Инженерно-геологические условия центральной части Нижнего Новгорода

1.8 Инженерно-геологические условия перспективного района

Перспективный участок проектируемого строительства расположен в юго-восточной части имеющейся территории на современных отложениях.

Поверхность участка ровная, характеризуется незначительным уклоном в южном направлении. Абсолютные отметки поверхности изменяются от 200 до 190 м.

Активно сжимаемая толща оснований зданий и сооружений располагается в пределах комплекса четвертичных и пермским отложений до глубины 25 м (глубина активной зоны). В связи с этим более древние отложения практического значения не имеют, и рассматриваться не будут, соответственно в геологическом строении участка можно выделить:

- средневерхнечетвертичное и современное звенья. Нерасчлененные средневерхнечетвертичные и современные проблематичные отложения (). Отложения развиты на правобережье рек Оки и Волги. В суглинках встречаются прослои разнозернистых песков с включениями гравия (кремнистых пород и обломков местных пород). Мощность этих отложений уменьшается от Оки и Волги на юг от 47.5 до 20 метров;

- татарский ярус. Нижний подъярус. Уржумский горизонт. Нижеустъинская свита (). Отложения нижеустьинской свиты имеют повсеместное распространение. Отсутствуют они лишь на отдельных участках, где нижнеказанские и нижнепермские отложения выходят на поверхность. Залегают данные отложения на размытой поверхности подстилающих пород казанского яруса. Нижнеустьинские отложения характеризуются преобладанием глинисто-алевролитовых пород, интенсивной загипсованностью всех литологических разностей, широким распространением тонкослоистых текстур. Глины и алевролиты коричневые, темно-коричневые с прослоями и гнездами гипса с подчиненными прослоями песчаников. Глины полутвердые, плотные аргиллитоподобные, в них встречаются прослои мергелей, мощность прослоев не превышает 2 м. Кровля нижнеустьинских отложений вскрывается на глубинах 20.0-35.0 метров, (абсолютные отметки 47.8-55.6 метров). Мощность от 2.7 до 36.0 метров.

В сфере взаимодействия зданий с геологической средой водоносные горизонты отсутствуют.

Участок строительства располагается на среднечетвертичной эрозионно-аккумулятивной равнине высокого правобережья рек Оки и Волги. Этот геоморфологический район занимает всю южную часть район работ и относится к краевой части Приволжской возвышенности, ограниченной с севера денудационным уступом высотой от 50 до 137 метров. Возвышенность представляет собой волнистую равнину с общим уклоном поверхности на юго-восток, развитую на лежащих красноцветных отложениях верхней перми, перекрытых толщей суглинков проблематичного генезиса, мощностью от 15 до 47 метров.

Долинами рек равнина расчленена на ряд обособленных водоразделов, шириной от 5-6 до 10-30 километров, склоны которых прорезаны оврагами и балками. Густота оврагобалочной сети в среднем составляет 0.8 километра на 1 км площади. Поперечная форма оврагов V-образная. Ширина по тальвегу изменяется от 2-3 метров. Глубина вреза изменяется от 10-15 метров до 30-70 метров. В денудационном уступе широко развиты гравитационные и оползневые формы рельефа: осыпи, оплывины и оползни.

Как было сказано выше, в денудационном уступе широко развиты гравитационные и оползневые процессы: осыпи, оплывины и оползни. Но в нашем случае участок строительства располагается на ровной поверхности вдали от оврагов. Среди опасных геологических процессов для будущих сооружений можно назвать процессы морозного пучения.

Анализ материалов инженерно-геологических изысканий, проведенных на предварительной стадии работ, показал, что на изучаемом участке, инженерно-геологические условия строительства жилого комплекса благоприятны.

Согласно СН и П 1.02.07-87 прил. 10 участок проектируемого строительства относится ко второй (средней) категории инженерно-геологических условий.

2. Проектная часть

2.1 Техническое задание

Участок проектируемого строительства располагается в 34 км от Нижнего Новгорода в юго-западном направлении.

Проектируемый объект представляет собой комплекс административных зданий, включающих в себя несколько 2-х и 3-х этажных зданий, а также одно многоэтажное (предполагаемое количество этажей - 14). Размеры перспективного участка составляют 500х500 метров.

Максимальные передаваемые нагрузки от сооружений (в нашем случае от высотного здания) будут составлять 2,2 МПа.

2.2. Задачи инженерно-геологических исследований

В нашем случае на стадии «Проект» необходимо решить ряд следующих задач:

1. Выяснение инженерно-геологического строения района предполагаемого строительства;

2. Установление неблагоприятных экзогенных геологических процессов, распространенных в районе;

3. Систематизация полученных результатов, рекомендации по использованию грунтов в качестве оснований для зданий и сооружений;

2.3 Методы инженерно-геологических исследований

Для решения поставленных задач в ходе инженерно-геологических изысканий предусматривается проведение следующих видов работ:

а) топогеодезические работы;

б) бурение скважин с отбором грунта;

в) геофизические работы;

г) опытные полевые работы;

д) лабораторные испытания грунтов

е) камеральные работы

Гидрогеологические условия будут изучаться в процессе бурения скважин, замерами уровня подземных вод и лабораторными исследованиями их химического состава.

2.3.1 Топогеодезические работы

Работы предусматривается выполнять топографической группой. В их задачу входит производство топографической съемки местности. Вынесение на местность размещение инженерно-геологических скважин, скважин для проведения в них испытаний грунтов вертикальной статической нагрузкой, точек статического зондирования и привязка их к местности.

2.3.2 Буровые работы

Бурение разведочных опытных скважин проектируется колонковым способом для решения следующих задач:

- изучение геологического разреза;

- расчленение разреза до уровня МГТ-1;

- отбора образцов грунта с целью определения его состава, состояния и физико-механических свойств.

Для определения объема работ нужно рассчитать двухмерный спинф.

Имеющиеся данные (по данным задачи 39)

?=0,95 Е_м=0,1 t_?=1,96

Исходные данные:

,, ,

,

Число пунктов получения информации по равняется , а по . В итоге получаем 32 пункта получения информации. Схема расположения пунктов получения информации изображена в приложении 1.

12 пунктов будет использоваться для бурения скважин, так как этот метод является экономически не целесообразным, т.е. очень дорогим.

Конструкции скважин должны отвечать современному состоянию проведения изысканий и возможному их техническому прогрессу. В соответствии с ГОСТом должны использоваться грунтоносы, обеспечивающие отбор монолитов с природной влажностью, диаметром достаточным для вырезания образцов грунта, размеры которых определяются оборудованием для испытания грунта.

Глубина скважин определяется глубиной сферы взаимодействия проектируемого объекта. Так большую нагрузку оказывают четырнадцатиэтажные дома, то глубина скважин принимается равной 20 метров (объем работ составляет 240 п.м.)

Скважины проходятся с отбором керна, который документируется в журнале установленной формы.

2.3.3 Статическое зондирование

Испытание грунта статическим зондированием должно выполняться в соответствии с ГОСТом 20069-81. Методом полевых испытаний грунтов статического зондирования решаются следующие задачи:

- определение однородности грунтов по площади и глубине;

- приближенная количественная характеристика свойств грунтов;

- определение показателей сопротивления грунтов основания свай.

В результате полевых испытаний грунтов статическим зондированием определяются величины лобового и бокового сопротивления грунта. Общее количество точек статического зондирования равно 10.

2.3.4 Геофизические исследования

Гамма-каротаж

Данный метод может быть использован для качественной оценки содержания глинистой фракции в породах и, следовательно, для расчленения разреза отложений на отдельные литологические типы-пески, супеси, суглинки и глины. Для этой цели необходимо провести запись естественного гамма-фона пород путем гамма -каротажа в каждой из скважин. Резкие изменения в уровне записи естественной радиоактивности пород по каротажной диаграмме соответствуют смене литологических разностей, плавное нарастание или спад гамма-фона свидетельствуют о постепенном изменении содержания глинистых частиц. Количественная привязка глинистости породы, определенной по результатам ее гранулометрического анализа, к ее соответствующим уровням гамма - фона, замеренного для тех же пород в естественных условиях, позволяет однозначно расчленять литологический разрез.

Для более достоверного расчленения разреза предполагается использование метода гамма - гамма-каротажа.

Данный метод называется также плотностным каротажем и является одним из наиболее распространенных методов радиоактивного каротажа. Сущность метода состоит в регистрации гамма-излучения, рассеянного породой, при перемещении каротажного зонда с источником излучения вдоль скважины. Физической основой ГТК является зависимость интенсивности рассеянного гамма-излучения от объемного веса породы.

Оборудование для ГТК состоит из скважинного зонда и наземной регистрирующей аппаратуры. Минимально возможная фиксируемая мощность пласта составляет не менее 0,5 м.

Диаграмма ГГК записывается на осциллографическую бумагу и представляет собой изменение регистрируемого рассеянного гамма-излучения в процессе перемещения каротажного зонда по скважине. Резкое изменение регистрируемого рассеянного гамма-излучения, фиксируемое на диаграмме ГТК, свидетельствует об изменении плотности грунта, что, как правило, соответствует смене литологических разностей. Аналогичный скачок на диаграмме 11 К появляется при пересечении каротажным зондом уровня грунтовых вод, поскольку в этом случае резко изменяется объемный вес грунта.

По результатам гамма-гамма-каротажа скважин объемный вес пород определяется с точностью до ±0.03-0.05 г/см³. Таким образом, данный метод в комплексе с гамма-каротажем позволяет расчленить литологический разрез. Геофизические исследования предполагается провести во всех скважинах.

Нейтрон-нейтронный каротаж

Данный метод используется для определения влагосодержания и пористости водонасыщенных пород, уровня залегания грунтовых вод. Сущность его состоит в регистрации нейтронного излучения, рассеянного окружающей средой при перемещении каротажного зонда вдоль скважины, которое находится в определенной функциональной зависимости от влагосодержания пород. При расчленении литологического разреза целесообразно использовать диаграмм ННК совместно с данными гамма-каротажа и гамма-гамма-каротажа.

2.3.5 Инженерно-геологическое опробывание

Характеристика инженерно-геологических условий строительной площадки не может быть полной и окончательной, если не сделаны описание и оценка физико-механических свойств, слагающих их горных пород. Физико-механические свойства горных пород являются составным элементом характеристики инженерно-геологических условий территории. Показатели, отражающие эти свойства, являются оценками строительных качеств горных пород при использовании их как естественного основания при проектировании различных сооружений. Поэтому изучение, оценка и прогноз физико-механических свойств горных пород и их изменений под влиянием естественных и искусственных условий являются составной частью любых инженерных изысканий.

Физико-механические свойства горных пород должны изучаться в лабораторных и полевых условиях при выполнении инженерно-геологических работ на данной стадии исследования. Отбор проб образцов производится из естественных обнажений, горных выработок и буровых скважин.

Опробование сопровождает другие геологические работы и заключается в отборе проб горных пород и воды для соответствующих лабораторных исследований.

Детальность изучения физико-механических свойств горных пород определяется стадией инженерных исследований.

При опробовании необходимо стремиться к тому, чтобы каждая проба была представительной, т. е. в максимальной степени отражала характерные особенности состава, строения, физического состояния и свойств изучаемой разности горных пород на уровне МГТ-2.

При характеристике и оценке свойств определенной разности горных пород (МГТ-2) производится отбор определенного числа проб для соответствующих исследований. Обобщение и анализ результатов этих исследований позволяют с определенной степенью достоверности и надежности распространить их на исследуемый объект и обеспечить, таким образом, полную представительность получаемых данных.

Требования к достоверности и надежности показателей физико-механических свойств горных пород зависят от стадии инженерных изысканий. На проектируемой стадии достаточны обобщенные показатели свойств пород, принимаемые как средние значения, полученные по данным испытаний, число которых достаточно для статистического обобщения.

На данной стадии исследования планируется отбор проб нарушенной структуры и в виде монолитов.

В породах глинистых и песчано-гравелистых для отбора монолитов применяют пробоотборники различных конструкций. Основной их частью является металлический цилиндр, который при отборе монолита погружают в породу на зачищенном забое.

Пробы горных пород нарушенного сложения отбирают в тару, обеспечивающую сохранность мелких частиц. Объем таких проб их глинистых и песчаных частиц должен быть в пределах от 600 до 1000 см³ (1-1,5 кг), из гравелистых и дресвяных - от 1000 до 2000 см (1,5-3 кг) а из галечниковых и щебенистых - от 2000 до 3000 см³ (3-4 кг). Каждая проба пород сопровождается соответствующей этикеткой, регистрируется в специальном журнале и направляется в лабораторию. Пробы естественного сложения и влажности упаковывают во влажные опилки, мелкую стружку или другой мягкий материал, предохраняющий их от разрушения и высыхания.

Важной задачей при опробовании является определение плана расположения мест отбора проб и необходимого их числа для достоверной и надежной характеристики и оценки свойств горных пород. Каждая проба, как уже отмечалось выше, должна быть наиболее представительной, т.е. характеризовать совершенно определенную разность горных пород, слагающих толщу, слой, зону или пачку.

При опробовании горных пород необходимо придерживаться правила геологической их однородности в стратиграфическом, генетическом и петрографическом отношениях. Это значит, что пробы надо отбирать:

отдельно из каждой толщи или слоя пород, отличающихся в геологическом разрезе по своим стратиграфическим, генетическим и петрографическим признакам и строительным качествам, независимо от мощности и распространения по простиранию;

2) в петрографически однородных толщах и слоях пород из каждой отдельной зоны и подзоны, различающихся строительными качествами, т.е. степенью влажности, выветрелости, трещиноватости, водопроницаемости и другим показателям;

3) в мощных толщах тонкопереслаивающихся пород из каждой пачки с однотипным чередованием слоев, одинаковых или близких по составу и состоянию.

В настоящее время в качестве основного и научно достаточно обоснованного метода определения числа проб для соответствующего лабораторного изучения их состава, строения и физико-механических свойств рекомендуется приближенно-статистический метод. По его результатам число проб, необходимое для получения обобщенных характеристик свойств горных пород того или иного МГТ-2 на сравнительно ограниченной площади его распространения, может быть рекомендовано 108 проб (по 4 пробы в каждой скважине).

2.3.6 Опытные полевые работы

Прессиометрия

Данный метод позволяет определить деформационные свойства горных пород.

Сущность метода заключается в принудительном расширении части ствола буровой скважины равномерно распределённым давлением. К стенкам скважины это давление передаётся через специальный зонд, имеющий эластичную (чаще резиновую) оболочку и датчик перемещений. Давление, создаваемое в зонде с помощью сжатого воздуха, повышают заданными ступенями. На каждой ступени измеряют само давление Р и диаметр скважины d. Результаты измерений служат основой для построения графика прессиометрических испытаний.

В качестве деформационных констант породы как изотропного тела рассматривают модуль общей деформации Е и коэффициент Пуассона ?.

Схема прессиометра представлена на рис. 1.

Данные испытания предполагается провести во всех буровых скважинах.

Документация прессиометрических испытаний горных пород выполняется в журналах специальной формы.

Искиметрия

Метод заключается в резании с помощью прибора, оснащенного специальным режущим профилем (ножом), песчано-глинистых пород в стенках буровой скважины. В процессе испытаний производится непрерывное измерение и запись величины сопротивления резанию.

Схема скважинного искиметра конструкции Г.К. Бондарика и Ю.В. Сироткина показана на рис. 5. Нож искиметра в сложенном виде, укрепленный на штанге, опускают на тросе в скважину. Над устьем скважины устанавливают искиметр и вытягивают трос, на котором находится нож, со скоростью 0,5-2,0 м/ мин. При этом нож раскрывается и его лезвия занимают рабочее положение.

В ходе испытаний на ленте самописца записывается непрерывный график «сопротивление резанию - глубина».

График искиметрических испытаний используют для расчленения разреза на слои, отличающиеся по величине сопротивления резанию, выделения ослабленных прослоев и приближенной оценки прочности песчано-глинистых пород.

Величину сопротивления сдвигу ? определяют по формуле Ю. Остермана:

где

s_K - удельное сопротивление резанию;

? ₀=- сопротивление сдвигу при природном давлении на глубине h,

? - плотность;

? - коэффициент бокового давления;

L- показатель структурной прочности.

По значениям ? строят график зависимости ? = f(h), по которому оценивают изменчивость прочностных свойств песчано-глинистых отложений по разрезу.

2.3.7 Лабораторные работы

Материалы лабораторных работ дополняют и уточняют характеристику, классификацию и оценку горных пород, в результате чего повышается достоверность и детальность инженерно-геологического изучения территории, геологических условий строительства сооружения, условий развития геологических процессов и явлений и т.д.

При лабораторных исследованиях о физико-механических свойствах горных пород судят на основании изучения и испытания отдельных их образцов и проб.

Для расчленения разреза песчано-глинистых отложений на глубину максимальной сферы взаимодействия до МГТ-2 необходимо произвести определения классификационных показателей:

для песчаных грунтов - гранулометрический состав, природная влажность, плотность фунта, плотность частиц грунта;

для глинистых грунтов - установление пределов пластичности (влажности на границах текучести и раскатывания, число пластичности)

2.3.8 Камеральные работы

Завершающим этапом всех проведенных работ на участке будущего строительства являются камеральные работы, задача которых состоит в составлении отчетных материалов о проведении предварительной инженерно-геологической разведки на стадии «Проект».

Основным отчетным материалом будет являться инженерно-геологическое заключение об условиях участка строительства. Оно должно включать две основные части: методику проведения выполненных работ и полученные результаты.

В частности, дается серия инженерно-геологических разрезов по ?₁, и ?₂ на глубину максимальной сферы взаимодействия проектируемых сооружений с выделенными МГТ-2; таблицы с показателями физико-механических свойств пород; представляются результаты статистических расчетов, выполненных для каждого МГТ-2, касающиеся проверки статистической однородности поля показателя по каждому МГТ-2 и подсчета оценок средних значений классификационного показателя, которые завершаются таблицей средних значений классификационных показателей для всех выделенных МГТ-2 в пределах сферы взаимодействия. Также дается краткое описание геологических, гидрогеологических условий участка строительства и проявлений ЭГП.

2.4 Организация и проведение работ

Последовательность и продолжительность проведения каждого из запроектированных видов работ представлены в таблицах 1 и 2.

Таблица 1. Сводная таблица объемов работ

Таблица 2. Календарный план проектируемых работ

Заключение

В процессе выполнения курсового проекта были изучены физико-географические условия, стратиграфия, тектонические, геоморфологические и гидрогеологические условия, проявления экзогенных геологических процессов и на основании них был выбран перспективный участок с благоприятными условиями для строительства комплекса административных зданий. Далее после выбора перспективного участка были определены необходимые виды и объемы работ, которые будут направлены на получение дополнительной инженерно-геологической информации. После определения объемов работ был составлен календарный план их выполнения.

Работа над курсовым проектом подразумевала работу с нормативными документами, что положительно повлияло на формирование представления о будущей специальности и способствует формированию навыков работы с документами и нужной литературой.

Список литературы

1. Г.К. Бондарик. Инженерно-геологические изыскания. Курс лекций. 2007

2. Г.К. Бондарик, Л.А. Ярг. Инженерно-геологические изыскания: учебник - М.: КДУ, 2007. - 424 с.

3. Г.К. Бондарик, И.С. Комаров, В.И. Ферронский. Полевые методы инженерно-геологических исследований. «Недра», 2007 г., 374 с.

4. СНиП 2.02.01 - 83*. Основания зданий и сооружений

5. СНиП 2.01.07 - 85. Нагрузки и воздействия

6. СНиП 2.02.03 - 85. Строительные нормы и правила