Цели и задачи геологических изысканий

 

1. Введение в геологические изыскания

Геологические изыскания играют ключевую роль в строительной отрасли, обеспечивая необходимую информацию для безопасного и надежного проектирования зданий и сооружений. Они представляют собой комплекс исследований, направленных на изучение геологических, гидрогеологических, инженерно-геологических и геоэкологических условий участка строительства. Результаты этих изысканий позволяют оценить пригодность территории для строительства, определить оптимальные конструктивные решения и предотвратить возможные риски, связанные с особенностями геологической среды.

2. Цели и задачи геологических изысканий

Основными целями геологических изысканий являются:

• Получение достоверных данных о геологическом строении участка, составе и физико-механических свойствах грунтов, гидрогеологических условиях и наличии опасных геологических процессов.
• Оценка пригодности территории для строительства с учетом экологических, экономических и технических факторов.
• Обоснование выбора оптимального места расположения объекта строительства и его конструктивных решений.
• Прогнозирование возможных изменений геологической среды в процессе строительства и эксплуатации сооружений.

Для достижения этих целей геологические изыскания решают следующие задачи:

• Составление геологической модели участка на основе анализа имеющихся данных и полевых исследований.
• Определение категории сложности инженерно-геологических условий и степени опасности геологических процессов.
• Разработка рекомендаций по инженерной защите территории и конструктивным решениям.
• Оценка влияния строительства на геологическую среду и окружающую среду в целом.

3. Виды геологических изысканий

Геологические изыскания включают несколько основных видов исследований, каждое из которых имеет свои специфические задачи и методы.

3.1. Инженерно-геологические изыскания

Инженерно-геологические изыскания направлены на изучение геологического строения участка, состава и свойств грунтов, а также наличия опасных геологических процессов. Они включают:

• Описание геологического разреза и стратиграфии грунтов.
• Определение физико-механических свойств грунтов (плотность, прочность, деформируемость и т.д.).
• Выявление и оценка опасных геологических процессов (оползни, карст, просадки и т.п.).
• Разработка рекомендаций по устройству фундаментов и методам инженерной защиты территории.

3.2. Гидрогеологические изыскания

Гидрогеологические изыскания изучают подземные воды на участке строительства, включая их состав, уровень залегания, направление движения и режим. Основные задачи:

• Определение уровня грунтовых вод и их химического состава.
• Оценка влияния подземных вод на условия строительства и эксплуатации сооружений.
• Разработка рекомендаций по водопонижению, дренажу и защите от подтопления.

3.3. Геофизические изыскания

Геофизические исследования позволяют получить данные о геологическом строении участка без проведения буровых работ. Они включают:

• Сейсмические и электрические методы для выявления границ между различными геологическими слоями.
• Георадарные исследования для обнаружения скрытых подземных объектов и пустот.
• Гравиметрические и магнитометрические методы для изучения глубинного строения земной коры.

4. Этапы геологических изысканий

Геологические изыскания проводятся в несколько этапов, каждый из которых имеет свои задачи и методы исследования.

4.1. Подготовительный этап

На этом этапе собирается и анализируется вся имеющаяся информация об участке строительства, включая:

• Изучение геологических и топографических карт, аэрофотоснимков, космических снимков.
• Сбор и анализ данных о ранее проведенных изысканиях на данной территории.
• Планирование объемов и методов полевых исследований.
• Подготовка необходимого оборудования и инструментов.

4.2. Полевые работы

На этапе полевых работ проводятся следующие виды исследований:

• Буровые работы для отбора образцов грунтов и изучения геологических разрезов.
• Геофизические исследования (сейсморазведка, электроразведка, георадар и др.).
• Гидрогеологические наблюдения и испытания (определение уровня грунтовых вод, откачки и т.п.).
• Полевые испытания грунтов (штамповые, сдвиговые и др.).
• Визуальное обследование участка для выявления опасных геологических процессов.

4.3. Камеральные работы

После завершения полевых исследований проводится обработка и анализ полученных данных в камеральных условиях:

• Лабораторные испытания образцов грунтов для определения их физико-механических свойств.
• Обработка и интерпретация результатов геофизических исследований.
• Построение геологических разрезов и карт.
• Составление отчетов и заключений с рекомендациями для проектирования.

5. Методы геологических изысканий

В ходе геологических изысканий применяется широкий спектр методов исследования, позволяющих получить достоверную информацию о геологических условиях участка строительства.

5.1. Бурение скважин

Бурение скважин является одним из основных методов инженерно-геологических изысканий. Оно позволяет:

• Изучить геологический разрез и отобрать образцы грунтов с различных глубин.
• Провести полевые испытания грунтов (стандартный и статический зондирование, штамповые испытания и др.).
• Определить уровень грунтовых вод и их режим.
• Выполнить откачки для оценки водопритоков и водопроницаемости грунтов.

Существуют различные виды буровых работ, включая колонковое бурение, ударно-канатное бурение, вращательное бурение и др. Выбор метода зависит от целей изысканий, глубины исследования и геологических условий участка.

5.2. Геофизические методы

Геофизические методы позволяют получить информацию о геологическом строении участка без проведения буровых работ. К ним относятся:

• Сейсморазведка – изучение скоростей распространения упругих волн в грунтах для выявления границ между слоями и определения их физических свойств.
• Электроразведка – исследование электрических свойств грунтов для выявления их состава, структуры и наличия подземных вод.
• Георадарные исследования – использование электромагнитных волн для обнаружения подземных объектов, пустот, границ между слоями и др.
• Гравиразведка и магниторазведка – изучение гравитационного и магнитного полей Земли для выявления глубинных геологических структур.

5.3. Лабораторные исследования

Для детального изучения физико-механических свойств грунтов проводятся лабораторные исследования отобранных образцов. Это включает:

• Определение плотности, влажности, гранулометрического состава грунтов.
• Испытания на сжатие, срез, растяжение для оценки прочностных характеристик.
• Исследование деформационных свойств грунтов (модуль деформации, коэффициент сжимаемости и др.).
• Изучение химического состава грунтов и грунтовых вод для оценки их агрессивности.
• Анализ содержания органических веществ, солей, газов в грунтах.

6. Анализ результатов изысканий

После завершения всех видов полевых и лабораторных исследований проводится комплексный анализ полученных данных. Его целями являются:

• Построение геологической модели участка строительства, включая детальные геологические разрезы, карты, трехмерные модели.
• Определение категории сложности инженерно-геологических условий согласно нормативным документам.
• Выявление и оценка опасных геологических процессов (оползни, карст, просадки и т.п.).
• Прогнозирование возможных изменений геологической среды в процессе строительства и эксплуатации сооружений.
• Разработка рекомендаций по выбору оптимальных конструктивных решений, методов инженерной защиты территории и устройству фундаментов.

Результаты анализа оформляются в виде технического отчета, который является основным документом для проектирования строительных объектов.

7. Составление отчета по геологическим изысканиям

Завершающим этапом геологических изысканий является составление технического отчета, который должен содержать следующую информацию:

• Цели и задачи изысканий, границы участка исследований.
• Описание методов и объемов выполненных работ.
• Результаты полевых и лабораторных исследований (геологические разрезы, физико-механические характеристики грунтов, гидрогеологические условия и т.п.).
• Анализ опасных геологических процессов и их оценка.
• Заключение о категории сложности инженерно-геологических условий.
• Рекомендации по выбору типа фундаментов, методов инженерной защиты территории, конструктивных решений и др.
• Прогноз изменений геологической среды в процессе строительства и эксплуатации объекта.

Отчет по геологическим изысканиям является основным источником информации для проектировщиков и строителей, поэтому к его составлению предъявляются высокие требования в отношении полноты, достоверности и обоснованности представленных данных и рекомендаций.

8. Роль геологических изысканий в проектировании

Результаты геологических изысканий имеют огромное значение для обеспечения безопасности и надежности строительных объектов. Они являются основой для принятия следующих проектных решений:

• Выбор оптимального места расположения объекта с учетом геологических условий и возможных рисков.
• Определение типа и конструкции фундаментов, глубины их заложения, расчет несущей способности грунтов.
• Проектирование мероприятий по инженерной защите территории (подпорные стены, дренажные системы, укрепление склонов и т.п.).
• Оценка влияния строительства на геологическую среду и разработка мер по минимизации этого воздействия.
• Прогнозирование и учет возможных деформаций и осадок зданий и сооружений в процессе их эксплуатации.

Игнорирование или некорректное использование результатов геологических изысканий может привести к серьезным последствиям, таким как разрушение конструкций, аварии, экологические проблем.

9. Особенности изысканий для различных типов зданий и сооружений

Объем и методы геологических изысканий могут варьироваться в зависимости от типа, размеров и назначения проектируемого здания или сооружения. Рассмотрим некоторые особенности изысканий для различных объектов строительства:

• Многоэтажные жилые и общественные здания: Основное внимание уделяется изучению свойств грунтов на глубине заложения фундаментов, наличию опасных геологических процессов (оползней, карста и др.), а также прогнозированию осадок и деформаций конструкций.
• Промышленные объекты: Помимо стандартных инженерно-геологических исследований, могут потребоваться дополнительные изыскания для оценки воздействия производственных факторов (вибраций, агрессивных сред и т.п.) на геологическую среду и фундаменты зданий.
• Гидротехнические сооружения: Основной акцент делается на изучении гидрогеологических условий (уровня грунтовых вод, их режима и химического состава), а также свойств грунтов в зоне взаимодействия с водной средой.
• Линейные объекты (дороги, трубопроводы): Изыскания проводятся на всем протяжении трассы с целью выявления участков с неблагоприятными геологическими условиями и разработки мероприятий по их преодолению.
• Объекты в сейсмических районах: Требуется детальное изучение сейсмических свойств грунтов (сейсмическое микрорайонирование), а также оценка опасности возникновения вторичных сейсмических явлений (оползней, обвалов, ликвидации и др.).

Кроме того, для объектов повышенного уровня ответственности (атомные электростанции, уникальные сооружения и т.п.) применяются более жесткие требования к объему и качеству геологических изысканий, а также к квалификации исполнителей работ.

10. Геологические риски и их оценка

В процессе геологических изысканий необходимо выявлять и оценивать потенциальные риски, связанные с особенностями геологической среды. К наиболее распространенным геологическим рискам относятся:

• Оползни: Смещение масс грунта вниз по склону под действием силы тяжести, представляющее опасность для зданий и сооружений, расположенных на склонах или у их подножия.
• Карст: Образование пустот и провалов в растворимых горных породах (известняках, гипсах), что может привести к деформациям и разрушениям строительных объектов.
• Просадки грунтов: Уплотнение и оседание лессовых и глинистых грунтов при замачивании, что вызывает неравномерные осадки фундаментов и деформации конструкций.
• Подтопление территории: Повышение уровня грунтовых вод в результате природных или техногенных факторов, приводящее к ухудшению строительных свойств грунтов и созданию неблагоприятных условий для эксплуатации сооружений.
• Сейсмическая опасность: Риск повреждений и разрушений зданий и сооружений в результате землетрясений, а также возникновения вторичных сейсмических явлений (оползней, обвалов, ликвидации и т.п.).

Оценка геологических рисков проводится на основе анализа собранных данных, с использованием расчетных методов и компьютерного моделирования. Результаты этой оценки позволяют разработать эффективные мероприятия по инженерной защите территории и снижению рисков до приемлемого уровня.

11. Нормативная база геологических изысканий

Проведение геологических изысканий регламентируется рядом нормативных документов, обязательных к исполнению на территории России. Основными из них являются:

• СП 47.13330.2016 «Инженерные изыскания для строительства. Основные положения»: Этот свод правил устанавливает общие требования к организации и выполнению инженерных изысканий, включая геологические изыскания.
• СП 11-105-97 «Инженерно-геологические изыскания для строительства«: Специализированный документ, регламентирующий методы, объемы и порядок проведения инженерно-геологических изысканий для различных видов строительства.
• ГОСТ 25100-2020 «Грунты. Классификация»: Устанавливает единую систему классификации грунтов по их происхождению, составу и строению, а также определяет их названия и условные обозначения.
• ГОСТ 20522-2012 «Грунты. Методы статистической обработки результатов испытаний»: Регламентирует методы обработки и представления результатов испытаний грунтов с использованием статистических методов.
• ГОСТ 25358-2012 «Грунты. Метод полевого испытания статическим и динамическим зондированием»: Устанавливает методы и правила проведения полевых испытаний грунтов статическим и динамическим зондированием.

Помимо этих основных документов, при проведении геологических изысканий необходимо руководствоваться рядом других нормативных актов, регламентирующих требования к отдельным видам работ, методам исследований, оформлению документации и т.д.

12. Современные тенденции в геологических изысканиях

В последние годы в области геологических изысканий наблюдается активное внедрение современных технологий и методов исследования, призванных повысить качество, эффективность и безопасность проведения работ. К основным тенденциям можно отнести:

• Цифровизация и автоматизация: Использование цифровых технологий для сбора, обработки и анализа данных изысканий, создания трехмерных геологических моделей, автоматизированного составления отчетов и т.д.
• Применение беспилотных летательных аппаратов (БПЛА): Аэрофотосъемка и лазерное сканирование с использованием беспилотников позволяют быстро и эффективно получать данные о рельефе местности, выявлять опасные геологические процессы и объекты.
• Геофизические методы высокого разрешения: Развитие методов сейсморазведки, электроразведки и георадарных исследований, обеспечивающих получение более детальной информации о геологическом строении участка без проведения буровых работ.
• Автоматизированные системы мониторинга: Внедрение автоматических систем непрерывного контроля за состоянием грунтов, уровнем грунтовых вод, деформациями сооружений и другими параметрами в процессе строительства и эксплуатации объектов.
• Геотехническое моделирование: Использование компьютерных программ для моделирования взаимодействия грунтов и конструкций, прогнозирования деформаций, устойчивости откосов и других процессов.

Внедрение современных технологий позволяет повысить точность, достоверность и информативность геологических изысканий, а также сократить сроки и стоимость их проведения.

13. Экологические аспекты геологических изысканий

Геологические изыскания, наряду с другими видами строительной деятельности, могут оказывать определенное воздействие на окружающую среду. Поэтому при их проведении необходимо соблюдать требования экологической безопасности и принимать меры по минимизации негативных последствий. К основным экологическим аспектам геологических изысканий относятся:

• Нарушение почвенно-растительного покрова: При проведении буровых и других полевых работ неизбежно происходит нарушение и загрязнение почв, уничтожение растительности на локальных участках.
• Загрязнение грунтовых вод: В процессе бурения и испытаний возможны утечки технических жидкостей, горюче-смазочных материалов, что может привести к загрязнению грунтовых вод.
• Шумовое и вибрационное воздействие: Использование буровых установок, отбойных молотков и другого оборудования сопровождается повышенным уровнем шума и вибрации, что может негативно влиять на окружающую среду и здоровье людей.
• Образование отходов: В ходе изысканий образуются различные виды отходов, такие как буровой шлам, отработанные технические жидкости, строительный мусор, которые требуют соответствующей утилизации.
• Воздействие на объекты культурного наследия: При проведении изысканий в местах расположения археологических памятников или исторических объектов необходимо принимать меры по их сохранению и предотвращению повреждений.

Для минимизации экологических рисков разрабатываются специальные природоохранные мероприятия, предусматривающие рациональное использование территории, применение экологически безопасных технологий и материалов, восстановление нарушенных земель и т.д.

14. Экономическая эффективность геологических изысканий

Несмотря на значительные затраты, связанные с проведением геологических изысканий, их роль в обеспечении безопасности, надежности и экономической эффективности строительных объектов трудно переоценить. Основные экономические выгоды от качественно выполненных изысканий заключаются в следующем:

• Предотвращение аварий и разрушений: Учет результатов изысканий при проектировании и строительстве позволяет избежать значительных материальных потерь, связанных с авариями и разрушениями зданий и сооружений из-за неблагоприятных геологических условий.
• Оптимизация проектных решений: Данные изысканий дают возможность выбрать наиболее эффективные конструктивные решения, типы фундаментов, методы инженерной защиты территории, что снижает стоимость строительства и эксплуатационные расходы.
• Снижение рисков при строительстве: Своевременное выявление опасных геологических процессов и принятие необходимых мер позволяет избежать непредвиденных затрат и задержек в ходе строительных работ.
• Обеспечение долговечности сооружений: Учет прогнозируемых изменений геологической среды и ее воздействия на конструкции зданий способствует увеличению срока их эксплуатации и снижению затрат на ремонт и реконструкцию.
• Минимизация экологических рисков: Своевременное выявление и предотвращение негативных воздействий строительства на геологическую среду и окружающую среду в целом позволяет избежать штрафных санкций и дополнительных затрат на природоохранные мероприятия.

Таким образом, затраты на проведение качественных геологических изысканий многократно окупаются за счет обеспечения безопасности, надежности и экономической эффективности строительных объектов на всех этапах их жизненного цикла.

15. Заключение

Геологические изыскания являются неотъемлемой и крайне важной частью процесса строительства любых зданий и сооружений. Они обеспечивают получение достоверной информации о геологических, гидрогеологических и инженерно-геологических условиях участка строительства, позволяя принимать обоснованные проектные решения и минимизировать риски, связанные с неблагоприятным влиянием геологической среды.

В ходе геологических изысканий применяется широкий спектр методов исследования, включая бурение скважин, геофизические методы, лабораторные испытания грунтов и другие. Результаты этих исследований обобщаются в техническом отчете, который служит основой для дальнейшего проектирования и строительства объектов.

Современные тенденции в области геологических изысканий направлены на внедрение цифровых технологий, беспилотных летательных аппаратов, автоматизированных систем мониторинга и компьютерного моделирования. Это позволяет повысить качество, эффективность и безопасность проведения работ, а также получать более детальную и достоверную информацию о геологической среде.

Несмотря на значительные затраты, связанные с проведением геологических изысканий, их роль в обеспечении безопасности, надежности и экономической эффективности строительных объектов трудно переоценить. Качественно выполненные изыскания позволяют предотвратить аварии и разрушения, оптимизировать проектные решения, снизить риски при строительстве, обеспечить долговечность сооружений и минимизировать экологические риски.

В заключение следует отметить, что геологические изыскания являются ключевым этапом в строительном процессе, требующим высокой квалификации специалистов, применения современных методов исследования и строгого соблюдения нормативных требований. Только при соблюдении этих условий можно обеспечить безопасность и надежность строительных объектов на всех этапах их жизненного цикла.