Геолого-литолические колонки опорных скважин

Введение

Современные представления геоэкологической науки определяют гидросферу как одну из главных жизнеобеспечивающих геосфер; гидросфера- неотъемлемая часть окружающей природной среды, неразрывно связанная с литосферой, атмосферой и биосферой и опосредованно- с деятельностью человека, его жизнью.

Воды, находящиеся в верхней части земной коры, носят название подземных. Науку о подземных водах, их происхождении, условиях залегания, законах двиения, физических и химических свойствах, связях с атмосферными и поверхностными водами называют гидрогеологией.

Для строителей подземные воды в одних служат источником водоснабжения, а в других выступают как фактор, затрудняющий строительство. Особенно сложным является производство земляных и горных работ в условиях притока подземных вод, затапливающих котлованы, карьеры, траншеи, подземные горные выработки: шахты, ртгольни, туннели, галереи и т.п. Подземные воды ухудшают механические свойства рыхлых и глинистых пород, могут выступать в роли агрессивной среды по отношению к строительным материалам, вызывают растворение многих горных пород (гипс, известняк и др.) с образованием пустот и т.д.

Строители должны изучать подземные воды и использовать их в производственных целях, уметь сопротивляться их негативному воздействию при строительстве и эксплуатации зданий и сооружений.

Оценка гидрогеологических условий является важнейшей составной частью инженерно-геологических изысканий (инженерно-геологические изыскания входят в состав «Инженерных изысканий для строительства» СНиП 11 -02-96), на основе которых ведётся проектирование оснований и фундаментов.

Для целей проектирования и строительства понятие «гидрогеологические условия» можно определить как совокупность следующих характеристик водоносных горизонтов

(слоев):

1. их количество в изученном разрезе

2. глубина залегания

3. мощность и выдержанность

4. тип по условиям залегания

5. наличие избыточного напора

6. химический состав

7. гидравлическая связь с поверхностными водами и другие показатели режима

Режим подземных вод изменяется как в процессе строительства, так и в период эксплуатации зданий и сооружений. Изменения могут иметь временный или постоянный характер.

Наиболее часто встречаются: |

• понижение уровня грунтовых вод (проходка котлованов, систематический дренаж, устройство дорожных выемок, дренирующих засыпок траншей и др.)

• снижение напоров в межпластовых водоносных горизонтах (проходка котлованов и коллекторов глубокого заложения);

• повышение уровня грунтовых вод (утечки из водонесущих сетей, «барражный» эффект фундаментов глубокого заложения, крупных подземных сооружений и т.п.);

• изменение химического состава и температуры подземных вод (утечки из сетей, антиналедные мероприятия и др.).

Понижение уровня грунтовых вод может влиять на состояние песчаных и супесчаных грунтов, вызывая как разуплотнение, так и уплотнение их.

Повышение уровня грунтовых вод вызывает увеличение влажности и индекса текучести у пылевато-глинистых грунтов, что приводит к уменьшению прочностных и деформативных показателей. |

Практически все перечисленныешзменения свойств|грунтов, вызванные нарушением

гидрогеологических условий, могут приводить к дополнительным! осадкам грунтовой

толщи и деформациям сооружений.

Геолого-литолические колонки опорных скважин

Скважина №41

Н=2, 0 м

Геологический индекс	Отметка подошвы слоя, м	Глубина залегания слоя, м	Мощность слоя, м	Литологическая колонка	Описание пород	Уровни подземных вод с датой замера
от	до	Появл.	Установ.
(m-l)IV	0, 2		1, 8	1, 8		Супесь пылеватая, органикой, пластиченая
lg III	-3, 5	1, 8	5, 5	3, 7		Суглинок слоистый, тугопластичный
gIII	-5, 8	5, 5	7, 8	2, 3		Супесь с гравием, пластичная
gIII	-6, 5	7, 8	8, 5	0, 7		Суглинок с гравием, галькой полутвёрдый

Скважина №44

Н=3, 5 м

Геологический индекс	Отметка подошвы слоя, м	Глубина залегания слоя, м	Мощность слоя, м	Литологическая колонка	Описание пород	Уровни подземных вод с датой замера
от	до	Появл.	Установ.
(m-l)IV	-0, 8		4, 3	4, 3		Супесь с растительными остатками, пластичная
lg III	-3, 5	4, 3	5, 0	0, 7		Суглинок слоистый, тугопластичный
gIII	-5, 8	5, 0	8, 0	3, 0		Супесь с гравием, пластичная
gIII	-6, 5	8, 0	10, 0	2, 0		Суглинок с гравием, галькой полутвёрдый

Скважина №45

Н=3, 8 м

Геологический индекс	Отметка подошвы слоя, м	Глубина залегания слоя, м	Мощность слоя, м	Литологическая колонка	Описание пород	Уровни подземных вод с датой замера
от	до	Появл.	Установ.
(m-l)IV	2, 0		1, 8	1, 8		Песок пылеватый, рыхлый, с глубины 0, 9м, водонасыщенный
(m-l)IV	0, 2	1, 8	4, 0	2, 2		Супесь пылеватая, пластичная
lg III	-2, 4	4, 0	6, 2	2, 2		Суглинок слоистый, тугопластичный
gIII	-5, 2	6, 2	9, 0	2, 8		Супесь с гравием, пластичная
gIII	-6, 2	9, 0	10, 0	1, 0		Суглинок с гравием, галькой, полутвёрдый

Скважина №46

Н=3, 0 м

Геологический индекс	Отметка подошвы слоя, м	Глубина залегания слоя, м	Мощность слоя, м	Литологическая колонка	Описание пород	Уровни подземных вод с датой замера
от	до	Появл.	Установ.
(m-l)IV	0, 2		2, 8	2, 8		Песок пылеватый, рыхлый, с глубины 0, 5м, водонасыщенный	2, 5	2, 6
lg III	-2, 2	2, 8	5, 2	2, 4		Суглинок слоистый, тугопластичный
gIII	-5, 5	5, 2	8, 5	3, 3		Супесь с гравием, пластичная
gIII	-7, 0	8, 5	11, 0	2, 5		Глина с гравием, твёрдая

Сведения о гранулометрическом составе первого водоносного слоя

номер участка	номер скважины	Галька > 100	Гравий 10-2	Песчаные	Пылеватые	Глинистые
2-0, 5	0, 5-0, 25	0, 25-0, 1	0, 1-0, 05	0, 05-0, 01	0, 01-0, 001
		-
		-	-

Скважина №40-супесь песчанистая, с включениями пыли:

Скважина №42- супесь песчанистая с большим содержанием пыли.

Результаты химического анализа грунтовых вод

Номер скважины	Са	Мg	Na⁺	SO₄	Cl	HCO₃	CO_2св	pH
	мг/л
								6, 4
								6, 4
Экв. масса	20, 04	12, 16	23, 00	48, 03	35, 46	61, 01	-	-

Аналитический блок

Характеристика рельефа площадки

Результаты гранулометрического анализа

Номер участка	Номер скважины	Галька > 100	Гравий 10-2	Песчаные	Пылеватые	Глинистые
2-0, 5	0, 5-0, 25	0, 25-0, 1	0, 1-0, 05	0, 05-0, 01	0, 01-0, 005
		-
	-	-

Скважина №40- супесь песнанистая с включениями гравия, пластичная.

Скважина №42- супесь песчанистая с большим содержанием пыли, пластичная.

Вспомогательная таблица полных остатков

Диаметр частиц, мм	< 10	< 2	< 0, 5	< 0, 25	< 0, 1	< 0, 05	< 0, 01	< 0, 005
	Содержание фракций, %

Определение действующего (d₁₀) и контролирующего (d₆₀) диаметров

Скважина №40 d₁₀= 0, 015 мм d₆₀=0, 215 мм

Скважина №42 d₁₀= 0, 01 мм d₆₀=0, 158 мм

Определение степени неоднородности грунта

Формула для определения степени неоднородности гранулометрического состава:

С_u= d₆₀/ d₁₀

С_u40=1, 215/0, 015=15

С_u60=0, 158/0, 01=16

Если С_u> 3, то грунт неоднородный, если С_u< 10, то грунт суффозионно неустойчивый.

В скважинах №40 и №42 грунты неоднородные и суффозионно неустойчивые.

Средние значения высоты капиллярного поднятия коэффициента фильтрации и использования эмпирических форул (С_u> 5; d₁₀> 0, 1) не выполнены.

Для скважины №40

Коэффициент фильтрации k=0, 1-0, 7м/сут

Радиус влияния R=10-20 м

Высота капиллярного поднятия h_k=0, 8-1, 5 м

Для скважины №42

Коэффициент фильтрации k=0, 1-0, 7м/сут

Радиус влияния R=10-20 м

Высота капиллярного поднятия h_k=0, 8-1, 5 м

Рельеф площадки

Территория рассматриваемого участка представляет собой фрагмент холма в пределах абсолютных отметкок от 2, 0 м до 5, 0 м.

Максимальный уклон участка i_max=0, 227

Минимальный уклон участка i_min=0, 021

Гидрогеологическое строение площадки

В пределах площадки буровыми скважинами вскрыты два водоносных горизонта.

Первый от поверхности горизонт грунтовых вод залегает на глубинах от 0, 1 м до

0, 9 м и приурочен к стратиграфо-генетическому комплексу (m-l)IV -

морские-озёрные нерасчленённые современные (эпоха голоцен) породы.

Водовмещающими являются слои песков и супесей, водоупором служат слои

суглинков и глин, мощность горизонта колеблется от 1, 4 м до 4, 0 м.

Водопроницаемость характеризуется коэффициентом фильтрации от 0, 1 до 10 м/сут.

Второй горизонт напорных межпластовых вод вскрыт в скважинах 40 и 42.

Водовмещающими породами являются крупный песок и супесь пылеватая,

верхний водоупор - слоистый суглинок, нижний водоупор - суглинок с гравием,

галькой, величина избыточного напора над кровлей в скважине №40 - 4, 2 м,

в скважине №42 - 4.8, в скважине №42- 4, 8 м.

Гидравлический градиент

i=Δ H/I=1, 3/44=0, 03

i=Δ H/I=0, 3/42=0, 07

i=Δ H/I=2, 3/46=0, 05

Перепад отметок в соседних точках

Δ H=4, 2-2, 6=1, 6 м; I=44 м;

Δ H=2, 9-2, 6=0, 3 м; I=42 м;

Δ H=4, 2-1, 9=2, 3 м; I=46 м;

Кажущаяся скорость грунтового потока

V=k*I=10*0, 03=0, 3 м/сут;

V=k*I=10*0, 07=0, 7 м/сут;

V=k*I=10*0, 05=0, 5 м/сут;

Действительная скорость

V_g=V/n=0, 3/0, 35=0, 857 м/сут;

V_g=V/n=0, 7/0, 35=2 м/сут;

V_g=V/n=0, 5/0, 6=0, 833 м/сут;

Прогноз водопонижения

Суффозионный процесс (вынос) связан с нисходящим потоком подземных вод в толще неоднородного грунта или на контакте различных по водопроницаемости грунтов.

Наиболее полно возможность суффозионного выноса устанавливается по графику В.С. Истоминой.

Координаты точки, наносимой на график, опрделяют:

Сu-по данным кривой гранулометрического состава;

i-по формуле I=S/0, 33R, где S=h₁-h₂-разность мощностей водоносного слоя до и после водопонижения, м;

R=1- путь фильтрации, равный радиусу влияния, м; 0, 33 – коэффициент, ограничивающий значимый путь фильтрации областью, прилегающей к стенке траншеи.

В зависимости от того, какую область графика (разрушающих или неразрушающих градиентов) попадает точка, делают вывод о возможности суффозионного выноса.

Последствия суффозионного выноса могут быть обрушение стенок траншеи, проседание поверхности земли над трубопроводом и вблизи колодцев за счёт выноса тонких фракций грунта и его разуплотнения; изменение свойств песков, используемых для обратной засыпки траншей, пазух колодцев и дренажной сети – за счёт вымывания тонких фракций, что может привести к изменению степени пучинистости грунта, выходу из строя дренажной системы и др.

Возможность суффозии следует рассмотреть для двух ситуаций:

(Расчёт для котлована, т.к. у него большой приток)

1. При R_табл

С_u40=15; i₄₀= S₄₀/0, 33 R₄₀=2, 9/0, 33*10=0, 88

С_u42=16; i₄₀= S₄₂/0, 33 R₄₀=3, 9/0, 33*10=1, 18

2.При R =2S

С_u40=15; i₄₀= S₄₀/0, 33 R₄₀=2, 9/0, 33*8, 2=1, 07

С_u42=16; i₄₀= S₄₂/0, 33 R₄₀=3, 9/0, 33*12, 9=0, 92

По данным расчёта и графику В.С. Истоминой можно сделать вывод, что во всех рассмотренных случаях большая вероятность суффозионного выноса, так как все точки попадают в область разрушающих градиентов фильтрационного потока.

Заключение

По СП 11-105-97 сделаем вывод о категории сложности инженерно-геологических условий строительной площадки.

1) По геоморфологическим условиям площадка относится к 1 (простой) категории сложности, т.к. находится в пределах одного геоморфологического элемента.

2) По геологическим условиям в сфере взаимодействия зданий и сооружений с геологической средой участок имеет III категорию сложности, т.к. имеет более четырёх различных по литологии слоёв, имеется линзовидное залегание слоёв.

3) По гидрогеологическим факторам в сфере взаимодействия зданий и сооружений с геологической средой участок имеет II категорию сложности, т.к. обладает напором, местами с неоднородным химическим составом.

4) По специфическим грунтам в сфере взаимодействия зданий и сооружений с геологической средой участок имеет I категорию сложности, т.к. специфические грунты отсутствуют.

5) По техногенным воздействиям и изменениям освоенных территорий участок относится к I категории сложности, т.к. они незначительны и могут не учитываться при инженерно-геологических изысканиях и проектировании.