Инженерная геология. Инженерно-геологические изыскания

Геология - это наука о земле. Она представляет собой целый комплекс научных дисциплин и промышленных отраслей, связанных с изучением земной коры и ее более глубинных сфер. Задачи геологии нацелены главным образом на познание закономерностей образования и размещения МПИ (месторождения полезных ископаемых). Большинство конкретных вопросов, решаемых в современной геологии, относится к глубинам порядка 10-15 км, что обусловлено геологического глубиной среза в областях древнего складкообразования и современным уровнем технических возможностей добычи и разведки полезных ископаемых.

Общие понятия

Инженерная геология является научно-технической отраслью геологии, изучающей особенности и закономерности взаимодействия геологической среды с инженерными сооружениями. Объектом инженерной геологии являются верхние слои и горизонты земной коры, геологические условия их формирования и залегания, морфологические, прочностные и динамические характеристики в связи с инженерно-хозяйственной активностью человека.

Наряду с узкоспециальными задачами, инженерная геология предусматривает изучение геологического сложения, свойств и состава грунтов, гидрогеологических условий, деструктивных геологических процессов и целого ряда других вопросов. Поэтому основы инженерной геологии включают необходимость определенных широких познаний в целом ряде смежных геологических дисциплин, в том числе общей геологии, минералогии, геоморфологии, гидрогеологии, петрографии, тектоники, геофизики и др.

Цели и задачи

Инженерно-геологические изыскания ставят своей целью выполнение комплексной и всесторонней оценки геологических факторов, вызванных деятельностью человека в строительно-хозяйственной сфере, во взаимосвязи с природными геологическими процессами.

Главные задачи инженерной геологии, включающие изучение геолого-тектонических, геоморфологических, сейсмических и техногенных факторов, концентрируются на разработке инженерно-геологического обоснования, которое в обязательном порядке предваряет строительство объектов со статусом инженерных сооружений. Это гражданские и промышленные здания и постройки, автомобильные и железные дороги, плотины, мосты, аэродромы, метрополитены, подземные выработки, подземные коммуникации и множество других объектов.

Таким образом, инженерная геология призвана обеспечивать проектировщиков, строителей и службы эксплуатации хозяйственных объектов всеми данными, необходимыми для проектирования и строительства, а также для выполнения мероприятий, связанных с их эксплуатацией.

На основании результатов инженерно-геологических работ составляют заключение о принципиальной возможности строительства сооружений и зданий или определяют наиболее благоприятные участки для их размещения. Заключение должно содержать рекомендации о предпочтительном способе производства работ, предложения по конструкциям в плане их максимальной надежности и профилактическим мероприятиям по борьбе с возможными негативными геологическими процессами, которые могут угрожать сохранности здания или сооружения.

Основные разделы инженерной геологии

Являясь частью геологии как науки, инженерная геология, в свою очередь, включает в себя ряд самостоятельных дисциплин, из которых основными считаются инженерная геодинамика, грунтоведение и региональная инженерная геология.

Грунтоведение, как следует из названия, это научная ветвь инженерной геологии, которая ведает строением, составом и свойствами грунтов, закономерностями их образования и накопления, а также особенностями пространственно-временной изменчивости, обусловленными инженерно-строительной и хозяйственной деятельностью людей.

Объектом инженерной геодинамики является широкий спектр сегодняшних геологических процессов, которые оказывают значимое влияние на условия строительства и эксплуатации хозяйственных объектов любого масштаба. К процессам такого рода относятся землетрясения, оползни различного происхождения, провалы, просадки, трещины и др. Наряду с исследованием и прогнозом, все они вызывают необходимость в разработке защитных и предохранительных мер, что также относится к задачам инженерной геодинамики.

Региональная инженерная геология, как и другие инженерно-геологические изыскания, изучает особенности и закономерности развития самых верхних слоев земной коры, слагающих так называемую литосферу, в связи с текущей и планируемой инженерно-хозяйственной и инженерно-строительной активностью человека. Но предметом региональной инженерной геологии по определению являются геологические факторы регионального масштаба.

Физико-механические свойства пород и грунтов

Для выполнения проектных и строительных работ изучение физико-механических параметров пород и грунтов имеет первостепенное значение, поскольку от расчетных показателей прочности, надежности и долговечности основания объекта строительства зависит множество принципиальных решений, связанных с выбором конструкции сооружения, его размера, типа, а также определением объемов строительных и сопутствующих работ. В этой связи физико-механические свойства пород и грунтов в обязательном порядке анализируются на всех стадиях инженерно-геологических изысканий.

К физико-механическим параметрам пород и грунтов относятся следующие показатели: гранулометрический состав, пластичность, плотность частиц, влажность, плотность сложения, сопротивление сдвигу, прочность на одноосное сжатие, угол естественного откоса, петрографический состав, просадочность, набухание и усадка, модуль упругости, коэффициент отпора грунта, модуль деформации, суффозионное выщелачивание, коэффициент Пуассона, содержание солей, коэффициент фильтрации, водопоглощение, водонасыщение и ряд дополнительных параметров.

Оценке инженерно-геологических свойств пород и грунтов неизменно сопутствует исследование вещественного и химического состава, а также структурно-текстурных особенностей.

Состав и стадийность инженерно-геологических исследований

Инженерно-геологические изыскания последовательно включают рекогносцировочные работы, инженерно-геологическую съемку, инженерно-геологическую разведку, детализационные работы во время строительства и заключительные изыскания по его окончании.

Рекогносцировка заключается во всесторонней оценке геолого-геофизической изученности на предмет определения целесообразности проведения дальнейших, более детальных работ. Если там, где планируются инженерно-геологические изыскания, геология района достаточно хорошо изучена, работы могут начинаться сразу с проведения инженерно-геологической съемки.

Съемка выполняется для изучения геоморфологических и гидрогеологических особенностей, инженерно-геологических свойств пород и грунтов, проявлений активных геологических процессов и общей оценки инженерно-геологических условий в районе проектируемых строительных работ.

По результатам разведочных работ составляется проектно-сметная и рабочая документация.

Содержание производственных инженерно-геологических исследований

Типовой комплекс инженерно-геологических изысканий, как правило, включает следующие виды работ:

• предварительная камеральная обработка собранных материалов;
• изучение материалов аэрофотосъемки;
• маршрутные исследования;
• геофизические работы;
• горнопроходческие работы, включая бурение скважин;
• испытания пород и грунтов в полевых условиях;
• гидрогеологические наблюдения;
• стационарные исследования;
• лабораторные работы;
• диагностика состояния строящихся зданий и сооружений;
• полная камеральная обработка собранных материалов;
• написание окончательного отчета с представлением графических материалов, рекомендациями и заключением.

Итоговые результаты инженерно-геологических изысканий

Резюмируя изложенный материал, возможно, будет целесообразным перечислить конкретные и понятные результаты инженерно-геологических исследований.

Итак, по совокупности данных инженерно-геологических работ проводятся и предоставляются расчеты следующих параметров:

• устойчивости пород основания сооружения к деформации, которая приводит к "выпиранию" из-под фундамента;
• степени и сроков сжатия пород и грунтов в основании зданий и сооружений;
• устойчивости пород и грунтов в откосах карьеров, строительных котлованов, дорожных канав, насыпей, рвов, каналов и других искусственных выемок;
• устойчивости гидротехнических сооружений (например, плотин) к сдвиговым деформациям под напором воды водохранилищ;
• прогноза поведения берегов после сооружения водохранилищ;
• устойчивости оснований зданий и сооружений при подъеме грунтовых вод;
• устойчивости инженерно-хозяйственных сооружений, возводимых на вечной мерзлоте, в сейсмических опасных районах, в областях развития карстовых полостей, оползней, обвалов и других природных катаклизмов.

Нормативные документы

Инженерно-геологические производственные работы выполняются в соответствии с техническими требованиями, изложенными в перечне (своде) правил производства изысканий для обоснования проектных подготовительных мероприятий перед началом строительства, а также для текущих изысканий, выполняемых в процессе строительства и эксплуатации объектов вплоть до их ликвидации.

Отмеченный перечень нормативных указаний для производства инженерно-геологических изыскательских работ включает целый ряд строительных норм и правил (СНиП), регламентирующих выполнение работ в порядке, установленном государственными нормативными и законодательными актами.