условиях. Для этой цели применяется ручное и механическое бурение. Ручное бурение выполняют ударно-вращательным или ударно-канатным способом. Механическое бурение осуществляется вращательными, ударно-механическими и вибробуровыми установками.

Выбор способа бурения зависит от состава проходимых пород, от назначения и глубины бурения, от условий производства работ. При выборе способа бурения особое внимание уделяется качеству и виду отбираемых образцов пород и экономической эффективности способа.

Диаметры скважин зависят от их назначения и колеблются в широких пределах - от 89 до 325 мм и более, а глубина инженерно-геологических скважин может быть 10, 30, 100 м и более.

Способ ручного бурения применяется на объектах с малыми объемами работ, в районах, куда доставка механических буровых установок может быть сопряжена с трудностями. По способу проходки скважины оно может быть вращательным, ударным и комбинированным - ударно-вращательным. Для взятия образцов породы с ненарушенной структурой используют грунтоносы. Ручное ударно-вращательное бурение применяется для всех видов грунтов, кроме скальных; бурение ведется с применением разного рода средств и приспособлений, рис. 2.3.

В зависимости от состава пород в глинистых, суглинистых и песчаных грунтах применяют ложки и змеевики, в обломочных породах - долота и желонки, в сильно обводненных песчаных и илистых грунтах - желонки. В процессе ручного бурения производится отбор образцов грунта нарушенной и не нарушенной структуры.

Рис. 2.3. Ручное бурение

1 - змеевик; 2 - долото; 3 - ложка; 4 - желонка; 5 - грунтонос;

6 - штанга; 7 - обсадная труба; 8 - хомут; 9 - лебедка; 10 - копер; 11 - устье скважины; 12 - забой.

На основании механизации ударно-вращательного способа возник ударно-канатный способ бурения. Буровой снаряд, спущенный в скважину на канате, периодически поднимают и сбрасывают на забой с помощью ударного механизма рис. 2.4. Бурение у д а р н о-к а н а т н ы м способом может вестись сплошным и кольцевым забоем. При бурении сплошным забоем проходка скважины производится путем сбрасывания (ударов) на забой долота, с последующим извлечением породы желонкой, а при бурении кольцевым забоем - сбрасыванием (забивкой) забивного стакана, который постепенно наполняется грунтом и затем поднимается на поверхность. Долото используют для раздробления твердых включений (валунов и др.). Желонка представляет собой стакан, в нижней части которого имеется башмачок с клапаном, который при подъеме закрывает отверстие. Недостаток этого способа бурения - его большая трудоемкость и малый темп работ.

Рис. 2.4. Схема работы ударно-канатного станка.

1 - буровой снаряд; 2 - инструментальный канат; 3 - шестерня привода ударного вала; 4 - кривошип; 5 - шатун; 6 - оттяжная рама.

К о л о н к о в о е бурение является разновидностью вращательного способа проходки скважин, когда забой разрабатывается по кольцу, с оставлением не разрушенного столбика породы-керна, рис. 2.5. Его основные преимущества:

1) получение образцов в виде колонки породы-керна, по которому судят о геологическом строении и физико-механических свойствах проходимых пород;

2) возможность бурения скважин в породах любой крепости под различными углами наклона к горизонту.

Колонковое бурение ведется при помощи колонковой трубы, к нижнему торцу которой привинчивается кольцевая коронка с зубьями из твердого сплава или алмазная коронка, которая вращается со скоростью 50-300 об/мин образуя забой в виде кольца, а в центре его остается столбик нетронутой породы - керн. Продукты разрушения породы - шлам - удаляют из забоя (в зависимости от физико-механических свойств пород и глубины скважины) нагнетанием в скважину глинистого раствора или продувкой сжатым воздухом. При наполнении колонковой трубы керном или при затуплении резцов коронки бурение прекращают; керн заклинивают в конусе корпуса коронки, отрывают от забоя и поднимают вместе со снарядом на поверхность. Колонковое бурение может использоваться для проходки скважин во всех видах грунтов (за исключением песчаных и глинистых мягкопластичных), причем на значительные глубины. Этот способ обеспечивает получение образцов пород (керна) с естественной структурой и влажностью.

Рис. 2.5. Схема колонкового бурения

1 - керн; 2 - коронка; 3 - труба колонковая; 4 - трубы буральные.

Для отбора образцов в слабых породах используют так называемую двойную колонковую трубу, состоящую из двух труб, соединенных шарикоподшипниковым устройством. При бурении внутренняя труба не вращается и не позволяет разрушатся породе, которая ее заполняет.

Колонковое бурение имеет большое преимущество перед другими способами бурения. По извлекаемым кернам можно восстановить характер пород в массиве - их слоистость, состав, трещиноватость, наличие пустот, прерывистость напластования, углы наклона слоев, а также поверхности скольжения в теле оползня и др.

Ш н е к о в о е б у р е н и е, как и колонковое, относится к категории вращательных способов бурения, но применяться может лишь для бурения в глинах, суглинках, илах, глинистых супесях. Разрушение пород при шнековом бурении производится двух- или трехперыми ступенчатыми долотами, которые соединяются со шнеком при помощи быстроразъемных замков. Шнек представляет собой трубу, на которой по винтовой линии с шагом 0,6…0,8 м от его диаметра приварена спираль из стальной ленты, рис. 2.6. Этот способ отличается высокой производительностью, так как процесс бурения и подъем грунта происходят одновременно и непрерывно, а затраты на вспомогательные операции (спуск и подъем оборудования) минимальны. Глубина бурения этим способом обычно не превосходит 30 м, но бывает и 100 м (гидрогеологические скважины). При шнековом способе бурения плохо определяются границы отдельных пластов; структура грунта, выходящего из скважины, оказывается нарушенной; затруднительно определяются горизонты грунтовых вод. В связи с этими недостатками шнековый способ целесообразно применять для проверки ранее установленного геологического разреза. Шнековый способ бурения в силу своей высокой производительности может быть успешно применен при закладке геодезических центров и реперов, особенно в условиях строительных площадок, где на сравнительно небольшой площади может располагаться много геодезических знаков.

Рис. 2.6. Конструкция долота и шнеков

а - шнек (установка УГБ-50А): 1 - труба; 2 - спираль; 3 - втулка; 4 - хвостовик; 5 - палец соединительный; 6 - фиксатор;

б - трехперовое долото: 1 - корпус; 2 - спираль; 3 - лопасть;

4 - резец.

В и б р а ц и о н н о е б у р е н и е основано на внедрении в породу кольцевого наконечника - виброзонда. Виброзонд представляет собой трубу диаметром 40…200 мм, длиной 0,5…3 м; по всей длине труба имеет одну или несколько прорезей для очистки зонда от породы; нижний конец трубы снабжен кольцом с острой режущей гранью. Внедрение в грунт такого наконечника происходит благодаря тому, что под действием вибрации зонда в очень сильной степени ослабевает лобовое и боковое сопротивление грунта и зонд под действием собственного веса и веса вибратора погружается в грунт. В качестве забойного инструмента также может использоваться грунтонос - для получения проб грунта не нарушенной структуры и желонка - для проходки малосвязанных сыпучих пород, плывунов и водонасыщенных пород. Вибробурение относится к перспективным методам, обладает высокой производительностью, может применяться при проходке глин, суглинков, супесей, песков, гравелисто-галечниковых грунтов. Выгоднейшая глубина бурения этим способом 15-20 м. Виброметод дает возможность отобрать образцы грунта с ненарушенной структурой, но затрудняет фиксацию уровня подземных вод.

Отбор, упаковка и транспортирование образцов пород

Достоверность результатов лабораторного изучения физико-механических свойств горных пород зависит от правильности отбора образцов, сохранения в процессе отбора, транспортирования и хранения, а также от естественного сложения, структуры породы, ее естественной влажности и гранулометрического состава.

Образцы пород отбирают ненарушенного или нарушенного сложения, но с обязательным сохранением природного зернового состава. Образцы с ненарушенным сложением - м о н о л и т ы - должны иметь ориентацию (низ - верх монолита). При отборе монолита не допускается нарушение природного сложения грунта.

Образцы грунтов н а р у ш е н н о г о с л о ж е н и я отбирают из горных выработок с помощью ножа, лопатки и пр., а также из скважин с помощью буровых наконечников или грунтоносов. При отборе образцов пород, требующих сохранения природной влажности, бурение скважин выполняется без применения промывочной жидкости и без подлива в них воды, с пониженным числом оборотов бурового наконечника или грунтоноса.

Отбор монолитов из горных выработок производят в виде куска породы, из которого затем вырезают образцы необходимого размера.

Метод отбора монолитов из буровых скважин зависит от вида грунта и его состояния. Так, монолиты песчаных пород, глинистых пород твердой и полутвердой консистенции, плотных заторфованных грунтов с корнями растений отбирают с помощью оббуривающих грунтоносов, грунтонос который имеет внутреннюю не вращающуюся (грунтоприемную) гильзу. Глинистые породы полутвердой и тугопластичной консистенции отбирают с помощью тонкостенных цилиндрических грунтоносов с заостренными снаружи нижним краем, погружаемых способом вдавливания со скоростью не более 2 м/мин.

Рыхлые песчаные породы, глинистые породы мягкопластичной, текучепластичной и текучей консистенции, разложившейся торф отбирают с помощью грунтоносов с перекрываемым входным отверстием, погружаемых способом вдавливания, со скоростью не более 0,5 м/мин.

Монолит после отбора парафинируют. Для этого его туго обматывают слоем марли, предварительно пропитанной расплавленным парафином, смешанным с гудроном. Затем весь монолит в марле покрывают слоем парафина, обматывают вторым слоем марли. На верхнюю поверхность монолита укладывают этикетку.

Монолиты не мерзлой породы, упакованные в ящики, транспортируют при положительной температуре окружающего воздуха, а монолиты мерзлой - при отрицательной температуре или транспортом, оборудованным холодильной камерой, в которой поддерживается отрицательная температура.

Опытные полевые работы

Для получения надежных характеристик физико-механических свойств грунтов на ряду с лабораторными методами проводятся испытания грунтов непосредственно в массиве на месте будущего строительства. В настоящее время для этих целей используются следующие методы:

- метод статических нагрузок на штампы;

- прессиометрия;

- срез целиков в горных выработках, раздавливание, выпирание, обрушение; вращательный срез крыльчаткой;

- статическое и динамическое зондирование;

- испытания грунтов инвентарными сваями и испытание опытных свай натурных размеров;

- определение типа грунтовых условий по просадочности опытным замачиванием.

В ходе полевых работ определяют гидрогеологические параметры, в частности: коэффициент фильтрации, мощность водоносных пластов, химизм (химический состав подземных вод), направление и уклон подземного потока.

Полевые методы изучения грунтов применяются главным образом для особо важных сооружений и на последних стадиях проектирования, когда уже существует полная картина геологического строения участка, имеются геологические разрезы, данные о физико-механических свойствах грунтов, генеральный план сооружения.

Наиболее важные характеристики грунтов, определяемые при полевых испытаниях и необходимые для расчета основания сооружения, это - сжимаемость грунта и сопротивление сдвигу.

Сжимаемость грунта характеризуется модулем деформации и коэффициентом Пуассона, сопротивление грунтов сдвигу - углом внутреннего трения и удельным сцеплением.

При полевых исследованиях модуль деформации грунта можно определить испытанием грунта статическими нагрузками (штампом) и прессиометром.

Цель испытания грунта статическими нагрузками (штампом) - по величине нагрузки и соответствующей этой нагрузке осадке получить достоверные сведения о сжимаемости грунта (модуле деформации) в слое глубиной, равной полуторной ширине штампа. В просадочных грунтах определяется дополнительная величина осадки - просадка, которая происходит при их увлажнении.

Испытания штампами выполняются в шурфах и скважинах.

Штампы состоят из толстых металлических пластин (усиленных ребрами жесткости) квадратных - площадью 5000 см со стороной 0,71 м или круглых той же площади диаметром 0,8 м. При испытаниях в скважинах применяют штампы диаметром не более 0,6 м. Размер шурфа в плане должен быть не менее 1,5 х 1,5 м, минимальный диаметр скважины - 0,325 м. Для обеспечения подземного контакта штампа с грунтом по всей площади иногда используют завинчивающийся штамп.

На штамп передается равномерное давление ступенями по 0,01…0,1МПа. Каждую ступень выдерживают до стабилизации осадки. Общее число ступеней должно быть не менее четырех. Режим испытания подробно регламентирован инструкциями и ДСТУ. Значение модуля деформации грунта получают для выбранных интервалов давлений в зависимости от величины приращения осадок.

Основные элементы оборудования при полевых испытаниях грунтов статическими нагрузками показаны на рис. 2.7: 1 - штамп;

а) б)

Рис. 2.7. Установка для испытания грунтов на сжатие:

а - с балкой и анкерными сваями; б - с упором в стенки шурфа.

2 - установка для нагружения штампа в виде платформы или гидравлического домкрата. В комплект также входят прогибомеры - приборы для регистрации осадки с точностью до 0,1 мм и другое дополнительное оборудование.

И с п ы т а н и я с п о м о щ ь ю п р е с с и о м е т р а. Прибор состоит из цилиндрической резиновой герметической камеры, которую опускают в пробуренную скважину (рис. 2.8) на глубину, где требуется определить показатели сжимаемости грунта. Затем в камере создают внутреннее давление при помощи специальных гидравлической или пневматической систем. Оболочка камеры плотно прижимается к стенкам скважины и начинает расширять последнюю, деформируя грунт. На поверхности земли находятся аппаратура для создания и измерения давления в камере и приборы, регистрирующие деформацию грунта. Значения модуля деформации определяются по величине деформации грунта при соответствующем давлении.

Рис. 2.8 Схема прессиометра

1 - зонд; 2 - обсадная труба; 3 - измерительная аппаратура.

И с п ы т а н и я г р у н т а н а с д в и г имеют особое значение для мест, на которых проектируется строительство сооружений, обладающих в определенной степени тенденцией к сдвигу, например мостов, плотин. Однако испытания на сдвиг могут производиться просто для получения более полной прочностной характеристики неоднородных по составу грунтов, испытания которых в лабораторных условиях не дают удовлетворительных результатов (содержание неоднородных включений).

Испытание пород на сдвиг может вестись в шурфах и скважинах. Существует четыре метода испытаний в шурфах: раздавливание четырехгранной призмы или цилиндра грунта вертикальной нагрузкой, сдвиг целика по заранее намечаемой горизонтальной плоскости, выпирание треугольной призмы в сторону, обрушение треугольной призмы вниз (рис. 2.9, а, б, в). Зная разрушающее усилие и площадь поверхности сдвига, рассчитывают прочность грунта.

Испытания грунта на сдвиг могут вестись и в скважинах лопастными приборами - крыльчатками (рис. 2.10). Для этого двух- или четырех-лопастная крыльчатка 1, закрепленная на штанге 2, вдавливается в забой скважины ниже обреза обсадных труб 3. Вверху вращением сердечника штанг распорными пластинами крыльчатки создается боковое давление на грунт и затем крыльчатка поворачивается.

Этот метод испытания основан на измерении предельного крутящего момента, при котором начинается сдвиг (вращение) лопастей крыльчатки. Сопротивление же сдвигу зависит от свойства грунта и размеров лопастей крыльчатки. Измерив сопротивление сдвигу при разных давлениях к поверхности среза и зная размеры крыльчатки, можно вычислить показатели прочностных свойств

грунтов.

Такие испытания для одного слоя породы повторяют в одной скважине несколько раз, постепенно углубляя скважину.

Испытания грунта лопастными приборами можно вести до глубины 15-20 м. Лопастные приборы позволяют косвенно определить и модуль деформации грунта.

Д и н а м и ч е с к о е з о н д и р о в а н и е заключается в определении сопротивления которое оказывает грунт забивке в него штанги с навинченным на нее специальным стальным наконечником - зондом в виде конуса, имеющего диаметр до 74 мм и угол при вершине 60°. Забивка зонда производится молотом определенного веса, свободно падающим с постоянной высоты; при этом фиксируется число ударов, необходимое для погружения зонда на определенную глубину (10 см), или глубина погружения зонда после 10 ударов.

Рис. 2.9. Схемы испытания целиков на сдвиг:

а - разрушение цилиндрического целика путем сдвига в обойме;
б - выпирание трехгранного целика в горизонтальном направлении; в-обрушение трехгранного целика; 1 - целик; 2 - домкрат;
3 - упорные балки; 4 - каретка для перемещения головки домкрата.

Результаты наблюдений при динамическом зондировании представляют в виде ступенчатых графиков, наглядно показывающих, как меняется сопротивление грунта внедрению зонда. Если зондирование охватывает целые площади, то строят профили и карты.

С т а т и ч е с к о е з о н д и р о в а н и е отличается от динамического тем, что погружение зонда осуществляется не забивкой, а вдавливанием при помощи гидравлического домкрата. Развиваемое домкратом усилие измеряется манометром. Зонд также снабжен датчиком, позволяющим в любой момент определять величину сопротивления грунта внедрению конуса.

При помощи статического зондирования можно вести изучение мягких грунтов на глубину 15-25 м со скоростью 0,5-1 м/мин. Итоговым материалом статического зондирования является график, на котором показывают две кривые: кривую сопротивления грунта под зондом и кривую сопротивления трения.

Статическое зондирование применяется для:

- выделения инженерно геологических элементов;

- определение глубины залегания кровли несущего слоя;

- определение сопротивления грунтов под нижним концом и по боковой поверхности свай;

- определение характеристик грунтов;

И с п ы т а н и е с в а й с т а т и ч е с к и м и н а г р у з -
к а м и. Результаты испытаний статическими нагрузками используют для определения несущей способности свай. Схема испытания сваи на вертикальную вдавливающую нагрузку приведена на рис. 2.11. К испытанию приступают после «отдыха» сваи, минимальная продолжительность которого составляет в песчаных грунтах 3 суток, а в пылевато-глинистых - 6 суток.

При испытании сваи вертикальную вдавливающую нагрузку прикладывают ступенями, равными 1/10 предполагаемой предельной ее нагрузки. После приложения ступени нагрузки по показаниям прогибомеров регистрируют осадку сваи. Каждую ступень выдерживают до условной стабилизации.

Результаты испытания оформляют в виде графика зависимости осадки от нагрузки. Полученный график используют для определения несущей способности сваи.

Рис. 2.11. Схема испытания свай с гидравлическим домкратом и анкерными сваями.

1 - испытуемая свая; 2 - анкерная свая; 3 - домкрат; 4 - хомуты,

5 - балки

Достоверные значения величины к о э ф ф и ц и е н т а ф и л ь т р а ц и и, особенно для связных грунтов, можно получить только в полевых условиях. Фильтрационные свойства пород в полевых условиях определяются следующими методами:

- откачки - если коэффициента фильтрации определяется ниже уровня подземных вод (УПВ);

- налива и нагнетания води в шурфы и скважины - в неводонасыщенных породах;

- экспресс методом - для быстрой предварительной оценки фильтрационных показателей.

Для определения коэффициента фильтрации могут также использоваться режимные наблюдения за состоянием гидрогеологической ситуации, как правило, при изменчивых гидрогеологических условиях и при наличии банка данных о наблюдениях.

М е т о д о т.к. а ч к и заключается в откачке определенного объема воды из центральной скважины. При этом регистрируется понижение уровня воды в скважине. С помощью нескольких наблюдательных скважин определяется форма депрессионной воронки, образующейся вокруг основной скважины Коэффициент фильтрации определяется как функция расхода воды в цетральной скважине с учетом величины понижения УПВ во вспомагательных скважинах (рис. 2.12).

Рис. 2.12. Расчетная схема по определению коэффициента фильтрации в полевых условиях методом откачки

М е т о д н а л и в а заключится в нагнетании воды в неводонасыщенный слой породы и последующего отбора проб породы для определения влажности при полном водонасыщении непосредственно под площадкой впитывания воды. При этом фиксируется расход воды и скорость движения фронта смачивание породы. Испытания могут проводиться двумя способами:

- при постоянном гидравлическом напоре;

- при установленном расходе воды.

Э к с п р е с с м е т о д заключается в мгновенном наливе определенного объема воды с последующим замером времени свободного понижения ее уровня.

2.8 Испытание грунтов в лаборатории

В лабораторных условиях производят изучение образцов грунтов, которые были отобраны в виде монолитов или проб грунта нарушенной структуры из горных выработок или буровых скважин. В основном, в лабораторных условиях изучают физико-механические свойства грунтов, а также выполняют химанализ проб подземных вод. В комплекс работ входят следующие исследования грунтов:

- определение влажности;

- определение плотности и пористости;

- определение гранулометрического состава;

- определение пределов пластичности, набухания, липкости, и размокаемости;

- определение влагоемкости, водоотдачи. и капилярных свойств;

- определение водопроницаемости;

- компрессионные испытания:

- определение показателей сжимаемости;

- определение показателей просадочности;

- испытание на сдвиг для определения прочностных показателей;

- испытание в стабилометре для определения показателей механических свойств;

- определение показателей механических свойств полускальных и скальных пород;

В зависимости от ответственности сооружения, его назначения и сложности инженерно геологических условий комплекс исследований выполняется в полном или не в полном объеме.

Основное внимание должно быть уделено определению деформационных и прочностных свойств грунтов, показатели которых используют для расчетов оснований зданий и сооружений. Главными параметрами этих свойств для нескальных грунтов являются модуль деформации, угол внутреннего трения и удельное сцепление, а для скальных грунтов - предел прочности или временное сопротивление одноосному сжатию.

Методика проведения компрессионных испытаний следующая. Из монолита грунта рабочим кольцом одометра площадью не менее 40 см² и высотой не менее 2 см вырезают пробу и помещают кольцо с пробои в одометр. Давления на грунт передают ступенями. Каждую ступень давления выдерживают до условной стабилизации деформаций, за которую принимают приращение осадки, не превышающее 0,01 мм за 3 ч для супесей и за 12 ч для суглинков и глин.

Обработка результатов заключается в построении графиков зависимости коэффициента пористости от вертикального давления и вычислении по соответствующей формуле модуля деформации.

Характеристиками деформационного поведения глинистых просадочных грунтов являются относительная просадочность и начальное просадочное давление. Определяются они в компрессионном приборе по двум схемам:

«одной кривой» - для определения относительной просадочности при одном заданном давлении;

«двух кривых» - для определения относительной просадочности при различных давлениях и начального просадочного давления.

Испытания по схеме «одной кривой» проводят путем нагружения образца грунта природной влажности ступенями по 0,05 МПа до заданного давления. После условной стабилизации его осадки при заданном давлении, образец грунта замачивают и продолжают замачивание до условной стабилизации просадки.

Испытания по схеме «двух кривых» проводят на двух образцах грунта, отобранных из одного монолита. Один образец испытывают в полном соответствии с первой схемой, а второй образец предварительно замачивают до полного водонасыщения. Замачивание начинают за 3 ч до начала испытаний просадочных супесей и за 6 ч при испытаниях просадочных суглинков и глин. Затем образец нагружают теми же ступенями до заданного давления, продолжая его замачивание.

Результаты испытаний обрабатывают путем построения графиков зависимости относительного сжатия образцов от давления и вычисления относительной просадочности, а также построения графиков зависимости относительной просадочности от давления и определения по ним начального просадочного давления, которое соответствует относительной просадочности, равной 0,01.

Характеристиками деформационного поведения набухающих грунтов являются относительное набухание и давление набухания. Эти характеристики определяют по результатам компрессионных испытаний нескольких образцов грунта. Отобранные для испытаний образцы грунта помещают в компрессионные приборы и уплотняют разными давлениями до условной стабилизации осадок. Затем образцы под приложенными к ним давлениями замачивают. Отсчеты по индикатору берут через 5, 30, 60 мин и далее через каждый час в течение 6 ч, на следующие сутки - два раза. Опыт считается законченным, если в течение суток показания индикатора отличались не более чем на 0,01 мм.

После завершения испытаний для каждого образца вычисляют относительное набухание По вычисленным значениям относительного набухания строят график зависимости этих величин от давления.

Методика выполнения и получаемые результаты для некоторых других видов лабораторных работ приведена в 7 разделе.

2.9 Состав и содержание отчета об инженерно- геологических изысканиях

В отчете подробно освещается геоморфология (рельеф района или участка, где проводилась инженерно-геологическая съемка или разведка), уделяется внимание геодинамическим процессам, которые могут развиваться в рассматриваемом районе, в т. ч. после изменения условий окружающей среды вследствие застройки территорий.

Основную часть отчета занимает подробное освещение на - пластования грунтов, рассматриваемых сверху вниз, и их физико-механических свойств. При этом обращается внимание на возможные изменения этих свойств во время строительства от метеорологических факторов, а также под воздействием тяжелых машин и механизмов, применяемых строителями при устройстве котлованов и фундаментных работах.

В отчете приводятся нормативные и расчетные характеристики грунтов для расчетов оснований и фундаментов по деформации и прочности (устойчивости). Кроме того, в нем должны содержаться сведения о грунтах, прорезаемых фундаментами, необходимые для расчета крепления стен котлованов.

Особо должен быть отмечен режим подземных вод каждого водоносного горизонта - появление подземных вод при бурении, установившийся их уровень и прогноз наиболее высокого положения уровня подземных вод в период строительства и эксплуатации сооружения. На основании лабораторных определений устанавливается агрессивность среды грунтовых вод и грунтов по отношению к бетону и в некоторых случаях к стали.

В заключении отчета подводится итог анализу полученных материалов и даются рекомендации по оценке грунтов как основания сооружения, по выбору типа фундаментов (на естественном основании, свайные фундаменты и др.) и прогноз изменения окружающей среды. Эти рекомендации инженера-геолога не являются обязательными для проектировщика, однако, в той или иной степени учитываются при проектировании.

После выводов в отчете помещаются приложения, к которым относятся данные лабораторных и полевых испытаний грунтов в виде таблицы и графиков, план участка с горизонталями, с расположением скважин и других выработок, а также существующих сооружений, колонки по выработкам, выполненным при настоящих и предшествующих изысканиях, геолого-литологические разрезы (продольные и поперечные). В некоторых случаях даются карты срезки на заданной глубине и кровли несущего слоя, инженерно-геологического районирования, карта гидроизогипс и др.

Правильный учет материалов, содержащихся в инженерно-геологическом отчете, позволяет находить наиболее рациональные решения при проектировании фундаментов и подземных частей сооружений.

2.10 Поиск строительных материалов

В состав инженерно-геологических изысканий, помимо отыскания выгоднейшего места для сооружения, входят также поиски строительных материалов.

Строительные материалы должны отвечать ряду требований, из которых главнейшими можно считать: соответствующее качество материалов и необходимый запас их, минимальные затраты на разработку и доставку их к месту строительства.

Требования к строительным материалам зависят от вида проектируемого сооружения, его класса и определяются соответствующими нормативными документами.

Наиболее важная характеристика качества каменных строительных материалов - их механическая прочность в сухом и водо-насыщенном состоянии, морозоустойчивость, удельный и объемный вес, пористость. Для песков важная характеристика - гранулометрический состав и содержание вредных примесей (глинистых частиц, гипса); для гравия важен также его петрографический состав, морозостойкость. Поиски строительных материалов ведутся на основе геолого-литологических карт и разрезов, карт четвертичных отложений и дополнительно выполняемых поисков и геологических съемок. Хорошо выполненные геологические карты и разрезы дают возможность видеть положение, соотношение и изменение продуктивной толщи и толщи вмещающих пород, тектонические нарушения, приуроченность строительного материала к определенным геологическим структурам. Необходимый масштаб геологической съемки зависит от размеров, месторождения и сложности геологического строения участка. Для месторождений, занимающих площадь несколько квадратных километров и имеющих несложное строение, съемки выполняются в масштабах 1:5000…1:10 000; для меньших месторождений, но имеющих сложное геологическое строение, нужны съемки в масштабах 1:1000…1:2000 с сечением рельефа через 2…0,5 м.

Поиск ведется одиночными маршрутами или проложением системы параллельных маршрутов, равномерно покрывающих отдельные площади. Маршруты прокладывают на расстоянии 10…250 м один от другого. По маршрутам ведется геологическая съемка и техническое нивелирование.

В процессе поисковых работ должно быть выяснено хотя бы приближенно качество строительного материала, его запасы, условия залегания и разработки, объем вскрышных работ, глубина залегания и водообильность встречаемых подземных вод. Для этого ведут разведочные работы: шурфование, рытье канав, бурение скважин.

Качество разведанных строительных материалов оценивают на основе испытаний образцов пород; при оценке результатов испытаний используют приближенные методы. Разработка естественных строительных материалов чаще всего выполняется открытым способом.

Подсчет запасов ведется на основе полученных в результате разведки планов и геологических разрезов, на которых указывается также качество материала.

2.11 Особенности инженерно-геологических изысканий при реконструкции

Для инженерно-геологических изысканий, проводимых при реконструкции сооружений, характерны следующие особенности:

стесненность территорий, на которых необходимо выполнять инженерно-геологические выработки;

наличие иногда достаточно богатого материала предшествовавших изысканий, проведенных при проектировании реконструируемых сооружений;

необходимость обследования конструкций, включая фундаменты сооружений, подлежащих реконструкции;

определение возможности увеличения нагрузки на основание без усиления существующих фундаментов;

оценка возможных осадок существующих фундаментов, к которым по проекту примыкают новые сооружения;

возможность отрывки котлована около загруженных существующих фундаментов;

оценка уплотненности грунтов в основании существующих фундаментов.

Иногда приходится устанавливать возможность проходки туннелей около существующих сооружений, изменения гидрогеологических условий, влияния динамических воздействий при строительстве на грунты основания существующего сооружения и др. Решение этих сложных вопросов в ряде случаев должно производиться по специальной программе, составляемой инженером-геологом и инженером-строителем.

Правильная оценка уплотненности грунтов в основании существующих сооружений во многих случаях позволяет существенно увеличивать нагрузки на уже загруженные по расчету фундаменты.

Инженерно-геологические изыскания являются составной частью работ, связанных с инженерными изысканиями при обследовании зданий и сооружений, подлежащих реконструкции. Инженерные изыскания ведутся в соответствии со СНиП «Инженерные изыскания для строительства» и предусматривают кроме выполнения различных работ по изучению состояния грунтов оснований и фундаментов проведение геодезической съемки положения колонн и цоколей зданий, а также крупноразмерных фундаментов с целью установления их неравномерных осадок (относительных смещений, кренов, прогибов и т.п.). Полученные данные позволяют судить не только о состоянии надфундаментных конструкций (имея в виду предельные значения деформации по СНиП 2.02.01-83), но и о наличии таких мест на площади

Задачей инженерно-геологических изысканий является:

- составление общего геологического разреза основания по глубине сжимаемой толщи;

- выявление гидрогеологического режима и химического состава подземных вод; определение физико-механических свойств грунтов на уровне подошвы фундаментов и ниже ее;

- установление соответствия новых материалов исследования архивным, если они имеются;

- определение возможности использования грунтов в качестве основания под реконструируемое с повышением нагрузок здание без их упрочнения или усиления фундаментов.

Состав работ по инженерно-геологическим изысканиям на площадке реконструируемого здания включает следующие виды работ:

- подбор технической документации, изучение инженерно-геологических и гидрогеологических условий по архивным материалам;

- назначение мест исследования грунтов оснований зондированием или бурением, а также определение уровня подземных вод;

- назначение необходимых глубин зондирования, бурения, шурфования, отбора образцов грунта ненарушенной структуры и проб подземных вод для последующих лабораторных исследований;

- исследование грунтов оснований зондированием или бурением;

- разработка шурфов, в том числе вблизи фундаментов, детальное обследование в них грунтов оснований и конструкций фундаментов с отбором монолитов грунта ненарушенной структуры;

- определение прочностных и деформационных свойств грунтов оснований в натурных условиях;

- лабораторные исследования физико-механических свойств грунта и химический анализ подземных вод для установления степени их агрессивности;

- выполнение поверочных расчетов оснований, составление заключения по инженерно-геологическим и гидрогеологическим условиям площадки.

Известно, что на территориях жилых микрорайонов, а также промышленных предприятий происходит существенное изменение гидрогеологических условий вследствие дренирующего воздействия инженерных коммуникаций, утечек из трубопроводов, технологических особенностей производства и т.п. Большое влияние на уровень подземных вод оказывает наличие промышленных прудов-отстойников, очистных сооружений, новых водохранилищ, проходящих вблизи каналов для орошения сельскохозяйственных угодий, частые поливы посевных площадей. Обычно на застроенных территориях уровень подземных вод существенно поднимается. Скорость его подъема может быть значительной и достигать 0,3-1,5 м/год. Учитывая то обстоятельство, что замачивание грунтов может коренным образом преобразовать прочностные и деформационные свойства грунтов оснований (например, просадочных, засоленных или набухающих), необходимо на стадии изысканий для проекта реконструкции жилого и промышленного комплекса выполнить прогноз подтопления площадки и изменения физико-механических свойств грунтов оснований. Целесообразно также выявить возможность изменения химического состава подземных вод.

До начала производства земляных работ от соответствующих организаций в установленном порядке должно быть получено разрешение на проходку шурфов, бурение скважин, зондирование, установку геодезических знаков. На действующих предприятиях эти работы должны быть согласованы с техническим отделом, главным энергетиком, главным электриком, службами связи и т.п. При выполнении подземных работ следует соблюдать правила техники безопасности, действующие в изыскательской организации, а также правила техники безопасности того предприятия, где выполняются указанные работы. После окончания бурения и шурфования выработки должны быть тщательно засыпаны с послойным трамбованием.

Таким образом, при реконструкции сооружений, предприятий и городов приходится по специальной программе производить дополнительные нестандартные и достаточно сложные изыскания.

2.12 Наблюдение за работой зданий и сооружений в период строительства и эксплуатации

В процессе строительства, когда инженерно-геологические изыскания проведены и по ним составлен отчет, включающий все материалы по обоснованию проекта зданий и сооружений, возникает еще много вопросов, на которые нельзя ответить без производства длительных (стационарных) наблюдений и которые нельзя, следовательно, рассмотреть в процессе проектирования. К таким вопросам относятся: установление величин осадки зданий и сооружений, вызванной их нагрузкой на грунт в условиях измененного гидродинамического режима подземных вод (обводнение, увеличение влажности, колебания уровня воды и др.); установление устойчивости искусственных откосов и естественных склонов, интенсивности эрозии, количественных показателей развития просадочности грунтов в основании зданий и сооружений (в частности каналов и напорных бассейнов) и распространения процессов просадочности в горизонтальном и вертикальном направлениях от центров зданий и сооружений; определение скорости движения осыпей, курумов, снежных накоплений (образующих периодически возникающие лавины), завалов и селевых выносов, а также скорости смещения солифлюкционных земляных масс; установление показателей величины современных тектонических движений, в особенности в основании сооружений, чувствительных к таким движениям; определение скорости процесса растворения соли (каменной соли, гипса) в основании плотин, происходящего вследствие фильтрации воды из верхнего бьефа в нижний (в конкретных гидравлических условиях работы сооружения), скорости и размеров зоны переработки берегов водохранилищ и крупных каналов, установление величины раздвижения береговых склонов речной долины после создания водохранилища.

В различных природных обстановках и соответственно конкретным условиям работы зданий и сооружений названные и другие подобные им процессы и явления, по которым нельзя было получить обстоятельных разъяснений при производстве инженерно-геологических изысканий, могут иметь весьма важное значение как в работе самих зданий и сооружений, так и в вызванных ими изменениях геологической среды. Эти изменения с рассматриваемой точки зрения носят негативный характер, поэтому инженерно-геологические наблюдения в процессе строительства и в послепостроечный период должны проводиться с особым вниманием и рассматриваться в качестве обязательного элемента строительства и работы построенного сооружения.

Наблюдения, как в профилактических, так и в конструктивных целях выполняют различными средствами наблюдений. Так, для наблюдений за осадками плотин производят стационарное прецизионное нивелирование, т.е. используют геодезические методы, а, кроме того, на плотине устанавливают специальные приборы, отмечающие величину осадки. На участках, вызывающих сомнения в их устойчивости, закладывают репера, а затем фототеодолитной съемкой устанавливают их смещение в горизонтальном и вертикальном направлениях.

При проектировании ирригационных систем для изучения режима грунтовых вод (естественных колебаний зеркала воды, химического и минералогического состава и температуры) закладывают режимные скважины, оборудованные фильтрами, и наблюдения ведут в течение одного года минимум. По данным наблюдений для каждого сезона составляют карты гидроизогипс и карты глубины залегания грунтовых вод. На эти карты накладывают карты минерализации и химического состава грунтовых вод. В результате режимные наблюдения отражают путем сопоставления сезонных карт общую гидравлическую и солевую динамику грунтовых вод в течение гидрологического года. Соответственно гидродинамическим характеристикам изучаемой территории на отдельных ее участках проводят наблюдения над изменениями влажности грунтов в зоне аэрации и колебаниями максимальной границы капиллярного поднятия.

Сейсмические явления регистрируются на специальных сеймостанциях и поэтому наблюдения за ними не входят в состав работ инженерно-геологической службы.

Данные всех наблюдений в послепостроечный период накапливаются, систематизируются и подвергаются тщательному анализу, на основе которого службы эксплуатации осуществляют соответствующие защитные строительные мероприятия.

Следует заметить, что наблюдения входят в задачи эксплуатации и должны предусматриваться ежегодными планами работ предприятия. Таким образом, инженерно-геологические исследования не заканчиваются в процессе составления проекта, а продолжаются в период строительства и эксплуатации зданий и сооружений. Эти исследования сводятся к наблюдениям над теми процессами и явлениями, которые возникают вследствие воздействия зданий и сооружений на геологическую среду и ставят своей задачею определить те мероприятия, которые необходимы для предупреждения ее нежелательных изменений, способных вызвать аварии и катастрофы и, больше того, ухудшить условия жизнеобитания человека.

Таким образом, наблюдения в послепостроечный период представляют особый вид исследований, которые можно рассматривать в качестве дополнительных к приведенным ранее инженерно-геологическим изысканиям.

По результатам наблюдений выполняют профилактические мероприятия, обеспечивающие временное прекращение, затухание развития явления, грозящего опасностью, и конструктивные мероприятия, ликвидирующие причины возникновения явлений. Профилактические мероприятия основываются на выявленном в результате наблюдений механизме развития явления, отражающего его динамику, что позволяет предупредить посредством определенных строительно-технических средств нежелательные последствия. Для этого в местах распространения тех или иных явлений устанавливают охранные зоны и соответственно характеру геологического явления регламентируются ограничительные правила пользования территорией зоны, например, устанавливаются нормы вырубки лесных массивов, регулирование поверхностного стока, распашки земель, сбросов поверхностных и промышленных вод, устройства котлованов, карьеров.

Профилактика, как результат натурных наблюдений, является, таким образом, мероприятием, предупреждающим возникновение и развитие неблагоприятных геологических явлений. Они сопровождаются разного рода пробными строительно-техническими мероприятиями (например, опробование таких средств, как дренаж).

Конструктивные мероприятия основываются на данных наблюдений и на мероприятиях, выполненных в профилактических целях. Конструктивно они могут представлять собой разнообразные подземные и наземные сооружения (шахты, туннели, штольни и др.), а также весьма сложные по своему характеру сооружения типа подпорных стенок, анкеровки, цементации искусственного уплотнения (например, лёссовых пород), обжига, замораживания грунтов и др.

3. Инженерно-геодезические изыскания

3.1 Назначение и состав инженерно-геодезических изысканий

Инженерно-геодезические изыскания проводятся для получения материалов, необходимых при проектировании и строительстве зданий и инженерных сооружений.

К инженерно-геодезическим изысканиям относятся:

- сбор и анализ материалов ранее выполненных геодезических работ: триангуляций, трилатераций, полигонометрии, нивелирных и съемочных сетей, топографических съемок;

- изучение топографических условий района будущего строительства;

- создание новых плановых и высотных геодезических сетей;

- создание съемочного обоснования;

- топографические съемки;

- трассировочные работы;

- разбивочные и съемочные работы при других видах изысканий: инженерно-геологических, гидрогеологических, гидрологических и т.д., специальные геодезические наблюдения;

- картографические работы.

Инженерно-геодезические изыскания ведутся с соблюдением требований и рекомендаций нормативных документов Главного управления геодезии и картографии. Основанием для проведения инженерно-геодезических изысканий служат техническое задание заказчика и полученное заказчиком разрешение на их проведение. В техническом задании приводятся сведения о предполагаемом строительстве, границах участков съемки, требуемый масштаб съемки и сроки представления материалов.

По каждому объекту строительства на основе техзадания и топографо-геодезической изученности территории составляют программу инженерно-геодезических изысканий, в которой должно быть дано обоснование предполагаемых видов геодезических и топографических работ, дан проект основных геодезических работ с расчетом точности, рекомендована методика измерений, инструменты и очередность работ. К программе прилагаются схемы и картограммы, дающие возможность установить местоположение объекта.

При наличии неблагоприятных физико-геологических процессов и явлений в районе намечаемого строительства в программе работ следует предусматривать проведение необходимых инструментальных наблюдений и специальных видов топографических съемок.

При небольших объемах изысканий, а также при изысканиях для строительства отдельных зданий и сооружений допускается выполнять изыскания по заданию на производство работ составленное проектной организацией.

3.2 Планово-высотная сеть и ее закрепление на местности

При инженерно-геодезических изысканиях геодезической основой топографических съемок служат опорные пункты государственной геодезической сети, нивелирной и съемочной геодезических сетей.

Государственная геодезическая сеть подразделяется на 4-е класса и 2-а разряда сгущения сети. Сеть 1-го и 2-го классов строится по единому перспективному плану и является основой для развития сети последующих классов. Работы по построению государственной геодезической сети 3-го и 4-го классов выполняются при топографических съемках. Сеть 4-го класса может строиться по топографо-геодезическим работам и при изысканиях для строительства. Пункты государственной геодезической сети определяют методами триангуляции, трилатерации и полигонометрии или их сочетаниями.

Нивелирная сеть подразделяется на II…IV классы. Пункты сети получают методом геометрического нивелирования.

Пункты съемочной геодезической сети получают с помощью теодолитных ходов или микротриангуляции.

Выбор места установки знаков

Пункты геодезической сети в зависимости от их назначения закрепляют центрами или реперами. При разработке конструкции геодезического центра или репера стремятся сделать его достаточно простым, дешевым и легким в изготовлении, чтобы он хорошо сопротивлялся воздействию экзогенных сил и в первую очередь выпучиванию и просадке.

Практика и специальные исследования показали, что долговременная устойчивость геодезических пунктов обеспечивается в случае, если правильно выбраны место и глубина закладки знака, применена наиболее правильная для конкретных условий конструкция центра (репера) и использована правильная методика закладки. При выборе места установки знака нужно обеспечивать не только выгоднейшие условия прохождения визирного луча, но и обращать внимание на условия оттока от знака поверхностных вод, на положение уровня грунтовых вод, на минеральный состав грунта.

При наличии выходов на поверхность скальных грунтов или при близком их расположении к дневной поверхности целесообразно геодезические центры и реперы устанавливать непосредственно на скале.

В мягких сезоннопромерзающих грунтах выгоднейшими местами для закладки геодезических пунктов являются сухие, возвышенные, задернованные участки, сложенные песчаными или супесчаными грунтами. Пониженные участки рельефа, как правило, создают наибольшие предпосылки для морозного пучения знаков.

При назначении глубины закладки геодезических пунктов в мягких сезоннопромерзающих грунтах обычно руководствуются единственным требованием, чтобы основная часть знака - его якорь - располагалась в непромерзающем слое грунта. Это исключает воздействие на якорь знака наиболее опасных нормальных пучащих сил.

При наличии на месте закладки геодезических пунктов просадочных грунтов, якорь должен располагаться в непросадочном слое, а при втором типе грунтовых условий по просадочности труба, идущая от якоря, должна быть защищена от действия сил отрицательного трения.

Конструкции знаков

Геодезический знак, предназначенный для установки в песчаных, суглинистых и глинистых грунтах сезонного промерзания, должен состоять из двух частей: якоря, обеспечивающего устойчивость знака, и верхней части, несущей точку (марку) с известными координатами, или точку (репер) с известной высотой. Близкое расположение марки (репера) к поверхности земли облегчает пользование знаком.

Якорь может представлять собой или бетонный монолит, или бетонную плиту массой около 100…150 кг, с которой жестко соединяется верхняя часть знака. Верхняя часть знака обычно состоит из металлической трубы диаметром 6…8 см, в верхнем срезе которой жестко закреплена марка, фиксирующая положение центра или репера, рис. 3.1. Марка закрывается чугунным колпаком с крышкой.

На незастроенных территориях или где невозможна закладка стенного знака и при близком расположении скальных пород (глубина до 0,8 м) устанавливают марки, конструкции которых приведенные на рис. 3.2. Для их устройства в скале делают небольшое углубление, в котором цементируют марку. Над маркой на бетонной подушке устанавливают бетонный монолит в виде усеченной четырехгранной пирамиды. Высота монолита назначается такой, чтобы марка, вбетонированная в его верхнее основание, оказалась на уровне поверхности земли. Верхняя и нижняя марки должны находится на одной вертикали.

В условиях застройки для закрепления геодезических сетей используют центры, которые «пристреливают» или закрепляют к стене или цоколю здания, рис. 3.3, 3.4.

Рис. 3.1. Центр пункта триангуляции, трилатерапии и полигонометрии 2, 3, 4-го классов, устраиваемый в городских условиях

Рис. 3.2. Центр пункта триангуляции, трилатерации, полигонометрии, устраиваемый в скальных грунтах.

1 - бетонный монолит; 2 - скальный грунт;

3 - бетонная подушка; 4 - бетонная плита.

Рис. 3.3. Стенной знак пункта полигонометрии 2 - 4-го классов.

1 - начальные буквы наименования организации, проводящей геодезические работы; 2 - отверстие для установки визирного приспособления.

Рис. 3.4. Стенной знак пункта полигонометрии 2 - 4-го классов и 1-го и 2-го разрядов.

1 - отверстие 2 мм; 2 - начальные буквы организации (Главное Управление Геодезии и Картографии); 3 - стакан из малоуглеродистой стали; 4 - номер знака; 5 - дюбель-гвоздь.

Рис. 3.5. Наземный рабочий центр

1 - дюбель-гвоздь; 2 - шаровый диск; 3 - начальные буквы названия организации, установившей знак.

Наземные рабочие центры геодезических сетей закрепляют путем их «пристреливания» к дорожному покрытию или обетонирования в местах без твердого покрытия, рис. 3.5.

3.3 Крупномасштабные топографические съемки

К крупномасштабным относят съемки в масштабах 1:5000, 1:2000, 1:1000, 1:500.

При выборе масштаба съемки руководствуются назначением изысканий, размерами снимаемой территории, сложностью рельефа и насыщенностью территории элементами ситуации (застроенностью).

На планах показывают все элементы ситуации, размеры которых позволяют изобразить их в масштабе плана или стандартными условными знаками. Рельеф местности изображают на планах горизонталями, и вспомогательными горизонталями в сочетании с условными знаками и отметками, округляемыми до 1 см.

Основной метод съемок в масштабах 1:5000, 1:2000 в настоящее время - метод, основанный на использовании материалов аэрофотосъемки. Мензульную и тахеометрическую съемки преимущественно применяют для съемки небольших участков и в масштабах 1:1000, 1:500, когда применение аэрофотосъемки экономически неоправданно. Для этих целей также может использоваться фототеодолитная съемка. Аэротопографические съемки применяют для всех масштабов и выполняют стереотопографическим или комбинированным методами.

Рассмотрим особенности каждого из методов.

При стереотопографическом методе а э р о т о п о г р а ф и - ч е с к о й съемки нанесение на план элементов ситуации и рисовку рельефа выполняют в камеральных условиях на стереоприборах. При комбинированном методе - на основе полевой привязки аэроснимков создают фотоплан; рисовку рельефа на фотоплане производят в полевых условиях при помощи мензулы. При создании планов масштаба 1:5000, 1:2000 предпочтение отдается стереотопографическому методу, поскольку, он оказывается экономически более выгодным, чем комбинированный, кроме тех случаев, когда стереоскопический метод не обеспечивает требуемой точности рисовки рельефа (плоско-равнинная местность).

Съемочные работы в масштабах 1: 1000 и 1: 500 на незастроенных площадях, как правило, выполняют при помощи мензулы, тахеометра или методом нивелирования по квадратам.

М е н з у л ь н у ю и т а х е о м е т р и ч е с к у ю съемки ведут с пунктов опорной геодезической сети и пунктов съемочного обоснования, а также с точек мензульных и тахеометрических ходов, с соблюдением регламентированных соответствующими инструкциями расстояний до пикетных точек, длин и невязок ходов и других требований.

В условиях равнинной местности, на незастроенных территориях, для более точного выполнения вертикальной съемки по характерным формам рельефа прокладывают ходы технического нивелирования с разбивкой и нивелированием поперечников.

На застроенных территориях съемку в масштабах 1:1000 и 1: 500 ведут комбинированным способом - основную застройку и инженерные сети снимают аналитическим методом, а второстепенные контуры и временные постройки - при помощи мензулы. При аналитическом методе съемку ведут с точек и линий съемочного обоснования, а также с пунктов полигонометрии. При съемке применяются полярный метод, метод перпендикуляров, линейных и угловых засечек. Ответственные, многоэтажные (опорные) здания координируют, т.е. положение их углов определяют аналитически.

Помимо названных работ производят детальный обмер зданий с показом всех выступающих и вдающихся элементов и промеры расстояний между соседними зданиями. Результаты обмеров заносят в специальный абрисный журнал.

Высотную съемку ведут с опорой на созданную ранее сеть точек нивелирных ходов.

При съемке открытых ровных площадок с однообразной ситуацией широко используют метод квадратов. На снимаемой площади разбивают сетку квадратов 40 х 40 м или 20 х 20 м, а иногда и более мелких; элементы ситуации снимают промерами рулеткой от ближайших вершин квадратов, высоты определяют нивелированием по квадратам. Наиболее часто метод квадратов применяют при съемке площадей, отводимых под строительство аэропортов, на с/х площадях, отводимых под орошение.

В условиях городской и промышленной застройки, а также на участках с сильно пересеченным рельефом можно успешно вести наземную ф о т о т.е. о д о л и т н у ю съемку. Накоплен достаточный опыт применения фототеодолитной съемки для названных условий, который подтвердил ее целесообразность, например документальность, не утрачиваемую со временем (при желании снимки можно вновь подвергнуть обработке); возможность получить дополнительную информацию о местности и застройке (архитектурные элементы застройки).

Создание крупномасштабных инженерных планов с использованием материалов а э р о ф о т о с ъ е м к и имеет некоторую специфику по сравнению с общетопографическими съемками, особенно выраженную в условиях сильно застроенных территорий промышленных предприятий, населенных мест и городов. На этих территориях всегда имеется большое число разного рода важных объектов: наземных, надземных и подземных сооружений (коммуникаций), которые, как правило, не опознаются на снимках и для их показа требуется провести большой объем работ по полевому дешифрированию с применением инструментальных методов привязки.

На таких площадках целесообразно перед аэрофотосъемочным залетом провести маркировку всех геодезических пунктов с тем, чтобы они могли быть легко опознаны на снимках и использованы при обработке и дешифрировании аэроснимков.

При наличии на снимаемой территории высоких зданий контур таких сооружений оказывается искаженным, и для правильного изображения здания должны вводиться соответствующие поправки.

3.4 Съемка подземных инженерных коммуникаций

На застроенных территориях обычно находится густая сеть подземных коммуникаций: трубопроводы, кабельные сети. Эти сооружения должны быть показаны на крупномасштабных планах.

Наиболее просто съемку трубопроводов и кабелей проводить в процессе их укладки, в не засыпанных траншеях. Такая съемка называется исполнительной (текущей). Уложенные ранее подземные коммуникации определяют при крупномасштабной аэрофотосъемке по маркированным колодцам и выходам сетей, демаскирующим признакам засыпанных траншей и ранее составленным исполнительным планам, чертежам и схемам. Если исполнительная документация отсутствует, то довольно часто прибегают к шурфованию - устройству поперечных траншей. Однако этот дорогостоящий метод поиска и съемки подземных коммуникаций не гарантирован от ошибок, особенно при бесколодезных поворотах подземных трубопроводов и кабелей. Наиболее полным и точным является поиск подземных коммуникаций трубокабелеискателями. Эти приборы хорошо работают в условиях не очень густой сети подземных коммуникаций. Если же сеть коммуникаций многочисленная, то в силу возникающих электрических помех задача разделения и точного определения положения каждой линии становится затруднительной.

Съемка ведется по участкам или отдельным видам коммуникаций (канализация, водопровод, теплофикация, газопровод, нефтепровод, слаботочные сети и силовые кабели).

При съемке подземных коммуникаций определяют координаты их углов поворота, центров колодцев, мест пересечений с другими коммуникациями, измеряют диаметры труб и расстояния между колодцами, уклоны, выявляют вводы отдельных сетей в здания и сооружения, определяют отметки дна и бровок котлованов и траншей, лотков и крышек колодцев, верха труб и др. При съемке подземных сооружений в процессе обмерных работ используют специальные приборы и приспособления: щупы, угольники, рулетки, диаметромеры и др.

Съемка в плане подземных коммуникаций и сооружений на застроенных территориях производится обычно линейными промерами (не менее трех) с привязкой к капитальным зданиям и сооружениям или к точкам опорной геодезической сети и съемочного обоснования. При съемке применяют также способы перпендикуляров, створов и др. На незастроенных территориях съемка производится с точек опорной сети и съемочного обоснования аналитическим или графическим способом.

Вертикальная съемка подземных коммуникаций и сооружений выполняется геометрическим техническим нивелированием или нивелированием IV класса (для самотечных сетей) с привязкой к пунктам опорных геодезических сетей и съемочного обоснования.

По результатам съемок составляют планы подземных коммуникаций в масштабах 1:5000 - 1:500. На планах показывают схемы размещения существующих сетей подземных коммуникаций, указывают их назначение и основные характеристики. Результаты плановой и высотной привязки вскрытых или обнаруженных участков подземных сетей заносят в специальный абрисный журнал.

4. Инженерно-гидрометеорологические изыскания

4.1 Роль гидрологических изысканий

В основе гидрологических изысканий лежит наука, занимающаяся изучением водного режима рек и водоемов и именуемая гидрологией суши.

Гидрология суши тесно связана с климатологией, метеорологией, почвоведением, гидрогеологией, гидравликой, геодезией, математикой и другими науками. В настоящее время нет ни одной отрасли народного хозяйства, которая в той или иной степени не была бы связана с гидрологией. Без наличия необходимых сведений из гидрологии невозможно проектировать инженерные сооружения. Расчет запасов водных ресурсов для снабжения городов и промышленных объектов, для орошения сельскохозяйственных угодий, выявление режима временных и постоянных водотоков для строительства мостов, плотин и гидростанций - все это требует специальных многолетних наблюдений за уровнями воды, скоростью течения, расходами воды, определения направления струй и уклонов потока, учета наносов, химизма воды и многого другого. Для получения этих данных устраивают специальные водомерные посты и гидрометрические станции.

В системе гидрометеорологической службы Украины, ведущей регулярные наблюдения на реках и озерах, насчитывается несколько сот водомерных постов и гидрометрических станций, которые более или менее равномерно расположены на территории нашей страны. Кроме того, отдельные ведомства устраивают сеть своих временных ведомственных постов, предназначенных для решения задач проектирования и строительства инженерных сооружений.

Таким образом, можно заключить, что гидрометеорологическая служба занимается общим комплексным изучением гидрологических процессов и их закономерностей на всей территории страны с целью удовлетворения разнообразных нужд различных отраслей хозяйства. Ведомственные станции и посты решают более узкие и конкретные задачи, связанные со строительством определенных видов сооружений.

Гидрологические изыскания необходимы при строительстве многих сооружений, и особенно при проектировании мостовых переходов, гидротехнических сооружений. Движущаяся вода обычно перемещает какое-то количество частиц грунта - наносов. Учет наносов важен при назначении проектных уклонов оросительных и водопроводных каналов, которые в ходе эксплуатации должны обеспечивать неразмываемость и незаиляемость каналов, а также при определении так называемого мертвого объема водохранилищ.

4.2 Речная система

Под речной системой понимают главную реку и сеть притоков 1, II, III и т.д. порядков. Площадь, с которой вода стекает в данную реку, называют водосборной, или просто водосбором, и выражают ее в квадратных километрах, рис. 4.1. Ту часть поверхности, из которой вода поступает в реку, называют бассейном. Размеры и конфигурация бассейна важная характеристика речной системы, поскольку они влияют на величину и характер стока.

Речным стоком называют общее количество воды, поступающей в реку из разных источников.

Рис. 4.1. Речная система.

I, II, III, притоки соответственно 1, 2 и 3 порядков.

Конфигурация или форма бассейна определяется его протяженностью, шириной, асимметрией, характером нарастания площади бассейна.

За протяженность бассейна принимают расстояние от истока до наиболее удаленной ее точки.

Характер нарастания площади бассейна обычно представляется в виде графика, на котором показывается постепенное увеличение площади бассейна за счет участков, непосредственно прилегающих к главной реке и увеличения площади за счет площадей бассейнов притоков.

Площади бассейна и его частей обычно определяют по картам, при помощи планиметра. Точность такого определения зависит масштаба карты, размеров и формы обводимой площади; обычно она составляет??? величины площади. Для получения площади бассейна с более высокой точностью необходимо произвести комплекс полевых геодезических работ. Такие работы, в частности, приходится выполнять при определении площадей бассейнов малых водотоков, для проектирования искусственных сооружений (мосты, трубы) на дорогах. Касаясь характеристики самой реки, нужно, прежде всего, выделить ее основные части: исток, верховье, среднее течение, низовье. Истоком реки может быть родник, озеро, болото, тающие в горах снег и ледники.

Разграничение реки на три участка (верховье, среднее течение, низовье) несколько условно и имеет смысл лишь для рек значительного протяжения.

Место, где река впадает в море, озеро или другую реку, называют устьем. При впадении в море реки образуют различные по форме устья, например, дельты, лиманы, губы, фиорды.

4.3 Река и ее характеристики

Важные характеристики реки - ее длина, падение, уклоны, скорости течения и расходы.

Длину реки чаще всего определяют по карте, посредством малого (1-2 мм) раствора измерителя. Для этого всю длину реки делят на небольшие участки (между устьями впадающих притоков) и измеряют их в прямом и обратном направлениях, не допуская расхождений между результатами более 2%. Если река имеет много мелких извилин, не доступных для измерений на карте, то необходимо среднее значение длины (из прямого и обратного ходов) умножить на коэффициент извилистости, который определяют на основе сравнения характера реки на карте. Для приближенных измерений длин рек можно пользоваться курвиметром.

Продольный уклон непрерывно изменяется и в пределах одной реки: в верховье он обычно больше, а по мере продвижения к устью убывает. При изучении продольного профиля реки можно выделить в ней отдельные участки, характеризующиеся сравнительно большими глубинами и спокойным течением - это плёсы и участки с малыми глубинами и более быстрым течением - перекаты. Уклоны водотоков изменяются во времени, а также при проходе паводков. Линия, соединяющая точки русла с наибольшими глубинами, называется динамической осью потока или фарватером; на судоходных реках фарватером называют полосу водной поверхности (отмеченную специальными знаками - бакенами), в пределах которой гарантированы определенные глубины.

Уклоны рек выражаются десятичными дробями или в промилле. Уклоны могут быть найдены по карте, по имеющимся на ней отметкам урезов воды или, что точнее, непосредственно на местности путем нивелирования урезов воды. Точность нивелирования зависит от величины уклона реки: чем больше уклон, тем ниже может быть класс нивелирования. Обычно для этой цели применяется нивелирование IV или III класса, иногда II класса.

Наряду с продольным уклоном может быть и поперечный уклон реки, т.е. такой случай, когда уровень воды у одного берега выше, чем у другого. Причин для такого перекоса водной поверхности несколько: вращение Земли (Кориолисово ускорение), кривизна русла (центробежная сила), Поперечный уклон реки может быть вызван также ветром, дующим в перпендикулярном к реке направлении. Величина перекоса в таком случае может достигать нескольких дециметров; она зависит от ширины реки и силы ветра.

Зеркало воды в поперечном сечении реки может иметь выпуклую и вогнутую поверхность в связи с быстрым подъемом воды в реке в периоды половодий и паводков и быстрым спадом после прохождения высоких уровней.

Следующие характеристики реки относятся к ее живому сечению. Живым, или водным сечением называется площадь, нормально расположенная к направлению течения реки и заполненная текущей водой (для линейных сооружений довольно часто уровнем воды в реке пользуются для передачи отметки с одного берега на другой).

4.4 Инженерно-метеорологические изыскания

Инженерно-метеорологические изыскания производятся для того, чтобы выяснить влияние различных физических явлений и процессов, происходящих в атмосфере, на возведение и эксплуатацию инженерных сооружений, на их надежность и долговечность. Например, инженерно-метеорологические изыскания крайне необходимы для учета динамического действия ветровой нагрузки на гибкие сооружения. Под влиянием ветра эти сооружения испытывают колебания, которые происходят не только вдоль, но и поперек ветрового потока. При проектировании аэропортов и линий электропередач учитываются материалы наблюдений за грозами, гололедом и ветром. Инженерно-метеорологические изыскания выполняются в тесной связи с инженерно-гидрологическими изысканиями.

Для гидрологических расчетов с использованием уравнения водного баланса, для расчетов стока и максимальных расходов требуются данные об осадках. Испарение учитывается как при гидрологических расчетах, так и для определения потерь воды в водохранилищах, каналах и т.п. Изучение силы и направления ветра является важным для характеристики уровненного режима озер и водохранилищ. Под действием ветра происходят нагоны и сгоны, которые оказывают влияние на напор гидростанций и учитываются при расчетах размеров волны и т.п.

При оценке точности выполнения геодезических измерений влияние метеофакторов объединяют в один общий источник ошибок - влияние внешней среды. Вводятся метеопоправки при измерении расстояний свето- и радиодальномерами, поправки за горизонтальную и вертикальную рефракцию при измерении углов, поправки за изменение длины мерных приборов от температуры и др.

При исследовании атмосферных явлений и процессов находят их количественные и качественные характеристики. Эти характеристики называют метеорологическими элементами. Число их достаточно велико. Основными являются следующие характеристики: температура воздуха, атмосферное давление, влажность воздуха, скорость и направление ветра, облачность. В основном, эти данные получают на основе постоянных наблюдений на стационарных станциях или постах. Полученные данные систематических наблюдений обобщают и они используются как справочно-нормативные при проектировании зданий и сооружений.

5. Экономические и экологические изыскания

5.1 Роль и содержание экономических изысканий

Роль и содержание экономических изысканий зависят от вида инженерного сооружения. Например, для промышленных объектов экономические изыскания призваны: определить экономическую целесообразность размещения сооружения в данном месте с учетом обеспечения его сырьем, топливом, электроэнергией, водой, газом, а также выяснить условия реализации готовой продукции; определить наиболее выгодные пути и средства сообщения внутри района и условия примыкания к сети существующих дорог; установить возможность кооперирования объекта с существующими и строящимися предприятиями; выяснить перспективы расселения рабочих и служащих на период строительства и эксплуатации сооружения.

При проектировании объектов транспорта экономические изыскания дают возможность определить выгоднейший вид транспорта (автомобильный, железнодорожный, водный), установить наиболее рациональное прохождение трассы на местности, размеры грузовых и пассажирских перевозок, определить основные параметры сооружения.

Экономические изыскания при проектировании городов и рабочих поселков ведутся в несколько меньшем объеме, так как отпадает надобность в сборе сведений о сырьевой базе и потребителях продукции. Экономические изыскания на таких объектах должны определить численность населения и перспективы его роста, степень занятости, степень обеспеченности населения жилой площадью, установить степень и перспективы развития промышленности, транспорта, сети культурно-бытовых предприятий; наличие свободных территорий для возведения зданий и мест организации отдыха

Основной состав работ при экономических изысканиях - это обследования и сбор материалов на район строительства, обработка, систематизация и анализ собранных материалов. Детальный перечень собираемых сведений, естественно, зависит от типа проектируемого сооружения, и в одних случаях (на автомобильных и железных дорогах) он сводится к получению данных о перспективных размерах грузовых и пассажирских перевозок, в других - к сбору сведений о существующих промышленных предприятиях и их продукции, о возможности хозяйственной и технологической связи с ними, об энергоснабжении, о сырьевых ресурсах района, о путях сообщения, об условиях будущего строительства и подготовки к нему.

Независимо от вида сооружения при экономических изысканиях необходимо выяснить условия обеспечения будущего строительства строительными материалами (цементом, песком, гравием, глиной, бутовым камнем) и элементами сборных конструкций.

Экономические изыскания являются основой технико-экономического обоснования инвестиций (ТЭО инвестиций). На их основе выявляется необходимость и целесообразность строительства и реконструкции промышленных объектов, их техническую осуществимо и эффективность инвестиций. Для разработки эскизного проекта экономические изыскания часто ведутся без привязки сооружения к конкретному месту. Для дорог, например, без определения положения дороги и ее конечных пунктов (заданы могут быть лишь взаимосвязываемые экономические районы). При промышленном строительстве необходимость таких изысканиях возникает в случаях проектирования сложных и крупных промышленных комплексов, когда прежде всего должны быть выяснены общие перспективы экономического развития района в целом. Экономические изыскания на стадии «проект» ведутся для проектирования конкретного сооружения с привязкой его к определенной местности: плотины - к створу на реке, дороги - к пунктам примыкания, промышленного или гражданского сооружения - к выделенному участку территории. Экономические изыскания в этом случае должны охватить не только участок будущего строительства, но и прилегающие районы.

5.2 Экономическое сравнение вариантов

В ходе проектирования инженерных сооружений, особенно транспортных и гидротехнических, естественно, возникает несколько возможных решений проектной задачи, в большей или меньшей степени удовлетворяющих поставленным требованиям. Каждое из таких решений называют вариантом. Довольно часто при изысканиях возникает от двух до пяти вариантов, а иногда и более. Сравнение таких конкурирующих вариантов позволяет находить наилучшее решение задачи. Привлекать большое число вариантов нецелесообразно, так как в этом случае преимущество одного варианта над другим часто оказывается несущественным, а расчеты по большому числу вариантов удлиняют сроки принятия окончательного решения.

Экономические показатели варианта отражаются в сметной документации. Подсчет стоимости по каждому варианту ведется с учетом затрат на строительство и последующий период эксплуатации сооружения. При подсчетах стоимости строительства должны учитываться два основных вида затрат:

а) непосредственно на строительство сооружения или прямые затраты;

б) на другие работы, обусловленные строительством сооружения, или дополнительные затраты.

Прямые затраты складываются из стоимости рабочей силы, стройматериалов, готовых конструкций, расходов на транспорт, электроэнергию, эксплуатацию строительных машин и др. Они характеризуют, например, стоимость 1 м³ земляной плотины, 1 пог. км дороги, трубопровода, тоннеля.

Появление дополнительных затрат обусловлено тем, что возводимое сооружение приходит в соприкосновение с окружающей местностью и в той или иной мере воздействует на нее. Например, строительство плотины на реке ведет к образованию водохранилища, в зону затопления которого может попасть множество объектов, требующих их переноса, переустройства пли защиты, рис. 5.1. Часть объектов, таких, как дороги, линии связи, линии электропередач, сельскохозяйственные угодья, при этом целиком утрачиваются. Все это наносит ущерб хозяйству, требует значительных дополнительных денежных затрат.

Рис. 5.1. Характер изменения площади затопления с изменением уровня верхнего бьефа

Размеры дополнительных затрат зависят от вида сооружения. Из приведенного выше примера, рис. 5.1, очевидно, что при строительстве ГЭС дополнительные затраты могут быть весьма значительными. Роль дополнительных затрат при гидротехническом строительстве существенна еще и потому, что величина их в определенной мере влияет на основные параметры сооружения. Действительно выше уровня верхнего бьефа напор Н и как результат мощность ГЭС. В то же время с увеличением высоты плотины увеличивается, иногда очень резко, площадь затопления и, следовательно, дополнительные затраты. В этом случае только материалы экономических изысканий позволяют выбрать оптимальный вариант ГЭС, т.е. одного из главных параметров гидротехнического сооружения.

Дополнительные затраты на других видах сооружений обычно меньше и влияние их на технические параметры сооружений не столь велико.

5.3 Экологические изыскания

Строительство и эксплуатация разнообразных по своему назначению зданий и сооружений неизбежно вызывают нежелательные изменения в окружающей среде: нарушается естественный режим поверхностных и подземных вод, истощаются их запасы, загрязняется окружающая среда отходами производства, в результате повышения уровня грунтовых вод подтапливаются большие территории и т.д. Крупные города и промышленные центры загрязняют атмосферу и существенно изменяют климатические условия. В результате хозяйственной деятельности человека преобразуются природные ландшафты и изменяется рельеф земной поверхности. Поэтому на стадии изысканий ставится задача подбора для застройки экологически менее ценных участков с низко плодородными почвами или вообще лишенными почвенного покрова, неудобные в обработке и т.д.

Развитие строительства в нашей стране, реконструкция и перепрофилирование производств приводят к необходимости законодательного регулирования взаимоотношений человека с окружающей природной средой, направленного на рациональное использование им природных богатств, их сохранение и приумножение. Поскольку основная задача инженерных изысканий - изучение природных условий строительства, то не вызывает сомнения, насколько важна их роль в соблюдении принятых законоположений по охране окружающей среды.

Прежде всего, соблюдать эти законы необходимо при выполнении инженерных изысканий. Это значит, что при подготовке к изыскательским работам следует предусматривать и осуществлять меры предупредительного характера, исключающие возможность необоснованных потрав сельскохозяйственных культур, вырубку леса, загрязнения поверхностных и подземных вод, возникновения пожаров, гибели диких животных и птиц. Кроме того, необходимо избегать вмешательства в естественный ход природных процессов, в частности, не вызывать возникновения или активизации оползней, протаивания мерзлых грунтов, замачивания просадочных и набухающих грунтов. По завершении изысканий необходимо проводить ликвидационные работы (качественный тампонаж скважин, особенно тех, которые вскрыли водоносные горизонты, засыпку шурфов, других горных выработок и выемок и др.) и восстановительные мероприятия, обеспечивающие дальнейшее использование угодий в сельском, лесном или рыбном хозяйстве. Особое внимание следует уделять восстановлению почвенного покрова на тех участках, где он был нарушен.

Этим, однако, не ограничивается роль изыскателей в охране природы. Изыскатель участвует в выборе строительной площадки или трассы, он первым приходит на место будущего строительства и всесторонне изучает его природные условия, чтобы учесть их в проекте будущего сооружения. Поэтому материалы изысканий и выработанные изыскателями рекомендации должны способствовать выбору такого местоположения зданий и сооружений проектируемого объекта, где бы их строительство и эксплуатация в минимальной степени нарушали естественный ход природных процессов в нежелательном для окружающей среды направлении, не вызывали появления и развития антропогенных процессов, пагубно влияющих на устойчивость зданий и сооружений, а также на окружающую природу.

При обосновании решения последующих проектных задач (компоновке зданий и сооружений на выбранной строительной площадке, разработке расчетных схем зданий и сооружений) изыскатель также обязан ориентировать проектировщика на то, чтобы принимаемые проектные решения наиболее полно соответствовали местным природным условиям строительства, чтобы каждое здание и сооружение проектируемого объекта было вписано в существующую природную среду. Такой подход будет способствовать не только повышению эффективности капитальных вложений в строительство, но и охране окружающей среды от вредного воздействия на нее хозяйственной деятельности человека.

Особое значение в соблюдении природоохранных требований приобретают формулируемые изыскателями рекомендации по производству строительных работ, которые далеко не всегда осуществляются строителями. Поэтому на строительстве всех крупных объектов в группу авторского надзора за производством строительных работ обязательно должны быть включены изыскатели. Их участие в надзоре будет способствовать более строгому выполнению рекомендаций по охране природы.

Однако как бы тщательно не был разработан проект, во многих случаях избежать вредных последствий от воздействия построенного объекта на окружающую среду нельзя. Строительство гидроэлектростанций, например, всегда сопряжено с затоплением и подтоплением больших территорий, что существенно изменяет природные условия на многие километры вокруг. Любое промышленное производство неизбежно влияет на окружающую среду, загрязняя своими отходами воздух, подземные и поверхностные воды, изменяя тепловой, радиационный и водный балансы на окружающей территории и т.д. Все это вызывает необходимость осуществления защитных мероприятий, эффективность и действенность которых часто определяются качеством выданных изыскателями прогнозов изменения природных условий под воздействием строительства и эксплуатации зданий и сооружений проектируемого объекта. Разработка обоснованных и качественных прогнозов возможна, если в процессе изысканий будут вскрыты и изучены основные закономерности и причинные взаимосвязи между отдельными компонентами природных условий, проанализированы возможные и наиболее вероятные их изменения в результате хозяйственной деятельности человека в целом и под влиянием строящегося сооружения в частности. По этой причине роль и значение изысканий в соблюдении основ земельного и водного законодательств и законов об охране природы и недр при строительном освоении территории резко повышаются. Правильно составленный прогноз позволяет разработать эффективные предупредительные или защитные мероприятия, которые в свою очередь будут способствовать сохранению в сфере материального производства земельных ресурсов страны сохранению и рациональному использованию других природных богатств.

Во многих случаях направленность и интенсивность развития прогнозируемых процессов не всегда отвечает наблюдаемым. Например, очень много ценных земельных угодий было утрачено в результате непредвиденной по своим масштабам переработки берегов водохранилищ, созданных на самой крупной реке страны - Днепре. Совершенно неожиданным явилось подтопление территорий некоторых крупных городов, металлургических и химических заводов и даже элеваторов грунтовыми водами. Сравнительно недавно выявлены причины оседания земной поверхности в пределах крупных городов, водоснабжение которых осуществляется за счет подземных, вод и т.д. Эти факты свидетельствуют о необходимости сосредоточения и интенсификации усилий научных коллективов на разработку прогнозов изменения природных условий под влиянием хозяйственной деятельности человека в том числе и его инженерно-строительной деятельности.

Соблюдение основ земельного и водного законодательств, законов об охране природы и недр при строительстве, включая выполнение инженерных изысканий, следует рассматривать в трех аспектах:

соблюдение указанных законоположений при выполнении работ, связанных с инженерными изысканиями;

материалы инженерных изысканий должны включать полный комплекс исходных материалов, которые будут способствовать созданию таких проектов зданий и сооружений, осуществление которых на практике будет минимально изменять природные условия;

На основе материалов изысканий должны быть разработаны прогнозы возможного изменения природных условий под влиянием инженерно-строительной деятельности человека, а также предусмотрены эффективные предупредительные и защитные мероприятия, направленные на уменьшение степени этого влияния.

При планировании развития индустриальных районов необходимо учитывать возможность возникновения экологических перегрузок. Чтобы совместить экономические требования и задачи охраны природы, необходимо жесткое лимитирование в такой местности тех производств, которые могут быть без особых неудобств размещены в других регионах. Примером таких перегрузок может служить Донбасс.

6. Историко-архитектурные изыскания

Историко-архитектурные и культурологические изыскания, которые более точно можно определить как исследования, проводятся при реставрации культурных памятников и памятников архитектуры

Реставрация памятника обязательно должна опираться на многосторонние комплексные исследования. Они начинаются уже на стадии предварительного ознакомления с объектом, когда, выполняются схематические обмеры и ознакомление с первичными сведениями, содержащимися в документации, хранящейся в государственных органах охраны памятников и в наиболее доступной литературе. Цель этих работ - составить первичное представление о сооружении, подлежащем реставрации, дать общую оценку его художественных особенностей в существующем состоянии, степени искажения позднейшими перестройками и технической сохранности. До раскрытия памятника, опираясь на одно лишь визуальное ознакомление с ним, дать подобную оценку можно лишь очень приближенно, но и для этого от архитектора и от инженера, которые выполняют работы совместно, требуются большие знания и опыт. На основании предварительного обследования устанавливаются объем, состав и направленность дальнейших исследовательских работ.

Программа исследования должна включать цикл работ по архитектурному изучению памятника и цикл инженерно-технических изысканий. Важно, чтобы эти циклы были взаимно увязаны для получения наиболее полной и всесторонней исследовательской картины, без которой невозможно правильное решение реставрационных задач.

Цикл архитектурного изучения памятника призван с максимальной полнотой осветить строительную историю памятника, выявить сохранившиеся остатки утраченных архитектурных форм, определить возможность их документально точного восстановления. В этот цикл входят работы, осуществляемые вне памятника, и исследования самого сооружения в натуре. Вне памятника выполняется сбор исторических данных о нем, дошедших в виде текста или графических материалов. Натурные исследования включают работы по фиксации памятника, археологическому и зондажному раскрытию. Кроме того, для более глубокого понимания изучаемого памятника обычно оказывается необходимым собрать сведения о других сооружениях соответствующего времени и территории, так называемых аналогиях. Кроме того, в ряде случаев оказывается необходимым привлечение художника-реставратора для установления наличия или отсутствия на памятнике росписей, покрасок, ценных элементов отделки, степени их сохранности и технического состояния.

Главная задача инженерно-технического цикла исследований - выявить техническое состояние памятника, причины и факторы происходящих разрушительных процессов, наметить необходимые технические меры для обеспечения длительной сохранности его конструкций и декоративного убранства. Для этого необходимо изучение гидрологических условий территории, на которой находится памятник, и состояния его конструкций. Изучение конструкций обычно производится путем их вскрытия в виде шурфов или зондажей, позволяющих установить состояние кладки фундаментов и стен, наличие скрытых трещин, поражения балок и стропил и т.п. Важная часть исследования - лабораторное изучение строительных материалов памятника, при помощи которых определяются их химический состав, комплекс физико-механических свойств и состояние. В частности, для разработки технологических рекомендаций и подбора новых реставрационных материалов первостепенное значение имеют такие свойства, как механическая прочность, морозостойкость, пористость, водопоглощение, паропроницаемость и такие показатели состояния, как влажность и засоленность. При определении причин разрушения важно также выявить зараженность конструкций памятника различными видами биоразрушителей: грибами, водорослями, микроорганизмами и т.п. Для определения надежности металлических конструкций большое значение имеет исследование кристаллической структуры. Наряду с этим лабораторные исследования материалов позволяют ответить и на ряд вопросов архитектурного изучения памятника.

Процессы разрушения материалов теснейшим образом связаны с условиями, в которых эти материалы находятся, в первую очередь с температурой и влажностью. В последнее время изучение температурно-влажностного режима занимает все большее место в комплексе реставрационных инженерно-технических исследований. Особенно велико значение изучения и нормализации температурно-влажностного режима для памятников, имеющих настенные росписи, лепнину и другие элементы ценной отделки, а также предметы внутренней обстановки, которые наиболее чувствительны к неблагоприятному воздействию основных разрушающих факторов.

Многосторонность инженерно-технических исследовательских задач заставляет привлекать к их разрешению специалистов различных научных областей: геологии, строительной инженерии, химии, физики, биологии, металловедения, строительной физики. Как правило, в крупных реставрационных организациях существуют научные подразделения, занимающиеся разработкой всех этих вопросов. Однако и в этом случае общая координирующая роль, как правило, должна принадлежать архитектору-реставратору, наиболее полно знающему особенности памятника и главные задачи его предстоящей реставрации.

Результаты комплексных научных изысканий должны включать следующие материалы:

а) выписки из архивных документов и других источников;

б) список библиографических источников и архивных дел;

в) историческую справку;

г) иллюстрации (репродукции, копии документов, выкопировки, эпиграфические исследования и др.);

д) обмерные чертежи;

е) отчет об археологических раскопках, зондажах и шурфах;

ж) отчет об исследовании и испытании строительных материалов;

з) заключение о техническом состоянии памятника с рекомендациями по его инженерной реставрации;

и) отчет о подобранных аналогах и систематизации обследованных архитектурных элементов памятника;

к) историко-стилистические анализы строительного развития здания и прочие исследования.