Геологическая документация земной коры

Земная кора имеет сложное геологическое строение, сложена различными горными породами, насыщена подземными водами, в ней постоянно протекают геологические процессы. Для решения вопросов проектирования строительных объектов земную кору подвергают изучению. Результаты изучения какой-либо территории представляют в виде геологической документации, которую может прочитать инженер-строитель, проектирующий строительный объект. Главными итогами познания геологии того или иного участка территории являются геологические карты и геологические разрезы. Для того чтобы создать эти геологические документы, на территории строительства осуществляют необходимые разведочные работы в виде проведения горных выработок, геофизических исследований и оценки местности с помощью авиации (аэрометоды). Полученная в результате этих работ геологическая документация служит основой для выполнения проектов дорожных сооружений.

РАЗВЕДОЧНЫЕ РАБОТЫ

Горные выработки. Изучение геологии местности проводят с помощью как горизонтальных выработок — канав и штолен, так и вертикальных — шурфов и буровых скважин (рис. 20). Эти горные выработки дают основной материал по геологии территории, предназначенной под строительство. С их помощью устанавливается геологическое строение местности, изучаются грунты, подземные воды, проводятся полевые испытания грунтов. В изысканиях для дорожного строительства основными выработками являются шурфы и буровые скважины, а при строительстве тоннелей еще и штольни. Буровые скважины используют также для стационарных наблюдений за геологической обстановкой, например за режимом уровней грунтовых вод.

Канавы — это неглубокие выработки, которые проходят в основном на склонах долин рек, покрытых делювиальными наносами, мощностью не более 2 м. Дно канав имеет ширину 0,5—0,6 м и обнажает коренные породы, которые описывают, зарисовывают. Из слоев пород отбирают образцы для лабораторных анализов.

Штольни — это горизонтальные выработки, которые закладывают на крутых склонах для изучения геологии в глубине горных (водораздельных) пород возвышенностей. Штольни также иногда исполь-

/

  • 3
  • 4
Разведочные горные выработки

Рис. 20. Разведочные горные выработки:

1 — канава; 2 — штольня; 3 — шурф; 4 — буровая скважина

зуют, как дренажные сооружения для борьбы с грунтовыми водами, которые обводняют оползневые склоны рельефа. Геологическая документация штолен состоит из описания и зарисовки слоев горных пород, отбора образцов пород для последующих анализов.

Шурфы — вертикальные (или наклонные) выработки, которые проходят с поверхности земли. По глубине их разделяют на мелкие (до 5 м), средние (5—10 м) и глубокие (более 10 м). По сечению они бывают прямоугольными (1 х 1 м, 1 х 1,5 м) и круглыми (0,8—2 м), называемыми «дудками». Шурфы в мягких породах копают вручную или специальными шурфокопательными машинами. В прочных грунтах используют даже взрывные работы.

При изысканиях для автодорог чаще всего выполняют мелкие шурфы. Проходка шурфов является трудоемкой работой и в сравнении с буровыми скважинами их выполняют в меньшем количестве, но они имеют свои преимущества:

  • 1) можно визуально проводить осмотр грунтов в природном залегании;
  • 2) определять литологический тип грунтов и мощность слоев;
  • 3) отбирать любого размера и в виде монолитов образцы грунтов, а также пробы подземных вод.

Шурфы после проходки геологически документируют. Кроме отбора образцов грунтов и проб воды осуществляют зарисовку их стенок и вычерчивают развертку шурфов. Образец такой развертки показан на рис. 21. На развертке видно геологическое строение данного

в

Ю

О

ш

и

N

Рис. 21. Геологическая разведка шурфа: 1—3 — места отбора образцов грунта

Рис. 22. Условные графические обозначения грунтов и геологических процессов:

1 — шурф; 2 — скважина безводная; 3 — скважина разведочная; 4 — почва; 5 — супесь; 6 — суглинок; 7 — суглинок лесовидный; 8 — глина; 9 — галька; 10— песок крупнозернистый; 77—щебень; 72—известняк; 13 — доломит; 14 — мергель; 15 — ил; 16 — торф; 77— болото; 18 — гранит; 19 — лава; 20— гнейс; 27 — вулканический туф; 22— кварцит; 23— воронка карстовая; 24 — абразия; 25 — наледь сезонная; 26 — овраг растущий; 27— лавина; 28— сель

И

1

//////////

//////////

//////////

5

ООО со со

о о со

9

1 п

II

11 11

13

•м м г

мг

17

ш

г/.*Хгвд

21

25

о

2

/////////

6

©

10

/ /

> I I

/II

14

+++

18

  • ??????
  • ??????
  • ??????
  • ??????

22

  • -*<ггГ<ГРг1*Т
  • 414ц.

26

27

У//////А

4

8

1 1 1

III

III

III

12

=111=111

111=111=

16

20

т т

24

28

места, мощность слоев пород, возраст пород. Литологию слоев отражают стандартными графическими обозначениями. Примеры таких обозначений показаны на рис. 22.

После окончания работ по геологической документации шурфы засыпают, что важно в целях охраны природной среды.

Буровые скважины являются основным видом полевых разведочных работ и представляют собой вертикальные цилиндрические выработки диаметром не менее 100 мм, так как образцы грунтов (пробы) из скважин поступают в грунтоведческие лаборатории, где для приборов требуются образцы определенного диаметра. Скважины могут быть различной глубины, но для изысканий под автодороги она редко превышает 10 м. При изысканиях под крупные мосты и тоннели глубина скважин может составлять десятки метров.

Буровые работы выполняют специальными буровыми станками, которые смонтированы на автомобилях (рис. 23), что позволяет быстро передвигаться от одной скважины к другой. Проходку скважин осуществляют достаточно быстро. В мягких глинистых грунтах скорость проведения скважин может составлять до 3—4 м/ч.

При бурении скважин на поверхность земли периодически поднимают образцы грунтов. По этим образцам потом устанавливают геологическое строение того места, где бурили скважину, и литологический вид грунтов. Образцы грунтов из скважин извлекают в виде монолитов, т.е. в состоянии ненарушенных природных структур. Такие образцы называют керном. Изучение свойств глинистых грунтов в монолитном состоянии дает возможность получать верное представление об их прочностных и деформационных характеристиках. В тех случаях, когда скважина вскрывает подземную воду, отбирают пробы воды.

Следует отметить, что бурение одной скважины дает возможность определить только порядок залегания слоев грунтов. Для получения

/

ужжжжж;.

//////;////////

7/7/:,

'71777

• •••••••• • *.* •* •

»• •

  • • • • • •
  • • • • •.••• • • »Ф«1_

• •• • * •• •• •

а

1 2 3

б

Буровая автомашина

Рис. 23. Буровая автомашина

Рис. 24. Определение порядка залегания (а) и формы залегания (б) слоев

грунтов с помощью буровых скважин (1—3)

Геолого-литологическая колонка буровой скважины

Рис. 25. Геолого-литологическая колонка буровой скважины

сведений о форме их залегания (горизонтальное, моноклинальное и т. д.) необходимо бурить несколько скважин (рис. 24).

По окончании бурения по каждой скважине оформляют геологическую документацию в виде геолого-литологических колонок (рис. 25). Каждая колонка показывает порядок напластования и мощность слоев, литологический вид и возраст грунтов, уровень грунтовых вод, места отбора образцов в виде кернов. После завершения бурения скважину засыпают.

Отбор образцов грунтов и проб воды. При инженерно-геологических изысканиях с помощью горных выработок решают две основные задачи:

  • 1) устанавливают геологическое строение местности (участка);
  • 2) отбирают образцы грунтов и проб подземной воды для определения их свойств. Форма отбираемых образцов зависит от вида грунтов. Так, из прочных грунтов (скальные, полускальные) берут куски, из сыпучих (пески, гравий и т. д.) навески (до 0,5 кг), а из глинистых образований (суглинки, глины и др.) монолиты, т. е. образцы с сохранением их природной структуры. Такие монолиты в виде кубов, размером в среднем 20 х 20 х 20 см можно отбирать в канавах, штольнях и шурфах, а из буровых скважин отбирают образцы в виде керна диаметром не менее 100 мм.

Каждый монолит из глинистого грунта немедленно консервируют в целях сохранения его структуры и природной влажности. Для этого его окутывают марлей с последующей пропиткой ее парафином или воском. В таком виде монолит может сохранять свою природную влажность до 3 месяцев.

Все отобранные образцы грунтов снабжают этикетками, на которых указаны литологический вид грунта и место его отбора. В таком виде образцы отправляют в грунтоведческие лаборатории для определения их свойств.

Пробы подземных вод помещают в бутылки, горлышко которых плотно закрывают пробкой, окутывают марлей с пропиткой парафином с воском. Бутылки с наклеенными этикетками отправляют в химические лаборатории, где определяют, в частности, агрессивные свойства воды.

Геофизические исследования используют для изучения геологии площадей и длинных полос земли, что типично для трасс автомобильных дрог. Этот способ познания геологии территорий предшествует разведочным работам с помощью горных выработок (шурфов, буровых скважин и т. д.) или проводится с ними одновременно, но во всех случаях остается вспомогательным. Геофизические исследования дают возможность изучать геологию территорий без вскрытия земли. Их можно проводить в любое время года и получать результаты за относительно короткое время. Наиболее широко они используются при проведении изысканий под автодороги, большие мосты, глубоко залегающие под землей тоннели и для аэродромов.

В инженерно-геологических изысканиях для автодорог чаще всего используют два метода геофизических работ — электроразведку и малоглубинную сейсмику.

Электроразведка основана на исследовании искусственно создаваемого в массивах грунтов электрического поля. Каждый грунт имеет свое удельное сопротивление. На практике наибольшее применение нашли два способа: вертикальное зондирование и электропрофилирование. В первом случае изучают геологию по вертикали, во-втором — по площади. На рис. 26 показано, что с помощью вертикального зондирования можно определить: 1) порядок и глубину залегания слоев грунтов (я); 2) наличие и глубину залегания грунтовых вод (б); 3) присутствие в грунтовых толщах карстовых пустот (в);

4) глубину залегания скальных пород (г); толщ льда в вечной мерзлоте (д); коренных пород в речных долинах (е).

Сейсморазведка. При изысканиях для автомобильных дорог (аэродромов) используют малоглубинную сейсморазведку (до 100—120 м).

7

т

Г/

I_

IX

ш

т

• * * • • • •«*

Ж V • • • • ж •

Ну... • V

++++++++т + + + + +

а бег

Определение геологического строения участков местности геофизическими методами

Рис. 26. Определение геологического строения участков местности геофизическими методами:

1 — карст; 2 — лед; 3 — река; 4 — скала

Метод основан на разнице в скоростях распространения упругих колебаний (волн), которые возбуждаются искусственно путем взрывов или просто механическим способом. Сейсморазведка определяет геологию местности, т. е. практически то же самое, что и электроразведка, но в очень сложных геологических условиях этот метод недостаточно точен.

Авиаразведку местности осуществляют с самолетов или вертолетов. Лучшие результаты при облетах можно получать при скорости полета не более 150 км/ч и высоте полетало 100 м. Разведку осуществляют визуальным осмотром и аэрофотосъемкой поверхности Земли. Авиаразведка особенно полезна в труднопроходимых местах, крио-литозоне, пустынях, малоисследованных районах. В последние десятилетия стали использовать полеты космических спутников Земли: аэрокосмический осмотр больших площадей земной поверхности.

Авиаразведку целесообразно проводить в самом начале инженерно-геологических изысканий под автодороги и аэродромы. На базе этой разведки составляют план предварительных изысканий.

Визуальный осмотр и фотосъемка дают возможность оценить площадь изысканий по ландшафту, рельефу, речной сети, растительному покрову, геологическому строению в общем виде и определить наличие опасных геологических процессов.

 
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ     След >