Общими приемами геологических работ являются:
- маршрутные наблюдения (рекогносцировочное обследование);
Описание маршрута состоит из следующих частей: 1) дата и погода, 2) номер маршрута, 3) указание района маршрута, 4) цель маршрута и характер изучаемых объектов, 4) привязка начала маршрута, 5) описание маршрута, 6) выводы по маршруту.
- геофизические исследования (применяются для изучения геол. разреза скважин и массива г. п. в околоскважинном и межскважинном пространствах, контроля техн. состояния скважин);
- полевые исследования грунтов;
- стационарные наблюдения;
- лабораторные исследования грунтов;
- составление прогноза изменений геологических условий;
- оценка опасности и риска от геологических процессов;
- составление технического отчета
При проектировании а/дорог на стадии изыскания изучают:
1. происхождение, состав, физико-механические свойства, степень устойчивости, распространение и условия залегания различных видов грунтов;
2. гидрологические и гидрогеологические характеристики местности (характер поверхностного стока воды, ее испарение, уровень грунтовых вод, направление грунтового потока, наличие верховодки);
3. физико-геологические условия (наличие и возможность возникновения оползней, обвалов, осыпей, селей, многолетней мерзлоты, карста и др.);
4. климат (температура воздуха, количество осадков, скорость и повторяемость ветров и др.), рельеф местности, характер растительности;
5. обеспеченность района строительства дорожно-строительными материалами, выявление места их залегания, качества, запасов, условий разработки и транспортировки к месту работ.
В качестве дорожно-строительных материалов применяются: песок, гравий, камень, доменный и котельный шлаки, отходы горно-обогатительных фабрик и камнедробильных заводов, отвалы рудников, карьеров и пр.Квалифицированная оценка данных аспектов позволяет выбрать наилучший вариант при проектировании автомобильных дорог и принять правильные технические решения, обеспечивающие устойчивость земляного полотна, дорожных одежд и других сооружений. С целью получения необходимых данных при изыскании автомобильных дорог обязательным этапом работ является изучение свойств грунтов вдоль всей дорожной трассы в придорожной полосе шириной 100-200 м.
Полнота и детальность грунтовых обследований отдельных участков проектируемой дороги зависит от сложности их природных условий и от технической категории проектируемой дороги.
Полевые работы являются основным этапом инженерно-геологических обследований. Она заключаются в описании (съемке) местности, изучении естественных обнажений, проходке и изучении буровых скважин, шурфов и проведении гидрогеологических исследований. В равнинной или слабохолмистой местности изучаются главным образом свойства и условия залегания грунтов, а также гидрогеологические условия. Кроме того, для разрешения вопроса о дорожно-строительных материалах одновременно с инженерно-геологическими исследованиями ведут геологоразведочные работы, направленные на выявление вблизи дорожной трассы тех горных пород земной коры, которые могут быть использованы в строительстве автомобильной дороги в качестве каменных материалов или грунтов после их укрепления.
На местности, где возможны проявления оползней, карста, обвалов и других негативных явлений, а также, в местах возведения ответственных сооружений (большие и средние мосты, высокие насыпи, глубокие выемки) инженерно-геологические обследования ведут более полно: производят геологическую съемку (описание) местности на большую глубину, изучают грунты и гидрогеологические условия, уделяют внимание возможным воздействиям инженерного сооружения на природную обстановку и тд.
При больших объемах работ для решения поставленных выше задач осуществляют фотосъемку местности с применением аэрометодов и космических снимков.
Объем и характер полевых инженерно-геологических и других видов обследований зависит от сложности и степени изученности природных условий района изысканий, а так же от выполнения стадий проектно-изыскательских работ (ТО, технический проект дороги, рабочие чертежи).
Изыскания на стадии ТО (техническое обоснование) ставят своей целью сбор и анализ основных данных, характеризующих, в общих чертах, комплекс природных условий района изыскания. При этом объем собранных материалов (литературные и фондовые данные, результаты аэро, фотосъемки и др.) должны быть достаточными для оценки намеченных вариантов трассы и выбора основного направления проектируемой дороги. На этой стадии при необходимости производят осмотр и рекогносцировочные обследования в натуре отдельных сложных мест (оползневые участки, мостовые переходы, и т. д.).
Для составления технического проекта выполняемые в поле грунтовые обследования включают детальное изучения природной обстановки района проложения трассы по выбранному направлению и альтернативным вариантам. При этом объем выполненных работ должен быть достаточным для обоснования земляного полотна, дорожной одежды и дорожных сооружений.
При рабочем проектировании полевые грунтовые обследования выполняются:
1. в местах индивидуального проектирования (оползневые участки, участки глубоких выемок, участи мест со слабыми грунтами и др.), а так же в районах с особыми природными условиями, например, в местах с просадочными грунтами, засоленными грунтами, подвижными песками;
2. на участках трассы, где появилась необходимость ее изменение;
3. в местах устройства дорожных сооружений, в случае смещения сооружения в плане или изменения их схемы и в ряде других случаев.
Способы бурения скважин
Буровые скважины представляют собой выработки цилиндрической формы, имеющие незначительные размеры в поперечном сечении при относительно большой их протяженности.
Бурение скважин — это процесс сооружения направленной горной выработки большой длины и малого (по сравнению с длиной) диаметра, без доступа человека внутрь. Начало скважины на поверхности земли называют устьем, дно — забоем, а стенки скважины образуют ее ствол.
Основными элементами, характеризующими скважину, являются:
- диаметр;
- глубина;
- направление.
Диаметр скважины определяется наружным диаметром породообразующего инструмента, а если она закреплена обсадными трубами, то внутренним диаметром этих труб. В принципе скважины бурят под любым углом к горизонтальной поверхности: от вертикальных до горизонтальных и восстающих направляющих вверх, которые задаются из подземных горных выработок. Но в строительстве автомобильных дорог оборудуются вертикальные скважины небольшой глубины до 15 м.
Механическое бурение неглубоких скважин при изысканиях автомобильных дорог осуществляется четырьмя основными методами:
- колонковым;
- ударно-вибрационным;
- ударно-канатным;
- шнековым.
Колонковое бурение – вид быстровращательного бурения (300-500 об/мин.), при котором разрушение породы происходит по наружной кольцевой части забоя с выбуриванием столбика (колонки) породы - керна. Данная разновидность бурения является одним из основных технических средств разведки месторождений твердых полезных ископаемых.
Колонковое бурение имеет большое преимущество перед другими способами бурения, давая из выбуриваемой породы керны – столбики пород ненарушенной структуры. Для этого керн периодически заклинивают, отрывают от забоя и поднимают на поверхность.
При этом производят промывку забоя скважины (водой или глинистым раствором) или продувку сжатым воздухом. При этом продувка имеет ряд преимуществ перед промывкой:
- не требуется воды;
- не размывает керн и забой;
- исключает дополнительное увлажнение грунта.
Керн - колонка неразрешенной горной породы, извлекаемая из забоя скважины, является важнейшим геологическим материалом, используемым для изучения вещественного состава, структуры и других свойств породы.
Особенности колонкового бурения:
- из скважины извлекают керны;
- возможность бурения под различными углами к горизонту, в породах любой твердости и устойчивости;
- малый диаметр скважины при её большой глубине;
- применение относительно легкого оборудования.
Колонковое бурение производится буровой установкой преимущественно в скальных и полускальных породах. При условии использовании глинистой промывки его можно применять в плотных связных и рыхлых породах.
Вибрационное бурение – это бурение при котором для разрушения породы на забое скважины используются механические колебания большой частоты, создаваемые вибрационной машиной и передаваемые породоразрушительному инструменту (кольцевому наконечнику виброзонда с острой режущей кромкой на нижнем торце) через колонну бурильных труб.
Метод вибрационного бурения весьма производителен, до 70 м в смену. Применяется для проходки рыхлых пород, не содержащих значительной примеси крупнообломочных материалов. Внедрение наконечника происходит за счет вибрации, собственного веса и веса вибратора, а также при помощи вибратора (ударно-вибрационный метод). За счет вибрации происходит резкое снижение лобового и бокового сопротивления внедрению трубы в песках и супесях.
Ударно-канатный вид бурения рекомендуется для разведки различных рыхлых пород, скальных и полускальных, а так же в тех случаях, когда не требуется изучать структуру и механические свойства пород. Может вестись сплошным и кольцевым забоем. При бурении сплошным забоем проходка скважины производится путем сбрасывания на забой долота с последующим извлечением его из породы. При бурении кольцевым забоем бурение осуществляется забивкой забивного стакана с последующим подъемом.
Шнековое бурение – вращательное бурение, при котором разрушенная на забое порода выдается на поверхность винтовым транспортером (шнеком). Применяется для бурения песчано-глинистых грунтов, мягкой гальки и щебня.
Шнековое бурение скважин глубиной до 7-10 м при инженерно-геологических изысканиях может производится механическим пробоотборником или мотобуром. При больших глубинах – специальными шнековыми буровыми установками.
Шнековое бурение производительно, но не обеспечивает точной характеристики разреза. Поэтому при шнековом бурении также как при ударно-канатном и вибрационном, в случае необходимости изучение механических свойств породы в естественном состоянии, следует осуществлять отбор монолитов пород при помощи грунтоносов.
Полевая документация
Кроме бурового журнала или журнала шурфования, являющимися первичными исходными документами, составляются следующие документы:
- грунтовые (геологические) колонки
- план расположения скважин или шурфов
- инженерно-геологические разрезы
- отчет, а при малом объеме работ пояснительная записка
Для сложных и неблагоприятных участков (оползневые, глубокие выемки, участки с просадочными грунтами) составляются инженерно-геологические карты крупного масштаба. Геологическая колонка представляет разрез по скважине или шурфу. Для ее составления необходимо знать отметку поверхности места заложения скважины (устья скважины), а также иметь буровой журнал со всеми записями относящимися к данной скважине. Инженерно-геологический разрез представляет собой вертикальный разрез поверхностной толщи грунтов вдоль заданного направления и в пределах изученной глубины. Разрез является геологическим документом показывающим последовательность залегания горных пород, их выдержанность, механический состав, естественную связь между собой, УГВ. При обследовании дорожной трассы составляется упрощенный инженерно-геологический разрез, получивший название продольного грунтового разреза, который наносится на продольный профиль проектируемой дороги.
Этот документ составляется в следующем порядке:
1. На продольном профиле а/д на расстоянии 2 см ниже черной линии (поверхности земли) проводят параллельную линию. На ней в местах закладки шурфов помещают колонки грунтов. Вертикальный масштаб для грунтов при этом 1:50, горизонтальный – в соответствии с масштабом продольного профиля трассы дороги.
Одноименные грунты на смежных колонках соединяются прямыми линиями, между колонками грунтов делают надписи наименования грунтов по гранулометрическому составу.
2. На колонке грунтов наносят также другие данные, существенным образом влияющие на устойчивость дорожного полотна: УГВ, границы оглеения, уровень многолетней мерзлоты.
3. В особой графе ниже километровых и пикетных отметок вычерчивается план придорожной полосы на 100 м в обе стороны от оси трассы в масштабе продольного профиля.
Кроме этих данных на продольном профиле в горизонтальном направлении наносятся проектные данные уклонов и отметок кюветов и резервов. Указываются пикеты, километры и другие технические данные.
Отчет о полевых грунтовых обследованиях дорожной трассы должен включать следующие данные:
1. характеристика климата местности;
2. описание растительности на определенных участках;
3. описание рельефа;
4. характеристика геологического строения местности с описанием наиболее характерных шурфов, скважин, естественных обнажений;
5. гидрологическая и гидрогеологическая характеристика с описанием условий поверхностного стока, грунтовых вод и верховодки;
6. подробное характеристика грунтов, используемых в качестве естественных оснований под сооружения и в качестве материала для насыпи;
7. описание болот;
8. характеристика местных естественных строительных материалов;
9. указание на наличие в районе оползней, карстовых явлений.
В заключении отчета дается общая оценка природной обстановке применительно к условиям возведения сооружений.