Проектирование городского и поселкового строительства осуществляется стадийно. В настоящее время оно складывается из проектов: планировки и планы размещения первоочередного строительства; детальной планировки и проекта застройки.
Соответственно этому инженерно-геологические исследования проводят так же по стадиям, применительно к каждому виду проектирования.
Исследования для проекта планировки и плана размещения первоочередного строительства. Инженерно-геологические исследования для проекта планировки городов (посёлков) должны дать оценку значительной территории с точки зрения возможности использования её для строительства. Геологические работы проводят в сочетании с другими исследованиями и проектными проработками; экономическими, климатическими, гидрогеологическими, экологическими, санитарно-гигиеническими и т. д.
По изучаемой территории должны быть получены сведения о рельефе, гидрологии, климате, почвах, растительности, геологическом строении, гидрогеологии, природных геологических явлениях и инженерно-геологических процессах (оползнях, карсте, просадках, сейсмике и т. д.), составе и свойствах грунтов.
Инженерно-геологические изыскания проводят в три периода: подготовительный, полевой и камеральный. Инженерно-геологический отчёт служит основанием для составления проекта планировки и плана размещения первоочередного городского и поселкового строительства.
Исследования для проекта детальной планировки. Проект детальной планировки существующего города (посёлка) включает в себя архитектурно-планировочную и техническую организацию районов застройки первой очереди, устанавливает последовательность застройки, решает вопросы благоустройства, содержит проекты детальной планировки и застройки отдельных городских районов.
Основой инженерно-геологических исследований для проекта детальной планировки являются материалы, полученные при изысканиях для проекта планировки. Аналогичный состав и содержание работ и их последовательность (подготовительные работы, полевой период, камеральная обработка материала).
На этой стадии проводят более детальное изучение геологии местности и свойств грунтов. Для этого закладывают дополнительные буровые скважины по створам вдоль новых или реконструируемых улиц в местах специальных сооружений. Глубина скважины под сооружением в большинстве случаев достигает 8-10 м. при наличии слабых пород закладываются шурфы с отбором 2-3 образцов для проведения полного комплекса лабораторных исследований.
Исследования для проекта застройки. Проект застройки в пределах существующего города предусматривает строительство отдельных жилых домов (микрорайонов), кварталов, улиц и площадей. Проектирование проводят в 2 стадии – проектного задания и рабочих чертежей. Перед каждой стадией выполняют инженерно-геологические работы.
Изыскания для проектного задания освещают геологические и гидрогеологические условия всей изучаемой площадки, характеризуют инженерно-геологические свойства грунтов. В случае если для данной площадки ранее проводились изыскания для проекта планировки и проекта детальной планировки, то этих материалов в полнее достаточно, чтобы не проводить новых исследований на стадии проектного задания застройки. При отсутствии каких либо инженерно-геологических исследований изыскания проводят в составе и объёме, как это было показано выше для проекта планировки и проекта детальной планировки.
На стадии рабочих чертежей инженерно-геологические материалы могут быть оформлены в одном отчёте. При составлении рабочих чертежей возможны случаи назначения дополнительных исследований. Это связано главным образом, с изменениями в размещении зданий или проверкой имеющихся геологических материалов.
Инженерно-геологические изыскания для отдельных зданий. Инженерно-геологические работы под застройку отдельных зданий проводят, как правило, одновременно для проектного задания и рабочих чертежей, т. е. фактически в одну стадию. Изучению подвергается ограниченная площадка. Объём проводимых на ней работ зависит от сложности инженерно-геологических условий, которые подразделяют на 3 категории:
1 категория – участки с простой геологией; слои залегают горизонтально; несущая способность грунтов не вызывает сомнения; грунтовые воды под фундаментами залегают ниже активной зоны; мощность насыпных грунтов не превышает 2-х м.;
2 категория – участки средней геологической сложности; толща сложена из 4-5 литологически различных слоёв в виде складок; грунтовые воды залегают в пределах активной зоны; мощность насыпных грунтов составляет 3-4 м.;
3 категория – участки геологически сложные; расположены в пределах пересечённого рельефа; толща многослойная; залегание слоёв складчатое; нарушенное; грунтовые воды залегают выше подошвы фундаментов; активная зона содержит грунты типа ила, торфа; мощность насыпных грунтов превышает 4 метра; на участке развиты природные геологические явления.
Инженерно-геологические работы выполняют в обычном порядке. Отличие работ заключается только в том, что на площадках будущих высотных зданий (более 9 этажей) обязательно проводится изучение грунтов опытными нагрузками. Выполненные работы представляют в виде заключения об инженерно-геологических условиях площадки. При написании заключения большое внимание уделяют и обобщению опыта строительства эксплуатации зданий на соседних участках в сходных геологических условиях.
Заключение.
Главная цель инженерной геологии – изучение природной геологической обстановки местности до начала строительства, а также прогноз тех изменений, которые произойдут в геологической среде, и в первую очередь в породах, в процессе строительства и при эксплуатации сооружений. В современных условиях ни одно здание или сооружение не может быть спроектировано, построено и надежно эксплуатироваться (а в последствии может быть ликвидировано или реконструировано) без достоверных и полных инженерно-геологических материалов.
Все это определяет основные задачи, которые стоят перед инженерами-геологами в процессе изыскательских работ еще до начала проектирования объекта (при принятии решения о строительстве, об инвестировании проекта и т.п.), а именно:
Выбор оптимального (благоприятного) в геологическом отношении (площадки, района) строительства данного объекта;
Выявление инженерно-геологических условий в целях определения наиболее рациональных конструкций фундаментов и объекта в целом, а также технологии производства строительных работ;
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.
Список литературы
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 |
| tQ (1,5-2млн.лет) | Техногенные голоценовые образования | горизонтальное | ||
| eQ (1,5-2млн.лет) | Элювиальные голоценовые отложения | 2,5 | моноклинальное | |
| aQ (1,5-2млн.лет) | Аллювиальные позднечетвертичные отложения | 3,8 | горизонтальное, наклонное | |
| aQ (1,5-2млн.лет) | Аллювиальные среднечетвертичные отложения | 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.
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.
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.
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.
водопроницаемость их по сравнению с глинистыми грунтами очень высока, поэтому в водонасыщенных песках уплотнение происходит практически вслед за приложением нагрузки.
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.
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.