Инженерные изыскания в строительстве. Инженерная геология и геоэкология


                ИНЖЕНЕРНЫЕ ИЗЫСКАНИЯ В СТРОИТЕЛЬСТВЕ. ИНЖЕНЕРНАЯ ГЕОЛОГИЯ И ГЕОЭКОЛОГИЯ








Рекомендовано учебно-методическим управлением НИУ МГСУ к изданию в качестве учебного пособия для студентов, обучающихся по специальностям 08.03.01 «Строительство»
и 08.05.01 «Строительство уникальных зданий и сооружений»












Москва Вологда «Инфра-Инженерия» 2021

УДК 528.48
ББК 26.3
     И62



Авторы:
П. И. Кашперюк, Е. В. Манина, Т. Г. Макеева, А. Н. Юлин



Рецензенты: главный инженер ООО НПФ «СИВС» кандидат геолого-минералогических наук В. С. Крашенинников;
заведующий кафедрой инженерных изысканий и геоэкологии НИУ МГСУ доктор геолого-минералогических наук, профессор А. А. Лаврусевич






И62    Инженерные изыскания в строительстве. Инженерная геология
      и геоэкология : учебное пособие / [П. И. Кашперюк и др.]. - Москва ; Вологда : Инфра-Инженерия, 2021. - 152 с.: ил., табл.
        ISBN 978-5-9729-0601-7

     Приведены основные положения построения инженерно-геологических разрезов и геологических карт. Изложены методы анализа материалов инженерно-геологических изысканий для строительства. В доступной форме рассмотрены сложные вопросы построения графической части практических заданий при решении различных инженерно-геологических и геоэкологических задач. Дан справочный материал из действующих нормативных документов.
     Для студентов строительных вузов, а также для инженерно-технических работников проектных и изыскательских организаций.

                                                              УДК 528.48
                                                              ББК 26.3






ISBN 978-5-9729-0601-7

  © Издательство «Инфра-Инженерия», 2021
  © Оформление. Издательство «Инфра-Инженерия», 2021

        ОГЛАВЛЕНИЕ


ПРЕДИСЛОВИЕ...........................................................5
ВВЕДЕНИЕ..............................................................6
ГЛАВА I. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ГЕОЛОГИЧЕСКИХ КАРТАХ, СТРАТИГРАФИЧЕСКОЙ КОЛОНКЕ
И ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКОМ РАЗРЕЗЕ.....................................8
ГЛАВА II. ПОСТРОЕНИЕ ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКОГО РАЗРЕЗА.................14
2.1. Состав графического материала и требования к его оформлению.....14
2.2. Построение геологического разреза...............................17
2.3. Нанесение на разрез сведений о подземных водах..................28
2.4. Нанесение на разрез дополнительной инженерно-геологической информации....................................30
2.5. Построение эпейрогенической кривой...............................35
2.6. Построение схем, отображающих геологическую историю территории...36
ГЛАВА III. ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ ГРАФИЧЕСКИЕ РАБОТЫ ПРИ ВЫПОЛНЕНИИ КУРСОВОЙ РАБОТЫ.......................................39
3.1. Общий принцип построения геологических карт.....................39
3.2. Построение геоморфологической карты..............................40
3.3. Построение карты мощности четвертичных отложений................46
3.4. Построение карты-среза на глубине заложения фундаментов.........48
3.5. Построение карты кровли коренных пород..........................51
3.6. Построение карты гидроизогипс....................................52
3.7. Построение карты гидроизобат.....................................55
3.8. Построение карты распространения геологических и инженерно-геологических процессов...................................56
3.9. Построение карты районирования территории по инженерно-геологическим условиям...................................58
ГЛАВА IV. ОЦЕНКА ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИХ УСЛОВИЙ РАЙОНА СТРОИТЕЛЬСТВА.................................................62
4.1. Орогидрография территории (геоморфологические условия и гидрографическая сеть).............................................62
4.2. Геологическое строение территории...............................64
4.3. Гидрогеологические условия территории...........................64
    4.3.1. Оценка подземных вод для целей водоснабжения (только для студентов кафедр водоснабжения и водоотведения)......65
    4.3.2. Расчет производительности водозабора и выбор его местоположения (только для студентов кафедр водоснабжения и водоотведения)......70
4.4. Инженерно-геологические свойства грунтов........................75
4.5. Современные геологические процессы и явления....................76
4.6. Инженерно-геологическое районирование территории и выбор участка для строительства сооружения..........................................77
    4.6.1. Основные положения инженерно-геологического районирования..78
    4.6.2. Инженерно-геологическое обоснование выбора участка (трассы, створа) под строительство здания (сооружения, водозабора, коммуникаций и др.)..............................................80

3

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК......................................................82
ПРИЛОЖЕНИЯ....................................................................84
Приложение 1. Геохронологическая таблица......................................85
Приложение 2. Генетические типы четвертичных отложений........................86
Приложение 3. Требования к оформлению графического материала..................87
Приложение 4. Условные графические обозначения основных видов грунтов согласно ГОСТ 21.302-2013.............................................90
Приложение 5. Варианты оформления графического материала в курсовой работе.....................................................94
Приложение 6. Примеры составления геологических карт..........................97
Приложение 7. Основные требования к качеству хозяйственно-питьевых вод по ГОСТ Р 51232-98 «Вода питьевая»....................................106
Приложение 8. Классификация подземных вод....................................107
Приложение 9. Величина радиуса влияния при опытных откачках из буровых скважин и колодцев в безнапорных условиях..................109
Приложение 10. Агрессивность среды к бетону на портландцементе по СП 28.13330.2017..................................................110
Приложение 11. Пример оформления лабораторных исследований химического состава подземных вод....................................112
Приложение 12. Пример расчета водозабора.....................................113
Приложение 13. Классификация водозаборов (источников и скважин) по дебиту ...115
Приложение 14. Охрана подземных вод от истощения и загрязнения...............116
Приложение 15. Классификация грунтов.........................................121
Приложение 16. Основные физико-механические свойства скальных        грунтов.127
Приложение 17. Наиболее часто встречающиеся значения физико-механических свойств крупнообломочных и песчаных грунтов..........................129
Приложение 18. Наиболее часто встречающиеся значения некоторых физико-механических свойств связных грунтов..........................130
Приложение 19. Определение деформационных и прочностных характеристик грунтов................................................131
Приложение 20. Пример написания пояснительной записки к инженерно-геологическому разрезу «характеристика инженерно-геологических условий территории»..........................140

4

        ПРЕДИСЛОВИЕ


    Настоящее учебное пособие создано на основе переработки ранее изданных в 2007 и 2013 годах учебных пособий разных авторских групп с одинаковым названием «Инженерная геология и геоэкология»¹,². В отличие от первых изданий, в настоящем учебном пособии существенно переработаны и исправлены отдельные разделы, расширена учебно-методическая часть, значительное место уделено практическим учебным занятиям по курсу «Инженерные изыскания в строительстве», сделан акцент на возможность самостоятельного выполнения студентами практических заданий или курсовой работы в случае дистанционного их обучения.
    Авторы стремятся к наиболее доступной и понятной форме изложения сложных вопросов построения графической части практических заданий по решению различных инженерно-геологических и геоэкологических задач, и в то же время, развитию у студентов интереса к инженерно-геологической и геоэкологической составляющим дисциплины «Инженерные изыскания в строительстве».
    Настоящее издание учебного пособия рассматривается как базовый элемент учебно-методического и фактического обеспечения новой дисциплины «Инженерные изыскания в строительстве» и предусматривает возможность использования как рекомендованного Министерством образования и науки РФ учебного пособия «Задачи и упражнения по инженерной геологии» (С. Н. Чернышев, А. Н. Чумаченко, И. Л. Ревелис), так и внутривузовских учебных пособий и методических указаний, что в целом должно значительно повысить качество приобретенных студентами строительных вузов знаний в области инженерной геологии и геоэкологии.
    Авторы выражают признательность сотрудникам кафедры Инженерных изысканий и геоэкологии и ее заведующему А. А. Лаврусевичу за поддержку работ по инженерным изысканиям, за помощь и ценные предложения при подготовке рукописи данного учебного пособия.
    Ваши отзывы и замечания по учебному пособию авторы с благодарностью примут по адресу: 129337, Москва, Ярославское шоссе, 26, МГСУ, кафедра Инженерных изысканий и геоэкологии или по e-mail: npf-sivs@yandex.ru.


1. Кашперюк П. И., Потапов А. Д., Глумова Г. Н., Юлин А. Н. Инженерная геология и геоэкология: учебное пособие - М.: МГСУ, 2007 - 108 стр.
2. Инженерная геология и геоэкология: учебное пособие/ А. Н. Юлин, П. И. Кашперюк, Е. В. Манина: М-во образования и науки Росс. Федерации, Моск. гос. строит. ун-т. Москва: МГСУ, 2013. - 116 стр.

5

        ВВЕДЕНИЕ


    Инженер-строитель и магистр-исследователь в своей практической деятельности постоянно имеет дело с горными породами. Они служат средой, основанием и материалом для возведения различных сооружений, в строительной практике их называют грунтами. Поскольку основные инженерно-геологические свойства грунтов в пределах трасс и строительных площадок обладают значительной пространственной изменчивостью, то на практических занятиях или при выполнении курсовой работы студент должен получить необходимые знания и навыки работы с основными геологическими материалами и документами, характеризующими инженерно-геологические и геоэкологические условия территории строительства, а также научиться выявлять зависимость физикомеханических свойств грунтов от их возраста, генезиса, условий залегания, состава и состояния. Во время практических занятий и выполнения курсовой работы студенты также должны научиться оценивать влияние инженерно-геологических условий на работу конкретного сооружения и прогнозировать изменения геологической и гидрогеологической обстановки в процессе строительства и эксплуатации сооружений.
    В результате практических занятий или выполнения курсовой работы студенты должны научиться строить инженерно-геологический разрез по геологической карте и буровым скважинам вдоль трассы различных коммуникаций, в пределах той или иной строительной площадки или заданного комплекса гидротехнических сооружений и составлять пояснительную записку к нему. Кроме того, студенты, ориентирующиеся на водоснабжение и водоотведение, на основании изучения гидрогеологических условий территории должны уметь осуществлять выбор водоносного горизонта для размещения водозабора с целью хозяйственно-питьевого водоснабжения конкретных объектов. Студенты института ИГЭС в ходе работы должны научиться выбрать на изученной территории наилучшее место для размещения гидротехнического или энергетического комплекса, знать достоинства и недостатки створа, по которому построен инженерно-геологический разрез.
    От инженерно-геологических условий застраиваемого участка зависит выбор конструкции подземного контура сооружения, технология его возведения и режим эксплуатации. Сооружение, в свою очередь, оказывает влияние на природную геологическую, гидрогеологическую и геоэкологическую обстановку, вызывая ее негативное изменение, что может вредно отразиться на эксплуатации как самого сооружения, так и прилегающей к нему территории.

6

    Таким образом, инженерно-геологические условия территории существенно влияют на капиталовложения в ее освоение, как за счет стоимости самого возводимого сооружения, так и за счет дополнительных затрат на организацию мероприятий по недопущению негативных изменений природной среды.
    Оценка целесообразности затрат, принятие конструктивных решений при проектировании сооружений и установление объема инженерных мероприятий по сохранению природной среды на застраиваемой территории требуют проведения комплекса инженерных изысканий, анализ материалов которых позволяет:
    -  оценить инженерно-геологические условия возведения сооружений (рельеф, характер залегания грунтов, их свойства, водоносные горизонты и их параметры, геологические процессы), сравнить по инженерногеологическим условиям выбранные для строительства участки, установить возможное влияние сооружений на состояние и свойства грунтов, гидрогеологические условия, развитие геологических процессов и устойчивость территории в целом;
    -  выбрать конструктивное решение подземного контура сооружений, технологию его возведения, установить характер и объем инженерных мероприятий, обеспечивающих устойчивость и эксплуатационную надежность сооружений и прилегающих территорий.
    Основной целью практических занятий и курсовой работы является получение студентом навыков обработки первичных данных инженерно-геологических изысканий, их оценки с целью выбора наиболее выгодного места расположения сооружений и прогноза изменения геологической и гидрогеологической обстановки под их воздействием, с выдачей соответствующих рекомендаций по недопущению негативных изменений геологической среды, а также принятию конструктивных решений по подземному контуру сооружений и технологии его возведения.
    Состав и объем задания к практическим занятиям или к курсовой работе по построению инженерно-геологического разреза и характеристике инженерногеологических условий района будущего строительства, выдаваемого студентам, определяются имеющейся инженерно-геологической информацией, полученной на застраиваемой территории в процессе инженерно-геологических изысканий и проектировании объекта и включает в себя:
    -  геологическую карту района;
    -  задание на построение инженерно-геологического разреза;
    -  литолого-стратиграфическую колонку с описанием грунтов, встреченных при проходке скважин (табл. 1);
    -  описание буровых скважин (табл. 2);
    -  сведения о свойствах грунтов, приведенные в учебной и специальной литературе, включая настоящее учебное пособие.

7

ГЛАВА I


        ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ГЕОЛОГИЧЕСКИХ КАРТАХ, СТРАТИГРАФИЧЕСКОЙ КОЛОНКЕ
        И ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКОМ РАЗРЕЗЕ

    Геологическая карта и геологические разрезы являются основными графическими материалами, отображающими геологическое строение застраиваемой территории.
    Геологическая карта представляет собой уменьшенную в определенном масштабе горизонтальную проекцию выходов коренных пород на поверхность земли (к коренным относятся породы дочетвертичного возраста). Все геологические карты составляют на топографической основе соответствующего масштаба. В зависимости от масштаба карты подразделяются на мелкомасштабные (менее 1:1 000 000), среднемасштабные (1:200 000, 1:100 000) и крупномасштабные (1:50 000 и крупнее). Различают два основных вида геологических карт: карты коренных пород (собственно геологические карты) и карты четвертичных отложений.
    На картах коренных пород отображают горные породы дочетвертичного возраста, залегающие под покровом четвертичных отложений или выходящие непосредственно на земную поверхность. Четвертичные породы на этих картах, как правило, не показывают. Исключение может быть сделано лишь для тех районов, где четвертичные отложения имеют значительную мощность или в настоящее время происходит их энергичное накопление (речные долины). В практике геологических работ для пород четвертичного возраста обычно составляют отдельные карты четвертичных отложений.
    В процессе инженерно-геологических изысканий, кроме указанных двух основных типов карт, могут быть составлены также тектонические, литологические, геоморфологические, гидрогеологические, инженерно-геологические и другие. Карты бывают как аналитическими, отображающими только одну основную характеристику горных пород, так и синтетическими, на которых соответственно изображают структурные формы, состав пород; основные типы рельефа и его отдельные элементы с учетом их происхождения и возраста; комплексы пород, обладающие одинаковой водоносностью; инженерно-геологические свойства грунтов, слагающих территорию.
    Распространение горных пород изображают на геологических картах с использованием геохронологического (возрастного) принципа. Для обозначения возраста горных пород на картах используют стандартные цвета и стратиграфи

8

ческие индексы (прил. 1 и 2). Породы, составляющие определенную систему отложений, а на картах четвертичных отложений, также имеющие одинаковый генезис, обозначают определенным цветом и знаком. Соотношение цветов и знаков позволяет, пользуясь стратиграфическим методом (стратификацией), дешифрировать геологическую структуру, т. е. читать карту.
    Границы контактов слоев, горизонтов, свит, а также границы тектонических нарушений наносят на карты в виде различного вида линий и их толщины (см. геологическую карту по выданному заданию). На картах указывают следующие основные геологические границы:
    -  стратиграфических подразделений, т. е. границы между породами различных геологических систем, периодов, отделов, ярусов, горизонтов и свит (жирная линия);
    -  несогласия, т. е. границы между породами с различными условиями залегания или между разновозрастными непоследовательными, согласно стратиграфической таблицы, пластами. Часто поверхность несогласия является стратиграфической границей (волнистая жирная линия);
    -  интрузивных или эффузивных тел, т. е. границ, отделяющих магматические породы от вмещающих (жирная линия);
    -  крупных тектонических разрывных нарушений (прямые жирные линии).
    Каждая геологическая карта сопровождается легендой (условными обозначениями), являющейся ключом к прочтению условных символов (цветов, индексов, значков, линий), отображенных на карте. Надо учитывать, что геологическая карта построена на топографической основе, поэтому на ней можно прочитать все особенности рельефа территории, включая абсолютные отметки поверхности. Чтобы упростить чтение карты, на ней приводится стратиграфическая колонка и прилагается геологический разрез.
    Стратиграфическая колонка - это сводная колонка картируемой территории, которая указывает последовательность накопления отложений, их возраст, генезис, состав и мощность.
    Геологический разрез - это изображение в соответствующем масштабе на вертикальной плоскости геологического строения, возраста, генезиса, литологического состава, условий залегания и мощности пород. Геологические разрезы строят по геологическим картам в направлениях, наиболее полно отражающих условия залегания пород на данной территории.
    Геологический разрез, содержащий сведения о подземных водах, их составе и режиме, следует называть гидрогеологическим разрезом, а геологический разрез, отражающий гидрогеологическую характеристику района и характеристику состояния и физико-механических свойств грунтов, - инженерногеологическим разрезом.

9

    Геологическая карта района, выдаваемая студентам, построена на топографической основе масштаба 1:10 000 и содержит стратиграфические границы, разделяющие области выхода на поверхность горных пород различного возраста и генезиса. На карту вынесены линии разрезов и места проходки скважин (см. рис. 1).


Рис.1. Геологическая карта района

10

    В задании, в стратиграфической колонке (см. табл. 1), каждому описанному грунту, слагающему район, присвоен номер (графа 4, табл. 1) для сокращения объема бурового журнала (см. табл. 2), в котором полагается приводить описание литологического состава всех грунтов (сверху вниз), встреченных при проходке скважин. Вместо описания грунтов в буровом журнале введена графа «№ слоя» (графа 2, табл. 2), соответствующая аналогичной графе стратиграфической колонки (графа 4, табл. 1). Сведения о свойствах грунтов студенты берут из Методических пособий по изучению горных пород, учебника «Инженерная геология» и настоящего учебного пособия, используя специальную нормативную литературу.
Т а б л и ц а 1.
Фрагмент литолого-стратиграфической колонки к карте

Геологический возраст

Эра
1

Период

Геол.
индекс
   3

№ слоя

Литологии. обозначение

Описание пород

>s

О

<ъ> во

ed-Q„

a-Qv

a-Qv

a-Qv

a-Q„

a-Q„

a-Q„

a-Q„

a-Q,

a-Q

1

4

7

10

Суглинок тяжёлый песчанистый, светло-коричневый, полутвёрдый, с примазками глины серой, с пятнами ожелез нения, с редкими включениями (до 5%) щебня и гравия

Торф слаборазложившийся, с пслуразложившимися остатками растений

Супесь песчанистая, желтовато-коричневая, текучая

Песок мелкий, желтовато-коричневый, средней плотности, водонасыщенный, с включениями гравия и мелкой гальки до 5-8%

Песок крупный, желтовато-коричневый, средней плотности, водонасыщенный, с включениями гравия и гальки до 15%

Суглинок лёгкий лёссовидный, серовато-жёлтый, тугопластичный, с редкими тонкими прослойками и линзочками песка пылеватого, жёлтого, маловлажного

Супесь песчанистая, палевая, пластичная, местами иловатая, с редкими включениями мелкого гравия

Песок средней крупности, серовато-коричневый, средней плотности, водонасыщенный, с включениями гравия и гальки до 8%

Супесь пылеватая лёссовидная, желтая, твёрдая, просадочная

Песок средней крупности, желтовато-коричневый, средней плотности, водонасыщенный, с включениями гравия до 10 %

2

4

5

6

Я я S

11

Т а б л и ц а 2.

Фрагмент бурового журнала к карте

№№   №   Геол.  Абс. отм. Глубина зал егания слоя     Глубина залегай  ия подземных вод    
СКВ СЛОЯ индекс   СКВ.    начало (от) окончание (до) уровень появления уровень установления
1   2    3          4     5           6                      7                  8          
2   10   g-Qu     148,0       0,0     13,0                                                 
     11  f-Q,                13,0     28,0                                                 
    12   g-Q,                28,0     63,0           18,0                      18,0        
    14   к,                  63,0     78,0           63,0                      32,0        
    15   J3                  78,0          88,0                                            
                                         (забой)                                           
3    11   f-Q,    142,0       0,0     14,0                                                 
    12    g-Q,               14,0     52,0                                                 
    14     к,                52,0     73,0           13,0                      13,0        
    15     J3                73,0          87,0      52,0                      28,0        
    16     J3                87,0         102,0                                            
                                         (забой)                                           

    Получив от преподавателя раздаточный материал, включающий геологическую карту, задание с буровыми колонками и линию разреза на карте, студент должен выполнить следующую подготовительную работу:
    1. Внимательно ознакомившись с геологической картой, установить:
    -  масштаб карты;
    -  линию геологического разреза;
    -  особенности рельефа территории, выделив его основные элементы (водораздельные поверхности, склоны коренного берега реки, элементы долинного комплекса реки (пойму и надпойменные террасы) и др.;
    -  максимальные и минимальные абсолютные отметки поверхности земли и уреза воды в реке;
    -  формы микрорельефа, осложняющие основные геоморфологические элементы;
    -  характер рельефа территории (если абсолютные отметки не превышают 200 м - рельеф равнинный, при абсолютных отметках 200-500 м - рельеф холмистый, 500-1000 м - предгорный, свыше 1000 м - рельеф горный);
    -  возраст и генезис выходящих на поверхность горных пород;
    -  участки развития опасных геологических процессов (речной и овражной эрозии, оползней, обвалов, карстовых воронок и др.);
    2.  Изучив стратиграфическую колонку, необходимо выяснить:
    -  возраст и генезис слагающих территорию горных пород;
    -  условия образования каждой породы в стратиграфической последовательности;
    -  при наличии магматических пород попытаться определить время проявления магматизма;

12