Методы инженерно-геологических изысканий в строительстве
·
Выработка рекомендаций по
необходимым мероприятиям и сооружениям инженерной защиты территорий и охране
геологической среды при строительстве и эксплуатации сооружений.
Сложный узел проблем,
возникающих при взаимодействии современных строительных объектов с окружающей,
в том числе и с геологической средой, определяет необходимость для
инженера-строителя обладать знаниями в инженерной геологии, а для
инженера-геолога – в области строительства. В настоящее время только такое
«взаимопроникновение» позволяет грамотно и экологично решать все задачи при
строительстве, эксплуатации, реконструкции и ликвидации строительных объектов.
ЛИТЕРАТУРА.
1.Ананьев В.П.,
Потапов А.Д. Инженерная геология. Учеб. для строит. спец. вузов. – 2 изд. – М.:
Высш. школа, 2002.
Пояснительная записка.
1.Геоморфологические условия.
Изучение геоморфологии и истории развития речной долины имеет важнейшее
значение для оценки условий возведения гидротехнических сооружений и
строительства водохранилища.
Террасы – уступы на
склонах долин рек. Террасы бывают поперечные и продольные. Поперечные располагаются
поперек рек долины и порождают водопады. Их появление связано с пересечением
рекой пород различной прочности. Мягкие породы размываются быстро, между ними и
горными породами образуется уступ высотой от нескольких до десятков метров. Продольные
террасы располагаются вдоль склонов долин в виде горизонтальных или почти
горизонтальных площадок. Их называют надпойменными. При паводках они не
заливаются водой.
Каждая терраса измеряется высотой и шириной. Высота колеблется от метра
до нескольких метров, ширина – от десятков метров до десятков километров.
Продольные террасы по слагающему их материалу подразделяют на эрозионные,
цокольные и аккумулятивные (аллювиальные).
Эрозионные террасы
вымываются рекой в коренных породах долины и возникают на первых стадиях
развития реки или в ее верхнем течении. Эрозионные террасы, перекрытые
маломощным аллювием, называют цокольными. Аккумулятивные террасы
полностью сложены из аллювиального материала и наиболее типичны долинам
равнинных рек.
Аккумулятивные террасы подразделяют на вложенные и наложенные. Долины с
вложенными террасами формируются следующим образом: вначале река
образует долину в коренных породах, далее в процессе старения река заполняет
свою долину аллювиальными наносами; новое усиление эрозионной деятельности
углубляет дно долины, но уже в ранее отложившемся аллювии. Часть аллювия,
прислоненная к коренному склону, сохраняется в виде надпойменных террас.
Последующие циклы накопления насосов дают новые надпойменные террасы, причем
каждая последующая по возрасту оказывается моложе предыдущей. Наложенные
террасы образуются несколько иначе: усиление эрозионной деятельности приводит
лишь к частичному размыву ранее отложившегося аллювия. Аккумуляция новых
насосов происходит поверх более древних аллювиальных отложений.
Геологическое строение речных долин имеет важное значение при
инженерно-геологической их оценке в строительных целях. Наиболее благоприятными
в этом отношении являются террасы эрозионные. Значительно сложнее решаются
вопросы строительства на аккумулятивных насосах.
2.Геологическое строение.
Горные породы – закономерные скопления минералов, образующие более
или менее самостоятельные геологические тела.
Стратиграфическая колонка.
Номер п/п
|
Возраст горной породы
|
Литология
|
Мощность слоя, м
|
Условия залегания
|
1
|
2
|
3
|
4
|
5
|
1
|
tQ
(1,5-2млн.лет)
|
Техногенные голоценовые образования
|
3
|
горизонтальное
|
2
|
eQ
(1,5-2млн.лет)
|
Элювиальные голоценовые отложения
|
2,5
|
моноклинальное
|
3
|
aQ
(1,5-2млн.лет)
|
Аллювиальные позднечетвертичные отложения
|
3,8
|
горизонтальное,
наклонное
|
4
|
aQ
(1,5-2млн.лет)
|
Аллювиальные среднечетвертичные отложения
|
4
|
горизонтальное
|
aQ
.
Современные
аллювиальные отложения.
Песок мелкозернистый aQ . Осадочная
горная порода, современного возраста аллювиального происхождения (генезиса). По
классификации осадочных горных пород песок относится к обломочным песчаным
породам (псаммитам), по размеру обломков 0,25-0,1мм, мелкозернистым, рыхлым.
Песок. Структура
псаммитовая (песчаная), текстура слоистая.
По минералогическому
составу – мономиктовые кварцевые пески, более чем на 95% сложенные обломками
кварца. Форма залегания – пласт. Условие залегания – горизонтальное. 80,3 –
абс.отметка кровли.
Применение. В
стекольной, керамической промышленности, в металлургии, в качестве сырья для
изготовления огнеупорных кремнистых кирпичей (динаса), в качестве строительного
материала.
aQ .
Современные
аллювиальные отложения.
Глина aQ .
Глинистая горная порода, современного возраста аллювиального происхождения (генезиса).
По классификации осадочных горных пород глина относится к глинистым (пелитовая)
, по размеру обломков менее 0,005мм, землистым, рыхлым, легко рассыпающимся,
или плотным породам. Жирные на ощупь. Влажные глины липкие, при высыхании дают
усадку. При увлажнении становится пластичной. В большинстве случаев глинистые
породы образуются за счет химического выветривания магматических и других
горных пород. Эти продукты выветривания могут накапливаться на месте своего
возникновения, образуя элювий, но чаще всего выносятся текучими водами и
откладываются в морях, озерах, реках. Форма залегания - слой. Условие
залегания – горизонтальное. 83,5 - абс.отметка кровли; 79,5 – абс.отметка
подошвы слоя.
Глины широко
применяются при производстве фарфора и фаянса; на изготовление огнеупорных
кирпичей, в химической и бумажной промышленности.
Гравий и галька aQ . Окатанная
несцементированная грубообломочная горная порода, современного возраста
аллювиального происхождения (генезиса). По классификации осадочных горных пород
гравий и галька относятся к грубообломочным породам (псефитовая) с размером
частиц более 2мм. Образуются при выветривании, разрушении и измельчении в
природных массивах горных пород с последующим переносом и переотложением
продуктов разрушения. По форме обломков подразделяются на окатанные, т.е.
имеющие округлую сглаженную форму. Форма залегания – линза. Условие залегания –
моноклинальное. 82,8 - абс.отметка кровли; 78,0 – абс.отметка подошвы слоя.
Широкое применение в
дорожном строительстве, как заполнитель бетонов, в гидротехническом
строительстве, при сооружении дренажей (устройство фильтров).
Супесь aQ . Смешанные
связные обломочные породы современного возраста аллювиального происхождения
(генезиса). Структура породы рыхлая, относится к глинистым породам, содержащая
10% глиняных частиц. Размер частиц менее 0,005мм. В сухом состоянии легко
рассыпается. При растирании видно преобладание частиц песка. Форма залегания -
пласт. Условие залегания – горизонтальное. 85,9 - абс.отметка кровли; 83,3 – абс.отметка
подошвы слоя.
eQ .
Элювиальные
голоценовые отложения.
Суглинок. Смешанные
связные обломочные породы современного возраста аллювиального происхождения
(генезиса). Структура породы рыхлая, относится к глинистым породам, содержащая
30% глиняных частиц. Размер частиц менее 0,005мм. При растирании чувствуется
присутствие песчаных частиц. В отличие от глины, сухие комочки породы
раздавливаются легче. Порода менее пластична, чем глина. . Форма залегания -
прослой. Условие залегания – горизонтальное, наклонное.83,9 - абс.отметка
кровли; 80,9– абс.отметка подошвы слоя.
Применяется для
производства кирпичей, черепицы, используется в качестве сырья при производстве
портландцемента.
tQ .
Техногенные
голоценовые образования.
Насыпной слой.
Современные породы,
крупнообломочные, песчаные пылеватые и глинистые грунты, заторфированные
грунты, торф; отходы производства (шлаки, золы и др.); строительные и твердые
бытовые отходы. Форма залегания - слой. Условие залегания – горизонтальное.
87,1 - абс.отметка кровли; 83,6– абс.отметка подошвы слоя.
3.Гидрогеологические условия.
Грунтовыми называют постоянные во времени и значительные по площади
распространения горизонты подземных вод, залегающие на первом от поверхности
водоупоре. Они характеризуются рядом признаков:
1. Грунтовые воды имеют свободную поверхность, т.е. сверху они не
перекрыты водоупорными слоями. Свободная поверхность грунтовых вод называется зеркалом.
Глубина залегания уровня от поверхности – от до м. Водоупор, на котором
лежит водоносный слой, называют ложем, а расстояние от водоупора до
уровня подземных вод – мощностью водоносного слоя. Грунтовые воды в силу
наличия свободной поверхности безнапорны. Иногда они могут проявить так
называемый местный напор, связанный с залеганием линзы глины в уровне зеркала.
2. Питание грунтовых вод происходит главным образом за счет атмосферных
осадков, а также поступления воды из поверхностных водоемов и рек. Территория,
на которой происходит питание, ориентировочно совпадает с площадью
распространения грунтовых вод. Грунтовая вода открыта для проникновения в нее
поверхностных вод, что приводит к изменению ее состава во времени и нередко к
загрязнению различными вредными примесями.
3. Грунтовые воды находятся в непрерывном движении и, как правило,
образуют потоки, которые направлены в сторону общего уклона водоупора.
Грунтовые потоки нередко выходят на поверхность, образуя родники или создавая
локальную по площади заболоченность.
4. Количество, качество и глубина залегания грунтовых вод зависят от
геологических условий местности и климатических факторов. Зеркало грунтовых вод
в целом в какой-то мере копирует рельеф земной поверхности в пределах их
расположения. По степени минерализации воды преимущественно пресные, реже
солоноватые и соленые, состав гидрокарбонатно-кальциевый, сульфатный и
сульфатно-хлоридный.
Грунтовые воды имеют практически повсеместное распространение.
Грунтовые воды речных долин. При определенных условиях река откладывает обломочный
материал. Речные отложения называют аллювиальными. В процессе
размывающей и аккумулятивной деятельности реки в коренных породах вырабатывают
вытянутые, корытообразные углубления, которые носят название речных долин. Глубина
залегания – до 82,6м. Вода залегает в аллювиальных отложениях, слабо
минерализирована, широко используется для водоснабжения. В практике
строительства чаще всего приходится встречаться именно с грунтовыми водами. Они
создают большие трудности при производстве строительных работ (заливают
котлованы, траншеи и т.д.) и мешают нормально эксплуатировать здания и
сооружения.
Большое влияние на развитие рек оказывает производственная деятельность
человека. Усиление аккумуляции на каком-либо участке реки может быть вызвано
интенсивным забором воды в целях водоснабжения и орошения сельскохозяйственных
угодий или увеличением поступления твердого стока за счет сброса в реку
отвальных пород горно-рудной промышленности. Сброс в реки большого количества
вод с орошаемых территорий может привести к усилению эрозионной деятельности.
Строительство водохранилищ, в свою очередь, влияет на положение базиса эрозии
всей реки или ее части. Выше плотин уменьшаются скорости течения, растет
аккумуляция насосов: ниже плотин осветленная вода резко повышает донную эрозию.
Различают потоки плоские, радиальные (сходящиеся и расходящиеся) и
криволинейные. В данном задании поток – радиальный расходящийся.
4. Инженерно-геологическая характеристика горных
пород.
Грубообломочные породы образуются при выветривании, разрушении и
измельчении в природных массивах горных пород с последующим переносом и
переотложением продуктов разрушения; различаются по величине и форме обломков,
а также по характеру цемента. По форме обломков грубообломочные породы
подразделяются на окатанные, т.е. имеющие округлую сглаженную форму,
свидетельствующую о дальности переноса их от места разрушения до места
накопления, или длительности воздействия Среды; на неокатанные,
характеризующиеся угловатыми формами частиц, указывающими на незначительный
перенос.
Окатанные несцементированные грубообломочные породы представлены
валунами, галькой, гравием; неокатанные – глыбами, щебнем.
Галечники, как
правило, образуют, основную массу аллювиальных отложений в горных областях и в
районах полосы предгорий. Для аллювиальных отложений характерны галечники с
песком и песчано-глинистым материалом. В среднем и нижнем течение равнинных рек
галечники в толще современных аллювиальных отложений представлены прослоями
линзообразного характера. Обычно эти галечники переслаиваются с песками.
Отличительная их особенность – непостоянство условий залегания и небольшая
мощность. Однако долины рек в районах, подвергшихся в прошлом оледенению, могут
содержать и значительные скопления галечников, мощность которых достигает
десятка метров. Являясь продуктами размыва ледниковых отложений (морен), эти
грубообломочные осадки располагаются в древних долинах и боковых разветвлениях
в виде лент, часто погребенных под покровом позднейших аллювиальных отложений.
Песок. Отличительной особенностью песков от грубообломочных
пород является их гранулометрический состав. Состоят преимущественно из зерен
кварца, слагающих почти 90-95% породы.
Для песков характерны следующие общие свойства.
1.
Пески – нескальные грунты,
без жестких структурных связей. В сухом состоянии отсутствует сцепление между
составляющими зернами (обломками), лишь в тонко- и мелкозернистых пылеватых и
глинистых песках сцепление связности начинает играть некоторую роль. Но его
действие резко падает по мере увеличения песка.
2.
Прочность песчаного грунта
обуславливается силами трения между отдельными фракциями и «зацеплением» между
ними, причем оба указанных параметра практически не зависят от изменения
влажности, а зависят только от плотности и степени окатанности зерен.
Исключение составляют лишь мелко- и тонкозернистые пылеватые и глинистые пески,
прочность которых снижается по мере повышения влажности.
3.
водопроницаемость их по
сравнению с глинистыми грунтами очень высока, поэтому в водонасыщенных песках
уплотнение происходит практически вслед за приложением нагрузки.
4.
При известной
интенсивности сотрясения пески склонны к уплотнению и как следствие этого – к
осадке. Если толща водонасыщенна, то уплотнение приводит к появлению восходящих
фильтрационных токов отжимаемой из пор воды и, следовательно, к снижению
нормального давление на скелет грунта. Если напор восходящего фильтрационного
потока при этом достаточно велик, то грунт полностью теряет свою прочность и
переходит в разжиженное состояние.
Пески
различных генетических типов под влияние гидродинамического давления могут
переходить в плывунное состояние. В данном примере плывуны в песках могут
возникнуть только при вскрытии котлованов.
Глина. В сухом виде это землистые, рыхлые, легко
рассыпающиеся, или плотные породы. Легко полируются ногтем. Жирные на ощупь. Влажные
глины липкие; при высыхании дают усадку. При увлажнении глина становится
пластичной. При раскатывании образует шнур. Влажная глина образует шар,
который сдавливается в лепешку, не трескаясь по краям.
Суглинок. При растирании между пальцами чувствуется
присутствие песчаных частиц. В отличие от глины, сухие комочки породы раздавливаются
легче. Порода менее пластичная , чем глина. Сдавленный шар из влажного суглинка
образует лепешку с трещинами по краям.
Супесь. В сухом состоянии легко рассыпается. При растирании
между пальцами видно преобладание частиц песка. Порода не раскатывается в шнур.
5. Физико-геологические процессы и явления.
Для создания зданий и сооружений, расположенных в речных долинах,
подмывах берегов, в том числе и древних террас, и углубление дна реки
представляет значительную опасность. Это приводит к обрушению берегов,
сокращению строительных площадок, появлению обвалов, оползней и другим
нежелательным явлениям. С боковой эрозией борются укреплением берегов с
регулированием течения реки. В зависимости от геологического строения берега,
характера и места размыва укрепление проводят устройством набережных,
подпорными стенками, свободной наброской бутового камня или в фашинных тюфяках,
укладкой железобетонных плит и т.д. способы укрепления подводной и надводной
частей берега различны. Подводную часть берега ниже меженного горизонта следует
укреплять каменной наброской и фашинными тюфяками, загруженными камнем;
надводная часть крепится бетонными армированными плитами, подпорными стенками,
камнем в плетневых клетках. В отдельных случаях боковая эрозия заставляет
переносить сооружения подальше от берега. Донная эрозия наиболее опасна для
опор мостов, поэтому они должны иметь достаточное заглубление. Неблагоприятно
сказываются паводки на пойму рек. Сооружения и берега долины необходимо
защищать земляными дамбами, отсыпкой камня и другими способами, позволяющими
нейтрализовать эрозионную силу паводковых вод. Для строительства более
благоприятны неподмываемые и незаносимые участки долины.
Состав аллювиальных отложений отражает скорость речного потока. Скорость
потоков в течение года, ряда лет весьма различна. Это приводит к накоплению в
одной и той же части долины аллювиальных осадков различного состава и
крупности, к литологической пестроте аллювиальных толщ. В состав аллювия входят
глыбы, валуны, галечник, гравий, пески, суглинки, глины, илы, органический
материал. Там, где течения наиболее сильные (горные реки) преобладает
крупнообломочный материал. Для равнинных рек свойственны пески и более
мелкозернистые осадки.
По характеру осадков и месту их накопления речные отложения разделяют
на дельтовые, русловые, пойменные и старичные. Пойменный аллювий
откладывается в период паводка и представляет собой суглинки различного
состава, глины и мелкозернистые пески. Отложения поймы обычно обогащены
органическими материалами.
Речные долины служат местом активной производственной деятельности
человека. В связи с этим аллювиальные отложения зачастую попадают в сферу
строительных работ. К оценке аллювиальных отложений, как оснований, следует
подходить дифференцированно. В речных долинах, на поймах и надпойменных
террасах часто приходится строить крупные здания и сооружения, передающие
значительные нагрузки на грунт. Примером могут служить элеваторы, речные
вокзалы, различные портовые сооружения и др. в качестве оснований для них
принимают древний уплотненный аллювий аккумулятивных террас и русловые
отложения, так как русловой аллювий, представленный крупными обломками и
песком, способен выдерживать тяжелые сооружения. Русловые отложения в долинах
крупных рек служат хорошим основанием для мостовых переходов. В случаях, когда
русловой аллювий перекрывается пойменными и старичными отложениями, используют
свайные фундаменты.
Древний пойменный аллювий в виде суглинков и глин твердой консистенции
является хорошим основанием. Однако следует иметь в иду, что на древних
террасах аллювиальные суглинки часто имеют лессовидный облик и могут обладать
просадочными свойствами. В этом случае строительство следует вести как на
лессовых просадочных грунтах. Современный пойменный аллювий обладает высокой
влажностью, либо вообще находится в водонасыщенном состоянии с низкой несущей
способностью. Суглинки и глины легко переходят в пластичное и даже текучее
состояние.
Наиболее слабыми из аллювиальных отложений являются иловатые старичные.
При строительстве между подошвой фундамента и иловатым грунтом применяют
песчаные подушки или свайные фундаменты. Следует учитывать и такую характерную
особенность аллювиальных отложений, как многослойность их толщ с наличием линз
и пропластков. Слои и прослои под нагрузкой могут обладать различной
сжимаемостью, что значительно усложняет расчет осадки сооружений. Особенно
большая опасность угрожает зданию, если его фундамент в разных своих частях
опирается на грунты с различной сжимаемостью. С аллювиальными отложениями
связаны такие явления, как плывунность песчаных и набухание глинистых грунтов.
В данном примере без особых последствий можно проводить строительство
зданий на сваях.
Страницы: 1, 2, 3
|