Особенности инженерно-геологической разведки и опробования

ОСОБЕННОСТИ ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКОЙ РАЗВЕДКИ И ОПРОБОВАНИЯ

2.1. При выборе технических средств разведки следует учитывать [4, 6, 8, 12, 13]:

состав, распространение в районе трассы грунтов (мелкоземы, щебенистые песчано-глинистые и крупнообломочные отложения, валунные морены, скальные породы и др.) и их состояние (талые, обводненные, мерзлые, оттаявшие и др.), определяющие способы проходки;

трудные условия транспортной доступности объектов изысканий в горном районе и способы доставки разведочной техники и оборудования к точкам работ;

назначение, размещение и габариты проектируемых сооружений, определяющие размеры сфер воздействия на основание устройств, что определяет глубины и объемы разведки.

2.2. На изысканиях широко применяют горные работы: расчистку, шурфование, проходку разведочных канав и др.

Устья скважин, проходимых в мерзлых грунтах, обваловывают, закрывают ящиками с термоизолирующими материалами: войлоком, сухим мхом и торфом и т.п. Скважины выстаивают для установления в массиве естественного теплового поля, нарушенного бурением. Затем измеряют температуру грунтов.

2.3. На участках проектируемых линейных сооружений (земляного полотна, контактной сети и др.) осевые скважины и разведочные поперечники задают так же, как и в общем случае изысканий. В сложных условиях нередки невязки геологического содержания двух смежных поперечников или участков продольного профиля. В таких случаях проходят промежуточные осевые скважины или разбивают дополнительные разведочные поперечники для уверенной интерпретации и экстраполяции инженерно-геологических условий. Если при проведении инженерно-геологической мерзлотной съемки и опережающей геофизической разведки на участке расхождений установлен контакт разных элементов рельефа, скрытый наносами, либо граница двух различных инженерно-геологических участков, по этим линиям проходят одну-две дополнительные выработки.

Вне зависимости от рода проектируемого сооружения в пределах габаритов земляного полотна каждый элемент мезорельефа, инженерно-геологический участок должны быть разведаны скважинами, располагаемыми вблизи центра пересечения участка трассой, это требуется для вероятной организации режимных температурных наблюдений и изучения слоя годовых теплооборотов в замерзлоченных массивах. Если в разведочной сети таких скважин не хватает, их проходят дополнительно.

Кроме того, выработки закладывают в точках пересечения габаритами проектируемых линейных сооружений (в том числе искусственных) контуров различных мерзлотных и иных геологических образований. Такие образования выявляют и оконтуривают еще при дешифрировании аэро- и фототеодолитных снимков и разномасштабных наземных инженерно-геологических мерзлотных съемках, а подземные скрытые формы – при проведении геофизических работ. Чаще всего скрытые формы обнаруживают по геофизическим аномалиям на изучаемом участке (пики электропрофилей, «впадины и бугры» на картах изоом, резкие изменения электросопротивлений при зондированиях и др.). Положение, формы и границы образований уточняют при разведке.

Если при вертикальном электрическом зондировании кривые у опорной скважины и в намечаемой точке разведки практически совпадут, можно, применяя аналогии, несколько сократить объемы ранее запрограммированной разведки.

2.4. По окончании разведки и опробования разовых измерений температуры мерзлых пород, полевых испытаний грунтов, опытных откачек воды (если эти работы намечены) выработки ликвидируют как и в общем случае изысканий. У оставляемых режимных скважин при очередных температурных и гидрологических наблюдениях проверяют сохранность обвалования и термоизоляции устьев, исправляют возможные повреждения.

2.5. Сложными объектами обследований являются участки, где проектируют:

выемки в мерзлых грунтах и особенно в массивах, содержащих жилы, линзы, пласты подземных льдов и талики;

выемки на наледеопасных участках, вскрывающие трещинные и поровые надмерзлотные, межмерзлотные, подмерзлотные и карстовые воды;

выемки, полки, полувыемки-полунасыпи и насыпи на прижимах, косогорах (в том числе замерзлоченных), в местах отседания склонов и бортового отпора, на оскользнях, в зонах тектонического дробления массивов, выветривания пород;

насыпи на склонах с осыпями, курумами, явлениями отседания, бортового отпора, оползания, солифлюкции, сырых и мокрых склонах – прислоненные, пойменные и русловые;

насыпи и малые искусственные сооружения на участках с наледями, селевыми потоками;

насыпи и малые искусственные сооружения на болотах, марях, вечномерзлых просадочных при оттаивании (особенно пластично-мерзлых, льдистых, высокотемпературных) грунтах и в местах развития торфяных бугров, гидролакколитов, булвунняхов, сезонного пучения, морозного растрескивания поверхности, термокарстовых форм, таликов;

средние мосты на переходах с пластично-мерзлыми и льдистыми грунтами, подземными льдами.

2.6. В процессе разведки отбирают монолиты, образцы и пробы мерзлых, оттаявших и талых грунтов и льда, пробы воды из выработок. Для отбора кернов мерзлых грунтов из скважин применяют колонковое бурение, обуривающие и другие грунтоносы. Взятый образец немедленно термоизолируют и укладывают в заранее вырытый в мерзлом грунте возле выработки шурф. Образец грунта в мерзлом и неподсушенном состоянии хранится в шурфе до отправки в полевую или стационарную мерзлотно-грунтовую лабораторию.

2.7. Образцы нарушенного сложения, монолиты и керны отбирают из массива, слоя, линзы мерзлого грунта массивной, тонкослоистой и мелкосетчатой криогенной текстуры. При наличии в разрезе крупных ледяных включений образцы отбирают между ними, при этом измеряют толщину слоев и линз льда.

Для определения суммарных влажности и льдистости в пределах одного слоя в горизонте криогенного строения массива пробы мерзлых грунтов отбирают способом борозды поинтервально. Величина интервала 25 – 30 см. В прочих случаях опробования из массива слоя извлекают точечные образцы или средние пробы мерзлых, оттаявших и талых грунтов.

Плотность, характеристики теплофизических и механических свойств определяют в лабораториях главным образом для песчаных и глинистых грунтов при отсутствии в них обломочного материала. Для гравелистых и дресвяных грунтов определяют только осадку при свободном оттаивании (просадочность).

Образцы мерзлых и оттаявших грунтов нарушенного сложения отбирают в шламовые мешки. Масса образцов глинистых грунтов должна быть не менее 1,5 кг, песчаных 2 кг.

Монолиты мерзлых грунтов извлекают из открытых горных выработок в форме куба или близкой к ней с минимальным размером стороны 10 см для глинистых и песчаных, не менее 20 см для дресвяных и гравийных и не менее 30 см для щебенистых и галечных грунтов.

Для определения суммарной влажности и влажности в минеральных прослоях отбирают образцы нарушенного сложения, не допуская их оттаивания:

из песчаных и глинистых грунтов массивной криогенной текстуры – массой не менее 50 г в заранее взвешенные металлические бюксы;

из тех же грунтов слоистой и сетчатой текстур – массой не менее 2 кг в пластмассовые мешочки.

Образцы для определения этих влажностей взвешивают немедленно после их отбора – бюксы на технических весах с точностью до 0,01 г, остальные – на торговых весах с точностью до 1 г.

Массу образцов ненарушенного сложения, отбираемых для определения плотности мерзлых и оттаявших грунтов из горных выработок, монолитов и кернов кольцами или в виде кубиков, принимают равной 0,1 – 1 кг.

2.8. Объемы опробования должны быть достаточными для статистической обработки получаемой лабораторной информации с доверительной вероятностью не менее 0,85. Наименьшее количество образцов для установления обобщенного значения определяемого показателя равно шести.

2.9. Выработки, закладываемые на сухих склонах и дренируемых надпойменных террасах, сложенных сыпучемерзлыми или талыми слабовлажными щебнем, дресвой, галечниками, гравием, песками, твердыми супесями, суглинками твердой и полутвердой консистенции, опробуют, как и в общем случае изысканий участков проектирования различных сооружений. Для мерзлых грунтов могут понадобиться контрольные определения их суммарной влажности.

На россыпи, глыбовом навале, осыпи, куруме от скальных выступов и глыб, а в шурфах из скального ложа глыбовых скоплений откалывают образцы каждой встреченной на обследуемом участке разновидности скальных пород для определения петрографического состава, временного сопротивления сжатию, а при необходимости и характеристик устойчивости пород к попеременным водонасыщению, высушиванию, замораживанию и размораживанию.

Из шурфов извлекают образцы песка, дресвы и щебня. При наличии в россыпи, куруме супесчаного и суглинистого делювия и десерпция (чаще с поверхности) отбирают образцы, как указано выше.

Испытания образцов могут понадобиться для планирования срезки скальных выступов, проходки шурфов с подрыванием глыб и для оценки местных пород в качестве материала насыпей на данном и других участках трассы, а в некоторых случаях и при оценке камня, щебня, дресвы и песка как строительных материалов.

2.10. При размещении прислоненных и русловых насыпей на эллювии реки, озере из выработок послойно, а из мерзлых пород и по горизонтам криогенного строения толщ отбирают образцы песка, гравия и гальки массой до 10 кг. На поверхности в русле подсчетом визуально устанавливают содержание в эллювии, моренах валунов разного размера различных пород. Так же опробуют и выработки на участке берега, противолежащего прижимному берегу.

Если косогор, бечевник перекрыты мелкоземистым делювием, десерпцием, сложены талыми и мерзлыми осадочными терригенными породами (моренными отложениями, коренными глинами, аргиллитами, алевролитами, мергелями, глинистыми сланцами и др.), может возникнуть необходимость определения физических, теплофизических и механических свойств и отбора образцов этих пород, как указано выше.

2.11. На солифлюкционных участках образцы талых, оттаявших и мерзлых грунтов для определения классификационных показателей, содержания органических веществ, засоленности, суммарной влажности, плотности, влажности мерзлых грунтов в минеральных прослоях извлекают из осевых скважин, пройденных в толще годовых колебаний температуры.

Для испытаний прочности оттаявших грунтов берут монолиты из шурфов, закладываемых по оси солифлюкционных сплывов, террас (языков, натеков), и рядом из деятельного слоя и ниже его подошвы на 1 – 2 м.

2.12. На марях и участках с проселочными при свободном оттаивании грунтами опробуют осевые скважины, пройденные на глубину годовых теплооборотов. Особое внимание обращают на отбор кернов (а из шурфов – монолитов) для изучения криогенной текстуры, определения содержания льда в разных формах в мерзлых грунтах, суммарной влажности и коэффициента оттаивания, что необходимо для установления категории просадочности.

Опробуют также выработки, проходимые по центрам пересечений трассой различных мерзлотных образований (морозобойных трещин, подземных льдов, гидролакколитов, наледных участков, бугров многолетнего и сезонного пучения, термокарстовых форм, несквозных таликов и др.).

2.13. Скважины под опоры мостов, размещаемые на сквозных или глубоких несквозных таликах, опробуют, как и в общем случае изысканий. Керны мерзлых грунтов берут послойно и по горизонтам криогенного строения толщи, испытывающей годовые колебания температуры, но не реже чем на каждых двух метрах вскрываемого разреза. Планируют испытания грунтов для установления мгновенной и длительной прочности и сжимаемости под нагрузкой. Если высокотемпературный пластичномерзлый грунт в основании опоры может быть растеплен (проектирование по принципу деградации мерзлоты), те же испытания выполняют и для оттаявших грунтов.

На наледных и наледеопасных участках мостового перехода опробуют выработки, закладываемые по осям трасс и в пределах габаритов проектируемых противоналедных сооружений.

2.14. Элементом опробования является измерение температуры мерзлых грунтов во всех скважинах по горизонтам криогенного строения толщи годовых теплооборотов и режимные наблюдения за изменениями этой температуры. Получаемую при этом информацию следует разделить по инженерно-геологическим участкам и комплексам мерзлотно-грунтовых условий, а затем подвергнуть статистической обработке для установления обобщенных и расчетных значений температуры мерзлых грунтов в конкретной обстановке и ее колебаний в годовом и многолетнем циклах.