Ф.2. ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ ИЗЫСКАНИЯ

Ф.2.1. Кто проводит инженерноFгеологические изыскания?

Обычно инженерно5геологические изыскания проводят специали5 зированные организации, имеющие лицензии на проведение данного вида работ. В России основной объем изысканий выполняют тресты инженерно5строительных изысканий (ТИСИЗ).

Ф.2.2. Какие изыскания проводятся на строительной площадке до проектирования и строительства будущего здания или сооружения?

На каждой строительной площадке проводятся инженерно5геоло5 гические изыскания, которые включают комплекс работ, выполняемых для определения исходных данных, необходимых для проектирования оснований зданий и сооружений.

Проведение изысканий регламентируется нормативными доку5 ментами и стандартами.

Ф.2.3. Что включает полный комплекс изыскательских работ?

Он обычно включает:

−проходку скважин и отбор образцов грунта с каждого выде5 ленного инженерно5геологического элемента;

−проведение лабораторных испытаний образцов грунта с целью определения физико5механических характеристик;

−определение положения и состава грунтовых вод;

−проведение штамповых испытаний грунтов непосредственно на строительной площадке;

−статическое и динамическое зондирование грунтов;

−пробные испытания грунта с забивкой свай.

Ф.2.4. От чего зависит объем инженерноFгеологических изысканий?

Объем инженерно5геологических работ определяется степенью изученности района и сложности инженерно5геологических условий строительной площадки.

В зависимости от категории сложности и вида сооружений в пределах пятна застройки должно быть разработано от 2 до 5 горных выработок (скважины, шурфы, дудки).

Ф.2.5. Как определить глубину исследования грунтов при инженерноF геологических изысканиях на стадии технического проекта?

Глубина проходки назначается исходя из расчетной толщины сжимаемой толщи с увеличением на 152 м. В том случае, если

195

исследования проводятся на стадии эскизного проекта и не известна толщина сжимаемой толщи, допускается назначать глубину проходки в зависимости от типа фундаментов и нагрузок на них.

Для ленточных и отдельно стоящих фундаментов при нагрузках от 100 до 2000 кН/м и от 500 до 5000 кН, соответственно, глубина проходки ниже подошвы фундамента изменяется от 4 до 26 м. Более просто принять глубину проходки исходя из расчета 3 м на один этаж здания. Для свайных фундаментов глубины проходки выработок должны назначаться не менее чем на 5 м ниже проектируемой глубины погружения свай, поскольку считается, что зона сжатия у свайных фундаментов начинается от острия свай.

Ф.2.6. Какое количество инженерноFгеологических выработок обычно рекомендуется и какое расстояние между ними назначается?

Результаты исследований должны полностью охарактеризовать пятно застройки, то есть основание будущего сооружения и в плане и по глубине. Поскольку при проектировании размещения сооружения на местности возможны его подвижка и переориентация, то пред5 варительные изыскания должны охватывать большую площадь, чем площадь самого сооружения. Горными выработками, характе5 ризующими строение основания, являются обычно скважины и шурфы. Изыскания должны дать сведения об инженерно5геоло5 гическом строении основания, методологическом составе толщи, наличии неблагоприятных грунтов (просадочных, карсты и др.), гидрогеологических условиях. Эти данные должны позволить по5 строить разрезы массива основания, из которых будут видны характер напластования, выклинивание отдельных слоев, наличие линз. Минимальное количество выработок обычно 355, а в случаях сложных грунтовых условий их должно быть больше, так как необходимо иметь представление о пространственном строении основания. Максималь5 ное расстояние при сравнительно пологой кровле пластов и их однородности 20530 м. Глубина бурения должна не менее чем на 355 м превышать сжимаемую толщу, определяющую контур основания. Однако в случае наличия в нижней части основания слабых малопрочных грунтов следует производить более глубокое бурение. Устанавливается наличие водоносных горизонтов. Решаются вопросы: являются ли грунтовые воды напорными и какова в этом случае величина напора.

Детальность инженерно5геологической разведки зависит также от класса возводящихся зданий и сооружений. В каждой из скважин производится отбор образцов для определения физико5механических характеристик грунтов.

196

Ф.2.7. Какие основные характеристики грунта пределяются при инженерноFгеологических изысканиях?

Физические, прочностные и деформационные характеристики определяются во всех случаях. Фильтрационные свойства грунта, характеризуемые коэффициентом фильтрации, определяются в том случае, если основание сложено водонасыщенными глинистыми грунтами с незавершенной консолидацией. Этот показатель исполь5 зуется при расчете осадки фундаментов во времени, для оценки скорости уплотнения грунтовой толщи, а также при расчетах дренажных и водопонизительных систем.

В том случае если на фундамент действуют динамические нагрузки, приходится определять дополнительный показатель, называемый коэффициентом упругого равномерного сжатия Cz (кН/м3).

При определении деформаций ползучести грунта основания, сло5 женного тугопластичными, полутвердыми и твердыми глинистыми грунтами, применяется показатель длительной прочности грунта (кН/м2), а также коэффициенты затухания ползучести и вторичной консолидации (МПа).

При более сложных расчетах с использованием нелинейных опре5 деляющих уравнений вычисляются модуль сдвига G (кН/м2), модуль объемной деформации K (кН/м2), а также ряд других параметров.

Ф.2.8. Какие дополнительные характеристики определяются для структурно неустойчивых грунтов?

При проектировании фундаментов на просадочных, набухающих и заторфованных грунтах при изысканиях должны определяться дополнительные характеристики:

−для просадочных грунтов – относительная просадочность εsl и начальное просадочное давление psl (кН/м2);

−для набухающих грунтов – относительное набухание εsw, отно5 сительная усадка εsh, давление набухания psl (кН/м2);

−для заторфованных грунтов и торфа – коэффициент консо5 лидации cv (cм2/год); для них также устанавливается изменение прочностных характеристик с учетом фактора времени.

Ф.2.9. Какие методы используются для определения физикоF механических свойств грунтов?

Определение физико5механических свойств грунтов производится лабораторными и полевыми методами.

Физические характеристики грунтов определяются лабораторными методами. В некоторых случаях используются полевые методы иссле5 дований с помощью зондирования и радиоактивного каротажа.

197

Прочностные характеристики грунтов устанавливаются лабо5 раторными или полевыми методами. Для этой цели в лабораторных условиях применяются сдвиговые приборы и стабилометр. В полевых условиях сопротивление сдвигу слабых грунтов определяется методом вращательного среза в скважинах (см.рис.М.11.20). Для оценки угла внутреннего трения песчаных грунтов используют статическое и динамическое зондирование (рис.Ф.2.9,а).

Рис.Ф.2.9. Установки для определения прочностных свойств:

а – установка для статического зондирования:

1 – траверса; 2 – винтовая свая; 3 – наконечник; 4 – гидравлический домкрат;

б – прессиометр:

1 – рабочая камера; 2 – предохраняющая камера; 3 – шланг; 4 – измерительное устройство; 5 – баллон со сжатым воздухом

Прочностные свойства крупнообломочных грунтов, образцы кото5 рых практически невозможно отобрать с ненарушенной структурой, определяются путем среза грунта.

Деформационные свойства грунтов определяются в лабораторных условиях с использованием компрессионных приборов и стаби5 лометров (см.ч.I), а в полевых условиях – помощью прессиометра (рис.Ф.2.9,б) и штамповых испытаний.

198

Ф.2.10. Что представляет собой инженерноFгеологический разрез?

Инженерно5геологический разрез представляет собой чертеж, на котором изображены горные выработки (скважины, шурфы), выде5 лены слои грунта, показана их мощность, нанесен ряд показателей их свойств, отмечен уровень грунтовых вод (рис.Ф.2.10).

Ф.2.11. Как определяются прочностные характеристики грунтов в полевых условиях?

В полевых условиях прочностные характеристики грунтов – угол внутреннего трения и удельное сцепление – определяются методом пенетрации, статического и динамического зондирования, лопастного сдвига и среза целикового массива грунта.

Ф.2.12. В чем отличие пенетрационных испытаний грунтов от метода статического зондирования?

Различие пенетрации и зондирования состоит в следующем. Погружение наконечника на глубину, меньшую высоты наконечника, называется пенетрацией. Метод испытания грунтов при погружении наконечника на глубину, превышающую высоту наконечника, называется зондированием.

Ф.2.13. Для чего проводятся статическое и динамическое зондиF рование?

Применение методов пенетрационных испытаний, статического и динамического зондирования позволяет определить:

− характер залегания грунтов различного литологического состава, положение границ между слоями, включая оценку степени одно5 родности грунтов и степени плотности песчаных грунтов;

199

−физические и механические характеристики грунтов (показатель текучести, коэффициент пористости, модуль деформации, угол внутреннего трения и удельное сцепление);

−сопротивление грунтов под острием R и на боковой поверхности f

свай.

Статическое зондирование грунтов (рис.Ф.2.13) заключается во вдав ливании в грунт зонда с одновременным измерением значений сопро тивлений грунта под наконечником и на боковой поверхности зонда.

Динамическое зондирование состоит в забивке в грунт стан дартного конического зонда и измерении глубины его погружения от определенного числа ударов молотка или, наоборот, при задании этого числа ударов. По результатам динамического зондирования строятся графики изменения по глубине условного динамического сопро тивления.

Фактически статическое и динамическое зондирования позволяют определять одни и те же показатели и свойства грунтов.

Рис.Ф.2.13. Примерный график статического зондирования:

1,2,3,4 – наименования грунтов

Ф.2.14. Как проводятся испытания методом лопастного сдвига?

Для этого используется крыльчатка, которая вдавливается, после чего к ней прикладывается вращательное усилие. В результате

200

испытаний определяется сопротивление срезу, которое принимается равным силам удельного сцепления. Метод применим только при слабых пылевато5глинистых грунтах, илах, торфах и заторфованных грунтах, так как можно считать, что у них угол внутреннего трения практически равен нулю.

Ф.2.15. Как проводятся испытания грунта в полевых условиях методом сдвига?

Для этого отрывается шурф и вырезается призма ненарушенного грунта, к которой через штамп прикладываются постоянная нор5 мальная и переменная сдвигающая нагрузки. Значения угла внут5 реннего трения и удельное сцепление определяют из условий пре5 дельного равновесия выпираемого или обрушаемого массива грунта.

В другом методе целиковый массив грунта заключается в кольцевую обойму, а к нему прикладываются нормальная и сдвигающая нагрузки, по которым из условия прочности Кулона определяют параметры прочности грунта.

Ф.2.16. Какие значения механических и физических характеристик грунтов применяются при расчете оснований?

При проектировании оснований зданий и сооружений исполь5 зуются расчетные значения характеристик грунтов, которые опре5 деляются на основе непосредственных испытаний в лабораторных или полевых условиях с последующей статистической обработкой ре5 зультатов испытаний.

Ф.2.17. Как определяются нормативные значения характеристик грунтов?

Нормативные значения характеристик грунтов определяют как среднеарифметические величины частных результатов определений для каждого выделенного на площадке строительства инженерно5 геологического элемента.

Количество определений характеристик грунтов устанавливается в зависимости от степени неоднородности грунтов основания, класса здания или сооружения, требуемой точности вычислений.

Количество одноименных частных определений для каждого выделенного на площадке инженерно5геологического элемента долж5 но быть не менее шести. При определении модуля деформации по результатам испытаний грунтов в полевых условиях штампом допус5 кается ограничиться результатами трех испытаний (или двух, если по5 лученные результаты отклоняются от среднего не более чем на 25 %).

201

Ф.2.18. Как определяются расчетные значения характеристик грунтов?

Расчетные значения характеристик грунтов определяются по формуле

X= X n ,

γg

где Xn − нормативное значение данной характеристики; γ g − коэф5

фициент надежности по грунту.

Расчетные значения характеристик грунтов определяются и ис5 пользуются потому, что нормативные значения, вследствие неодно5 родности грунта и ограниченного числа определений, могут содержать ошибку, которая должна быть исключена. Ошибка исключается методом статистической обработки результатов испытаний.

Коэффициент надежности по грунту γ g при вычислении расчетных

значений прочностных характеристик – удельного сцепления с, угла внутреннего трения нескальных грунтов ϕ, а также удельного веса грунта γ – устанавливается в зависимости от изменчивости этих харак5 теристик, числа определений и значения доверительной вероятности. Для прочих характеристик грунтов допускается принимать γ g = 1.

Доверительная вероятность расчетных значений характеристик грунтов при расчетах оснований по несущей способности принимается равной 0,95, а по деформациям – 0,85.

Ф.2.19. Допускается ли определять нормативные и расчетные знаF чения характеристик грунтов без проведения испытаний?

Да, допускается в следующих случаях. Для предварительных расчетов оснований, а также для окончательных расчетов оснований зданий и сооружений II и III классов и опор воздушных линий электропередачи и связи независимо от их класса допускается опре5 делять нормативные и расчетные значения прочностных и дефор5 мационных характеристик грунтов по их физическим характеристикам, используя для этого табл.Г.1–Г.7 приложения Г СП [21].

Ф.2.20. Как проводится статистическая обработка результатов испытаний?

Статистическую обработку опытных данных начинают с проверки на исключение возможных грубых ошибок. Исключить необходимо максимальное или минимальное значения Xi, для которых выполняется условие

X n − X i > vSdis ,

202

X n = 1n ∑ Xi ,

где Xn − среднее значение; v − статистический критерий, принимаемый в зависимости от числа определений; Sdis − смещенная оценка среднего квадратического отклонения,

где n − число определений.

После этого определяют: нормативное (среднее арифметическое) значение X n , а также среднее квадратическое отклонение

Приведенная статистическая обработка применяется только при определении удельного веса грунтов, предела прочности на одноосное сжатие скальных грунтов и модуля деформации грунтов. Другие физические характеристики вычисляются как нормативные значения.

Прочностные характеристики грунтов − угол внутреннего терния и удельное сцепление с – определяют исходя из зависимости Кулона τ = σtgϕ + с с использованием метода наименьших квадратов. Для обработки применяются результаты всех определений, произведенных для рассматриваемого слоя грунта.

203