Инженерно-геологические изыскания для строительства

Цель изысканий – определить состав грунта, его несущую способность, степень пучинистости и другие важные факторы, а также получить информацию о грунтовых водах.

Задачи - выявить особенности рельефа участка, сделать прогноз взаимодействия будущего сооружения с геологической средой, определить степень целесообразности постройки в определенном месте, разработать оптимальные методы проведения строительных работ, предусмотреть влияние возможных негативных геологических процессов во время строительства.

В инженерной геологии изучается верхняя часть земной коры, которая активно взаимодействует с обьектами хозяйственной деятельности человека. Горные породы поверхности земли служат основанием для фундаментов зданий, подземных коммуникаций, трубопроводов. Процессы, непрерывно протекающие в геологической среде, среди них такие явления как оползни, сели, затопление грунтовыми водами, - способны нанести колоссальный вред сооружениям, если при проектировании не были приняты специальные меры инженерной защиты.

Без понимания того, какими породами сложены первые десятки метров геологического разреза, строительная деятельность становится рискованной и затратной. Например, плотные глины, или скальный массив способны без существенной деформации выдержать вес небоскреба, а на торфе или влажном песке возведение подобных обьектов неизбежно к катастрофическим последствиям. Неконтролируемый забор грунтовых вод ведет к опусканию их уровня и растворению известняков, гипса, солей, что вызывает формирование и обрушение карстовых полостей.

Любое строительство сопровождается инженерно-геологическими изысканиями, которые основываются на данных разведочного бурения и лабораторных исследований горных пород верхней части разреза- грунтов.

Методы инженерной геофизики

В настоящее время в широких масштабах проводится реконструкция зданий и квартир (надстройка и перепланировка), строительство и реконструкция коттеджей. Многочисленные обращения владельцев домов и их покупателей в геологические организации с просьбой оценить надежность дома, объяснить возможные причины появления трещин в фундаментах и стенах строений, дать рекомендации по укреплению фундаментов показывают, что целесообразно заранее заботиться о надежности и долговечности существующего или строящегося здания. Для этого нужно провести обследование грунтов до начала строительства и существующих зданий перед их реконструкцией.

Обследование грунтов

Грунт должен выдерживать давление, которое оказывает на него здание. При строительстве кирпичных или блочных домов в 1-2 этажа и выше нагрузка на грунт достигает 1-3 кг/см2. Исследование грунта в таком случае обязательно. Грунты могут по-разному относиться к нагрузкам в зависимости от своего состава. Лучшим основанием для зданий служат глины и пески, менее надежны суглинки и супеси.

Исследование грунтов под фундаменты проектируемых зданий может проводиться традиционными методами инженерно-геологических изысканий, либо более современными методами инженерной геофизики. При инженерно-геологических изысканиях бурят скважины, чтобы отобрать грунт для анализа. Под крупные здания обычно делают три-пять скважин, расположенных по конверту (четыре по углам и одна в центре). Под коттеджи бурят две скважины вне контура здания. В процессе бурения отбирают пробы грунтов для лабораторного определения их физико-механических свойств.

Достоинства данного метода состоят в получении прямых, то есть лабораторных, показателей, натурных определений уровня, качества и химического состава грунтовых вод. Недостатки метода заключаются в точечном характере проводимого исследования, когда параметры грунта определяются всего в нескольких точках основания на маленьких образцах и часто вне площади будущего строения. Такой метод является трудоемким и дорогостоящим. Под возведенным зданием свойства грунта изучать трудно. Бурение выполняется вне контура основания, поэтому можно получить недостоверные сведения, особенно если грунты неоднородны.

Другой способ исследования грунтов предполагает применение более современных методов инженерной геофизики, которые выполняются без разрушения исследуемого объекта.

Преимущество геофизических методов состоит в том, что они дают возможность оценить строение и свойства грунтов в массиве по площади и в глубину в отличие от исследования точечным способом с применением бурения. Этот метод допускает исследование основания и под существующим сооружением.

Сейсморазведка обычно выполняется с помощью многоканальной сейсмостанции путем ударного возбуждения волн и регистрации их в памяти ноутбука. Работы ведутся по системе профилей длиной до 50 м с шагом по профилю 2 м. Исследование можно проводить на глубине 10-15 м (активная зона). По результатам сейсморазведки строят сейсмические разрезы и делают карты-срезы по участкам работ.

Сейсморазведочные исследования позволяют построить схему грунтов, отражающую строение грунтовой толщи и характер залегания грунтов, оценить состояние и свойства грунтов по глубине, а также узнать глубину залегания грунтовых вод. Далее с помощью специальных компьютерных программ выполняют карты-срезы грунтовой толщи, дающие возможность оценить свойства грунтов на различных глубинах. В зависимости от требуемой детальности такие карты строят по интервалам глубин через 0.5, 1.0, 1.5, 2.0 и 50 м.

При сейсморазведочных исследованиях под коттеджи получают данные по 75-100 точкам определения, при проведении исследований под более крупные здания количество точек достигает 100-120 и более, что позволяет получить характеристику свойств грунта по площади и составить обоснованную таблицу расчетных показателей.

Иногда неудачное расположение здания на участке приводит к образованию в его фундаменте и стенах трещин. Своевременное изучение геологических условий основания проектируемого здания позволяет или несколько подвинуть его или заложить фундамент, способный в данных условиях выдерживать предполагаемую нагрузку. Для построенных зданий можно дать рекомендации по усилению основания и прекращению его деформаций.

Определять свойства грунтов рекомендуется перед проектированием здания. Если в стенах или фундаменте построенного здания появились трещины, то необходимо провести обследование грунтов, фундаментов и стен. То же самое нужно предпринять при надстройке здания, даже если геологические изыскания на участке проводились ранее, поскольку условия в процессе эксплуатации могли измениться - например, при протечках из водонесущих коммуникаций.

Здания и конструкции

В построенном здании возможно появление трещин в фундаменте и стенах. Причинами их могут явиться слабый грунт, неудачная конструкция фундамента или изменение грунтовых условий вследствие неправильного ведения хозяйственной деятельности (мытьё машин в подвале без организации соответствующего стока, близкого расположения водозаборной скважины), увеличение нагрузки на фундаменты, стены, перекрытия, надстройка, установка тяжёлого оборудования. При надстройке здания обязательно проводится изучение грунтов основания. Кроме того, с помощью специальных приборов обследуются фундаменты, стены, конструкции. При реконструкции дома, если она проводится не на первом этаже, часто можно обойтись только анализом его стен и конструкций.

Для выяснения причин деформации необязательно откалывать фундамент. Лучше провести геофизическое обследование, которое более точно определит причины деформации, причем работа будет сделана быстро, качественно.

Аппаратурное обследование проводится в течение одного-двух дней, после чего выполняется анализ полученных данных и выдается официальное техническое заключение о причинах деформации с рекомендациями по усилению фундаментов. Геофизические методы применяют также для выявления неоднородности материалов стен и сводов сооружений (кирпичной кладки, бетона, гранитных и известняковых плит) и для обнаружения в них трещин, для оценки напряженного состояния, прочностных и деформационных свойств несущих конструкций зданий.

Геофизические методы обеспечивают достаточную представительность информации. Они играют важную роль как методы полевого исследования и оценки свойств грунтов в массиве, результаты их часто более достоверны, чем данные лабораторного изучения образцов.