Инженерная геология

     Сейчас  наиболее обоснованной научной гипотезой, по крайней мере у нас, считается  гипотеза акад. О.Ю.Шмидта (1944). Его «Четыре лекции о происхождении Земли» (1957)… По О.Ю.Шмидту, планеты образовались из межзвездной метеоритной пыли, через которую прошло Солнце. Рой пыли в космосе не редкость. Эта гипотеза впервые объяснила, почему  момент вращения на 98 % сосредоточен в планетах, а масса на 99 % в Солнце. Гипотеза хорошо обоснована математически (см. В.С.Сафронов. Происхождение Земли, М.: Знание,1987). Земля, По Шмидту, сначала не была раскалена, а получила тепло от Солнца и от ударов метеоритов. Сейчас основным источником  внутреннего тепла Земли считается распад радиоактивных урана, радия и тория и переход их в свинец и гелий.  Краткий обзор гипотез происхождения Солнечной системы, звезд и планет показывает, что этот вопрос еще далек от полного разрешения.

     Проблема происхождения и развития Земли тесно соприкасается с проблемой возникновения и развития жизни на Земле. Начиная с буддийской, все религии и большинство ученых поддерживают миф о множественности миров. Фалес (древнегреческий философ) учил, что звезды и Земля состоят из одного и того же вещества. Анаксимандр (философ) утверждал: миры возникают и разрушаются. Анаксагор  был один из первых приверженцев гелиоцентрической гипотезы и считал, что Луна обитаема и повсюду рассеяны невидимые «зародыши» жизни, являющиеся причиной возникновения всего живого. Извечность жизни (панспермия) многократно высказывалась многими учеными и философами. Римский философ Лукреций Кар в своей знаменитой книге «О природе вещей» писал: «Весь этот видимый мир вовсе не единственный в природе, и мы должны верить, что в других областях пространства имеются другие земли с другими людьми и другими животными».  Джордано Бруно: «Существуют бесчисленные солнца, бесчисленные земли, которые кружатся вокруг своих солнц, подобно тому, как наши семь планет кружатся вокруг нашего Солнца… На этих мирах обитают живые существа». Эту же идею поддерживали Гюйгенс, Вольтер, Ломоносов, Кант, Лаплас, а в начале 20 века Аррениус и наш Циолковский: «Вероятно ли, чтобы Европа была населена, а другая часть света нет? … Все фазы развития живых существ можно видеть на разных планетах. Чем было человечество несколько тысяч лет тому назад и чем оно будет по истечении миллионов лет – все можно отыскать в планетном мире». Древний романтичный миф о множественности миров сильно разрушил наш ученый Шкловский Иосиф Иммануилович. В его книге «Вселенная, жизнь, разум», изд. 3-е, 1973, проводится мысль об уникальности и неповторимости жизни на планете Земля, что должно повысить ответственность человечества за сохранение жизни в духе учения о ноосфере  В.И.Вернадского … А.Д.Сахарова.

     О посещении Земли инопланетянами…  Истоки этой идеи – события в  Библии и пока непонятные творения древних на Земле. Но все находит  свое объяснение. Стальная нержавеющая  колонна в Индии оказалась чудом порошковой металлургии. Библейские легенды имеют вавилонские корни… Периодические сенсации вокруг непонятных явлений – «реникса – чепуха», пока их природу не объяснит наука.       

3. Основные физико-механические  свойства горных  пород, необходимые  для проектирования и строительства 

      Горные  породы находят в строительстве  обширное применение. При возведении инженерно-технических сооружений учитываются прочность, жесткие  связи и несущая способность  скальных пород, при возведении откосов  берутся во внимание монолитность, трещиноватость, степень выветривания горных пород, при строительстве дамб, плотин, подтопляемых насыпей, определяется подверженность пород (слагающих минералов) к размоканию и выветриванию.

      Многие  горные породы представляют собой незаменимый  строительный материал для дорожных покрытий, бутового камня, облицовочных плит, при изготовлении цемента, извести, гипса.

      Из  обломочных пород довольно широкое  применение может иметь булыжный камень из гранита, гнейса, базальта: большая  прочность, высокая теплопроводность и значительная плотность (1,80-2,50 г/см³). Более мелкие булыжники (до 20 см в поперечнике) применяют для мощения дорог.

      Гравий  используется для изготовления бетона (при размере частиц от 5 до 80 мм) и  для мощения проезжей части дорог. Песок применяют в кирпичной кладке (размер частиц до 2,5 мм), бутовой кладке (до 5 мм), для отделочной затирки (0,5-1,0 мм). Плотность песка колеблется в пределах 1,25-1,65 г/см³ при объеме пустот до 40%.

      Глина по характеру образования подразделяется на: а) первичную или остаточную и б) вторичную или переотложенную. Первая более качественная и содержит меньше примесей. По огнеупорности выделяют:

      огнеупорную с температурой плавления выше 1580°С;

      тугоплавкую — 1350-1580°С;

      неогнеупорную — 1350°С.

      Применение  глины обширно: кирпичное, черепичное, гончарное производства, строительные растворы.

     Применяются в хозяйстве техногенные породы (шлаки) — остатки от сжигания угля, торфа и горючих сланцев —  так называемые котельные шлаки; доменные шлаки в гранулированном  виде идут в качестве мелкого заполнителя в легких бетонах, в тонкоразмолотом виде как добавки к вяжущим.  

     4. Инженерно-геологические изыскания для строительства.

     1. Цель и   задачи  изысканий 

     В Градостроительном Кодексе (ст. 47) указано: «Инженерные изыскания выполняются для подготовки проектной документации, строительства, реконструкции объектов капитального строительства. Не допускаются подготовка и реализация проектной документации без выполнения соответствующих инженерных изысканий».

     На  основе материалов изысканий осуществляется разработка предпроектной документации, в том числе градостроительной документации и обоснований инвестиций в строительство, проектов и рабочей документации строительства предприятий, зданий и сооружений, включая расширение, реконструкцию, техническое перевооружение, эксплуатацию и ликвидацию объектов, ведение государственных кадастров и информационных систем поселений, а также рекомендаций для принятия экономически, технически, социально и экологически обоснованных проектных решений.

     Инженерные  изыскания нормируются федеральными строительными нормативами: СНиП, ГОСТами, Сводами Правил и др.

     СНиП 11-02-96 «Инженерные изыскания для  строительства» (п. 4.1) указывает: «Инженерные изыскания для строительства являются видом строительной деятельности». СНиП 11-02-96, п. 4.3 дает следующие виды инженерных изысканий: инженерно-геодезические, инженерно-геологические, инженерно-гидрометеорологические, инженерно-экологические изыскания, изыскания грунтовых строительных материалов и источников водоснабжения на базе подземных вод. Кроме этого, к инженерным изысканиям относятся: геотехнический контроль, обследование оснований фундаментов зданий и сооружений, оценка опасности и риска от природных и техногенных процессов, обоснование мероприятий по инженерной защите территорий, локальный мониторинг компонентов окружающей среды, исследования в процессе строительства, эксплуатации и ликвидации объектов, научные исследования в процессе инженерных изысканий, авторский надзор за использованием изыскательской продукции в процессе строительства в составе комиссии (рабочей группы), инжиниринговые услуги по организации и проведению изысканий.

     Цель  инженерно-геологических изысканий – получение необходимых и достаточных данных для проектирования, строительства и эксплуатации объектов.

     Задачи  изысканий: комплексное изучение природных и техногенных условий территории (региона, района, площадки, участка, трассы), включая: 1) рельеф, 2) геологическое строение, состав, состояние и свойства грунтов, 3) гидрогеологические условия, 4) геологические и инженерно-геологические процессы и прогноз их изменения на застроенных территориях для обоснования инженерной защиты и безопасных условий жизни населения.

     Цель  и задачи изысканий изменяются в  зависимости от вида строительства (промышленное, гражданское, гидротехническое, мелиоративное, дорожное, морское и  др.). 

     2. Состав, этапы и  методика работ. 

     В состав инженерно-геологических изысканий входят: сбор и обработка материалов изысканий прошлых лет, дешифрирование космо-, аэрофотоматериалов и аэровизуальные наблюдения, маршрутные наблюдения (рекогносцировочное обследование), проходка горных выработок, полевые исследования грунтов, гидрогеологические, геофизические, сейсмологические исследования, сейсмомикрорайонирование, стационарные наблюдения, лабораторные исследования грунтов и подземных вод, обследование грунтов  оснований существующих зданий и сооружений, камеральная обработка материалов, составление прогноза изменений инженерно-геологических условий, оценка опасности и риска от геологических и инженерно-геологических условий, составление технического отчета.

     Этапы (стадии) изысканий. Проектирование ответственных и сложных объектов производится не сразу, а поэтапно, по стадиям. Свод Правил 11-105-97 «Инженерно-геологические изыскания», ч. 1 установил следующие стадии изысканий:

     1) изыскания для разработки предпроектной  документации,

     2) изыскания для разработки проекта, 

     3) изыскания для разработки рабочей документации.

     Предпроектные изыскания проводят для разработки проекта районной планировки, генерального плана города, проекта детальной планировки. 

     Изыскания для проекта строительства предприятия, здания, сооружения выполняют для обоснования компоновки зданий и сооружений, конструктивных и объемно-планировочных решений, разработке мероприятий и сооружений по инженерной защите, охране геологической среды, проекта организации строительства.  

     Изыскания для рабочей документации для обоснования окончательных проектных решений, расчетов оснований, фундаментов и конструкций зданий, производства земляных работ.

     Методика  изысканий. Инженерно-геологические работы обычно проводят в три этапа: 1) подготовительный, 2) полевой и 3) камеральный. 

     3. Сбор, изучение и  анализ имеющихся  материалов. Инженерно-геологическая  и   гидрогеологическая  съемка. Буровые и  горнопроходческие разведочные работы. 

     В подготовительный этап  изучают  район по архивным, фондовым и литературным данным, готовят оборудование для полевых работ.

       В полевой период производят:

     Инженерно-геологическую  съемку и картирование – основной вид комплексного изучения территорий, независимо от вида строительства. При этом составляют специальные карты (инженерно-геологических условий, районирования и др.), геологические разрезы, таблицы свойств и все данные, характеризующие территорию.

     Разведочные работы включают бурение скважин с отбором проб грунта и воды, проходку разведочных выработок – расчисток на склонах ступеньками глубиной до 1,5 м, канав глубиной до 3 м, шурфов и дудок глубиной до 20 м и даже штолен – подземных горизонтальных выработок (изучение береговых склонов при проектировании плотин. Их проходят с помощью техники или вручную.

     Основным  видом разведочных работ являются скважины. По способам бурения различают: 1) ручное ударно-вращательное бурение, 2) колонковое вращательное, 3)ударно-канатное кольцевым забоем, 4) ударно-канатное сплошным забоем, 5) вибрационное, 6) шнековое бурение. Способ бурения зависит от вида грунта и решаемых задач. Строительные нормативы допускают любой вид бурения, который дешевле, быстрее и информативнее решает поставленные задачи. Главная задача – достоверное описание геологического разреза и отбор ненарушенных проб-монолитов с помощью специальных грунтоносов. Из обводненных плывунных и структурно-неустойчивых грунтов часто не удается отобрать монолиты естественного сложения. Буровики часто при отборе проб уплотняют просадочные лессы и этим занижают просадочность.     

     4. Геофизические исследования. Стационарные наблюдения. Лабораторные исследования грунтов и подземных вод. 

     Геофизические методы разнообразны: сейсмические, гравиметрические, магнитометрические, ядерные. Все они основаны на изменении свойств грунтов и выявлении аномалий. Сейсмические методы определяют скорость упругих волн, Гравиметрические выявляют аномалии силы тяжести. Электрические методы дают электросопротивление пород постоянному или переменному току.

     Опытные полевые исследования грунтов включают: динамическое и статическое зондирование грунтов, опытные нагрузки в шурфах и скважинах, откачки и наливы в скважины.

     Динамическое  зондирование производят забивными зондами, чаще установкой буровой пенетрационной УБП-15. Сопротивление грунтов по глубине разреза определяют по числу ударов молота весом 60 кг, сбрасываемого с высоты 80 см. Считают число ударов  на 10 см, затем по формуле определяют динамическое сопротивление.