Инженерно-геологические изыскания: состав работ и испытания грунтов

У любой стройки есть главный вопрос: на каком грунте предстоит строить и как он поведёт себя под нагрузкой от здания. Именно на него и отвечают инженерно-геологические изыскания. Геология входит в общий комплекс инженерных изысканий (см. обзор всех видов инженерных изысканий). По сути это комплекс полевых, лабораторных и камеральных работ, по итогам которого проектировщик получает модель грунтового массива и расчётные характеристики для проектирования оснований и фундаментов. Состав и порядок работ регламентируют СП 47.13330.2016 «Инженерные изыскания для строительства. Основные положения» и СП 11-105-97 «Инженерно-геологические изыскания для строительства».

Без этих данных фундамент проектируют «вслепую». Его закладывают либо с избыточным запасом (а это переплата по бетону и арматуре), либо с недостаточным, и тогда уже в готовом здании появляются неравномерные осадки, крены и трещины. Ниже разберём, что именно входит в геологию, зачем каждый этап нужен проектировщику и какие риски грунтов выявляют изыскания.

Из чего состоит геология: этапы работ

Геологические изыскания выполняют по утверждённой программе. Её составляют под конкретный объект на основе технического задания. Порядок работ обычно укладывается в несколько этапов.

Подготовка и рекогносцировка

Начинают с архивных материалов по площадке: фондовых отчётов прежних изысканий, геологических карт района. Их собирают, анализируют, заодно уточняют техзадание и составляют программу работ: число и глубину скважин, точки зондирования, виды проб и лабораторных испытаний. Дальше выезжают на местность. Рекогносцировочное обследование позволяет оценить рельеф, заметить видимые проявления геологических процессов (овраги, оползневые склоны, заболоченность) и скорректировать расстановку выработок.

Буровые работы

Бурение инженерно-геологических скважин остаётся основным полевым методом. По скважинам проходят весь интересующий разрез, фиксируют границы слоёв, вскрывают уровень подземных вод, отбирают образцы грунта. Глубину назначают так, чтобы охватить сжимаемую толщу под подошвой фундамента, то есть зону, в пределах которой нагрузка от здания ещё влияет на грунт. А сколько именно скважин и какой глубины? Тут всё зависит от габаритов, уровня ответственности сооружения и сложности грунтовых условий. Единого норматива «столько-то скважин на дом» попросту не существует. Подробнее о парке буровых установок и методах читайте на странице инженерно-геологических изысканий.

Отбор проб

Прямо в процессе бурения отбирают образцы грунта (в том числе ненарушенного сложения, так называемые монолиты) и пробы подземных вод. Монолиты нужны для того, чтобы в лаборатории определить свойства грунта в его естественном состоянии. Пробы воды исследуют на химический состав и агрессивность к бетону и металлам. От этого, к слову, напрямую зависит выбор марки бетона и гидроизоляции фундамента.

Полевые испытания грунтов

Параллельно с бурением идут полевые методы. Их ценность в том, что характеристики грунта они дают прямо в массиве, без извлечения образца:

• Статическое зондирование. В грунт с постоянной скоростью вдавливают зонд и непрерывно измеряют сопротивление под наконечником и по боковой поверхности. Метод даёт детальный разрез по плотности и прочности, хорошо «ловит» слабые прослои и уточняет границы слоёв между скважинами.
• Динамическое зондирование. Это погружение зонда забивкой. Применяют его, как правило, в песчаных и крупнообломочных грунтах.
• Для сложных условий и ответственных объектов при необходимости назначают испытания штампом, прессиометрию, геофизику, например электротомографию.

Лабораторные исследования

Образцы грунта и воды передают в грунтовую лабораторию. Там определяют физико-механические характеристики: влажность, плотность, гранулометрический состав, пределы пластичности, показатели прочности и деформируемости (модуль деформации, угол внутреннего трения, удельное сцепление). Без этих параметров расчёт основания просто не построить. Классификацию грунтов выполняют по ГОСТ 25100, а методики самих испытаний описаны в профильных ГОСТах на лабораторные определения.

Камеральная обработка и отчёт

На завершающем этапе всё сводят воедино. Грунты группируют в инженерно-геологические элементы (ИГЭ), то есть слои, однородные по составу и свойствам. Для каждого ИГЭ статистической обработкой по ГОСТ 20522 получают нормативные и расчётные характеристики, и именно их проектировщик подставляет в расчёт. Итогом становится технический отчёт: текстовая часть, графические приложения (инженерно-геологические разрезы, колонки скважин, карты) и приложения первичных данных (журналы бурения, протоколы лаборатории).

Зачем геология нужна проектировщику фундамента?

Без отчёта по геологии рассчитать фундамент нельзя. Для конструктора грунт и есть основание, та самая нижняя «опора» здания, которая воспринимает все нагрузки. Из отчёта он берёт два класса данных: какие слои залегают под пятном застройки и каковы их прочностные и деформационные свойства. На них и опирается выбор типа фундамента вместе с проверкой осадок.

Тип фундамента, по сути, определяется грунтом. Прочные слои у поверхности позволяют обойтись мелким ленточным или плитным фундаментом. А вот слабые верхние слои часто означают переход на сваи, которые передают нагрузку на плотные грунты в глубине. Расчётные характеристики ИГЭ напрямую задают несущую способность и осадку: с ними проектировщик проверяет, что осадки не превысят допустимых и распределятся равномерно. На практике качественные изыскания снижают риск сразу с двух сторон: и переплаты за «перезаложенный» фундамент, и аварийных ситуаций из-за недооценки слабых грунтов.

Как читать инженерно-геологический разрез

Инженерно-геологический разрез представляет собой вертикальный «срез» площадки, построенный по линии между скважинами. На первый взгляд он кажется запутанным, но читается по нескольким понятным элементам:

• Вертикальная шкала глубин и абсолютных отметок слева. Она показывает, на какой глубине и высоте залегает каждый слой (отметки увязывают с топосъёмкой, поэтому геодезия и геология работают в одной системе высот).
• Колонки скважин с условными штриховками по ГОСТ. Каждая штриховка соответствует своему типу грунта: песок, суглинок, глина, насыпной грунт.
• Номера ИГЭ. Это те самые слои, по которым в таблицах приведены характеристики.
• Линия уровня подземных вод (УГВ). Отметка, на которой вскрыта вода. Её положение критично для гидроизоляции, водопонижения на стройке и долговечности конструкций.

Читают разрез сверху вниз. Оценивают мощность насыпных и слабых слоёв, смотрят, на какой глубине появляется надёжный несущий грунт и где проходит УГВ. И сразу становится ясно, на что опирать фундамент и какие защитные мероприятия предусмотреть.

Типичные риски грунтов, которые выявляют изыскания

Главная ценность геологии в том, чтобы заранее увидеть неблагоприятные условия, которые иначе «всплыли» бы уже на стройке. Вот что встречается чаще всего:

• Слабые грунты. Это водонасыщенные глинистые отложения, торф, заторфованные и насыпные грунты. Прочность у них низкая, сжимаемость высокая. Отсюда большие и неравномерные осадки. Решают это, как правило, свайными фундаментами или заменой/усилением основания.
• Просадочные грунты. Некоторые лёссовые грунты, которые при замачивании дополнительно проседают под нагрузкой. Им нужны специальные мероприятия по водозащите и устранению просадочных свойств.
• Набухающие грунты. Отдельные глины увеличиваются в объёме при увлажнении и дают усадку при высыхании. А значит, нагрузка на фундамент становится переменной.
• Высокий и агрессивный уровень подземных вод осложняет производство работ (водопонижение) и требует надёжной гидроизоляции. Если вода ещё и агрессивна, нужна защита бетона и арматуры.
• Опасные геологические процессы: карст, подтопление, оползневые и эрозионные явления. Для карстоопасных территорий назначают дополнительные методы обследования.

Когда такие факторы выявлены ещё на этапе изысканий, в большинстве случаев удаётся избежать дорогих переделок. Плюс снижается риск отказа государственной экспертизы. Для неё полнота и достоверность геологических данных входят в число ключевых требований.

Что делать застройщику: практический вывод

Геологию заказывают до проектирования, а не параллельно с ним. Логика простая: без отчёта конструктор не посчитает фундамент корректно, а проект не пройдёт экспертизу. Перед заключением договора стоит подготовить исходные данные: планируемый тип и габариты сооружения, этажность, наличие подземной части. Уже на их основе и составляется программа работ с обоснованным числом скважин и точек зондирования.

При выборе подрядчика обратите внимание на одну вещь: есть ли у него собственная грунтовая лаборатория и полевое оборудование. Это влияет и на сроки, и на достоверность результата. Примеры выполненных объектов, в том числе на сложных грунтах, можно посмотреть в разделе кейсов, а ориентировочную стоимость и срок по вашему участку прикинуть в калькуляторе. Если объём работ пока не ясен, инженеры «Мосгеопро» помогут определить состав изысканий под вашу задачу. Оставьте заявку, и мы подготовим предварительный расчёт.