Основы построения геологического разреза

Методы изучения геологического разреза

Геологические разрезы в настоящее время строятся с предельной точностью, благодаря инновационным методикам их изучения без необходимости повсеместного вскрытия грунтового основания:

• Механический – самый простой способ, который основывается на бурении скважин с последующим извлечением столба грунтового основания и проведением его замеров.
• Электрическое зондирование – методика применяется исключительно для грунтов с горизонтальными наслоениями разнородных субстанций с углом наклона между ними не более 15 градусов.
• Радиологическое – исследование производится при использовании газонаполненных счётчиков Гейгера, посылающих гамма-излучение в толщу грунтового основания.
• Магнитный – основывается на создании переменного магнитного поля для определения его восприимчивости со стороны горных пород в составе грунтового основания.
• Георадар – один из наиболее распространённых и эффективных методов исследования геологического разреза. Инженер использует эхолот, который посылает сигналы в толщу грунта, а, по результатам их отражения, формирует представление о составе и мощности слоёв.

Вне зависимости от точности описанных методик, если инженерно-геологические изыскания выполняются для площадки предполагаемого строительства, по результатам вскрытия котлована проводится освидетельствование его дна с уточнением слоёв и расчётных данных, чтобы обеспечить прочность, надёжность, долговечность будущего капитального объекта.

По каким данным строится геологический разрез

По результатам проведения полевых работ инженер-геолог анализирует выбранные образцы грунта, выделяет основные данные для создания геологического разреза:

• Высотная отметка подошвы каждого слоя.
• Разница между соседними высотными отметками подошвы, которые позволяют быстро вычислить мощность каждого слоя в скважине.
• Присвоение порядковых номеров каждому инженерно-геологическому элементу при построении разрезов.
• Определение глубины расположения каждого слоя грунтового основания.
• Идентификация и описание всех характеристик слоёв грунта по номеру, оттенку, наличию, количеству включений, трещиноватой, сыпучей или плотной связной структуре.
• Анализ реального и прогнозируемого уровня грунтовых вод, с учётом их возможного подъёма в паводковый период.

Все указанные параметры и данные обозначаются на разрезе условными линиями, штриховками, численными и буквенными выражениями, которые может прочитать каждый инженер, имеющий отношение к проектированию в строительстве.

Зачем строить разрез

Построение геологического разреза необходимо для достижения следующих важных исследовательских и практических результатов:

• Получение сведений о количестве залегаемых в толще исследуемого основания ценных для добывающей промышленности ископаемых (в геологоразведке).
• Оценка рентабельности разработки грунтового основания, помощь в составлении достоверного бизнес-плана.
• Возможность получения разрешения на строительство для капитальных объектов от властных структур и надзорных органов.
• Выполнение требований нормативов, действующих на территории страны.
• Оценка несущей способности грунтового основания, принятия решений для возможности размещения фундаментов капитальных сооружений.
• Разработка комплекса мер по усилению основания.
• Анализ уровня грунтовых вод, риска потенциальной подтопляемости территории в паводковый период, принятие решений об организации водопонижения.
• Оценка сейсмических рисков, вибрации литосферных плит.

Геологические разрезы также помогают учёным, которые анализируют возраст Земли, историю развития. Формирование и изменение земной коры, а также эволюцию растительного, животного мира.

Условные обозначения некоторых осадочных пород

Согласно международным стандартам, при построении геологических разрезов, инженеры используют общепринятые условные обозначения, которые выражаются в штриховках каждого слоя, в зависимости от его гранулометрического состава и физико-механических характеристик, а именно:

• Редкие точки или крапинки при штриховке слоя обозначают пески различной степени крупности.
• Прерывистыми штрихами с точками, либо с замкнутыми кривыми небольших диаметров обозначаются глинистые грунты с различными песчаными или валунными включениями.
• Скальные или полускальные основания обозначаются перекрестиями или ортогональными уголками.
• Отдельными рисунками в виде окатанных камней обозначаются галечные или щебенистые грунтовые основания.
• Связные моноклинальные глинистые твёрдые или суглинистые структуры обозначаются в виде кирпичной стены с цепной перевязкой швов.

Данные условные обозначения позволяют геологам и инженерам-проектировщикам со всего мира быстро прочитать созданные чертежи, а также заложить в расчёт нужную модель упругого основания под подошвой фундамента капитального сооружения, либо провести качественный анализ мест разработки для нужд добывающей промышленности.

Принцип построения геологического разреза

При построении геологического разреза на экране компьютера или на бумаге, инженер прибегает к следующим базовым принципам и соблюдает некоторые нюансы:

• Анализ результатов полевых испытаний грунтов, определение мощности каждого слоя, степень его влагонасыщения, количества разнородных типов грунтов.
• Изучение топографической съёмки, оставленной геодезистами, с определением высотных отметок устьев скважин, а также их координат.
• Анализ состава каждого слоя с определением его гранулометрического состава, плотности и других физико-механических характеристик.
• Определение реального (сплошная линия) и прогнозируемого (пунктирная линия) уровня грунтовых вод.
• Проверка журнала выработок, который составляет бурильщиками в полевых условиях, по мере извлечения кернов грунтов.
• Построение геологической карты с обозначения разрезов по характерным скважинам, а также с определением реального расстояние между ними.

На основании этих исходных данных, инженер-камераьщик переносит графические материалы на бумагу, начинает построение разрезов с устьев (верхних отметок) и заканчивая предельной глубиной разработки скважин во время выполнения полевых работ. Все отметки, обозначенные на разрезе и соединенные кривыми линиями, полностью повторяют данные из топографической съёмки.

Алгоритм построения геологического разреза

Чтобы понять, как построить геологический разрез, в полном соответствии с требованиями результатов полевых работ, техническим заданием и нормативной документацией, необходимо выполнить следующую пошаговую инструкцию:

• Обозначение границ будущего разреза, которые, как правило, на 1 – 3 метра выступают за внешние пределы скважин.
• Указание верхних отметок устьев скважин.
• Соединение кривой линией верхних отметок скважин, что позволяет схематически изобразить форму рельефа местности.
• С левой стороны чертежа строится чёрно-белая шкала, обозначающая градуировку высотных отметок скважин, с отметкой, соответствующей глубине бурения.
• На шкале, в соответствии с журналом выработок, наносятся риски, от которых откладывается прямая отметки подошвы всех слоёв для каждой скважины.
• Все отметки подошв каждого слоя соединяются кривыми линиями между собой.
• Проставляются отметки подошвы каждого слоя по всем скважинам.
• На чертеже наносится реальный уровень расположения грунтовых вод с помощью сплошной прямой линии.
• На основании анализа местности, а также физико-механических характеристик и коэффициентов фильтрации грунтового основания определяется и наносится пунктиром, прогнозируемый уровень подъёма грунтовых вод.
• Все слои грунтового основания, обозначенные кривыми линиями, нумеруются сверху-вниз, после чего штрихуются, согласно условным обозначениям, приведённым выше.
• При наличии сильнотрещиноватых грунтов в составе некоторых слоёв, соответствующий вертикальный разрыв наносится на схематическом изображении слоя грунта.
• Дополнительно на разрезах проставляется примерный возраст горной породы или другого типа грунта.

Готовый разрез оформляется в официальный чертёж – инженер вставляет картинку в рамку, добавляет расшифровку условных обозначений из заполняет штамп. После этого, данный лист проекта становится неотъемлемой частью графического раздела официального отчёта по результатам инженерно-геологических изысканий.

Стратиграфическая колонка

В соответствии с действующими регламентами, каждый чертёж геологического разреза, помимо графического изображения скважин и слоёв грунтового основания между ними, также содержит таблицу с дополнительной информацией. Данная таблица создаётся одновременно с построением слоёв грунтового основания и называется стратиграфической колонкой.

Данные материалы описывают геологический возраст грунтового основания или горной породы, её основные свойства, физико-механические характеристики и другие важные показатели. Стратиграфическая колонка составляется на основании детального анализа и изучения поверхности земной коры, истории её развития, а также идентификации характерных признаков для возможности её причисления к определённой эпохе,

Инженерно–геологический разрез

Перед составлением инженерно-геологического разреза, необходимо точно понять, для чего он нужен. Данный графический материал предназначен для анализа грунтового основания с целью определения возможности посадки капитального сооружения, назначения типа фундамента, статического расчета каркаса будущего объекта недвижимости.

Таким образом, проектировщик заинтересован в получении не просто основных сведений о составе грунтов и мощности слоёв, но также в заложении в расчётную схему основных физико-механических характеристик грунтов, которые формируются в виде упругоподатливой опоры под подошвой фундамента

Графически, инженерно-геологический разрез полностью повторяет обычный геологический разрез по слоям грунтов, но к чертежам добавляется таблица основных характеристик – плотности, несущей способности под штамповой нагрузкой, водонасыщения, коэффициента пористости, угла трения, показателя удельного сцепления и модуля деформации каждого грунта в составе основания под пятном застройки.

Используя эти данные, проектировщик принимает решение о назначении свайного, ленточного или плитного фундамента, а также об усилении или замене грунтового основания в пределах сжимаемой толщи.

Использование программного обеспечения для построения схемы

Современные компьютерные технологии давно развиваются в области строительной инженерии и геологии. Сегодня инженеру вовсе не обязательно строить разрез вручную, определять устья скважин, строить кривые, соединяющие их, в соответствии с масштабом чертежа.

Программное обеспечение оснащается удобным интерфейсом с обширными базами данных. Проектировщик может выбрать нужный состав грунта, назначить мощность слоя, заложить технические характеристики. После введения граничных параметров, программа автоматически выстраивает кривую линию между ранее введёнными отметками, с учётом наличия линз, уровня грунтовых вод и других параметров.

Программное обеспечение выводит на экран пользователя стратиграфическую колонку, назначает нумерацию каждого слоя грунта, штрихует их, в соответствии с международными стандартами, а также оформляет штамп, рамки и другие элементы для распечатки готового чертежа, как обязательного графического приложения к отчёту об инженерно-геологических изысканиях.

Заключение

Инженерно-геологический разрез – это отдельная часть изысканий, которая предполагает графическое изображение слоёв грунтового основания расположенных между соседними скважинами. Построение производится методами экстраполяции и интерполяции, подробным анализом отметок подошвы каждого слоя. В зависимости от назначения отчёта, может потребоваться стратиграфическая колонка, а также описание физико-механических характеристик грунтового основания для возможности выбора нужного типа фундамента и принятия решения об усилении грунтов. Современные технологии позволяют полностью отказаться от ручной разработки чертежей, так как программное обеспечение автоматически выстраивает разрезы после введения граничных параметров в соответствующих графах.