Организация и методика инженерно-геологической съемки и составление инженерно-геологических карт

Детальные съемки выполняются с целью детального изучения инженерно-геологических условий участка или площадки, вы­бранных для застройки, участков шахтного или карьерного поля, распространения карста, оползня, переработки берега или дру­гих геологических процессов.

Детальная съемка обязательно сопровождается разведочными и другими работами и должна давать полное и точное представление о геологическом строении выбранного участка или площадки для застройки на глубину возможного воздействия сооружений.

Материалы детальных съемок должны служить основой для решения вопросов, свя­занных с компоновкой сооружений, планировкой и застройкой городов, размещением защитных сооружений и др.

Таким образом, классификация инженерно-геологических съемок пред­полагает плановое, последовательное, с постепенно возрастающей детальностью изучение инженерно-геологических условий тер­риторий, отвечающее стадиям инженерных изысканий и проек­тирования сооружений и инженерных работ.

Следует заметить, что общепринятой номенклатуры инже­нерно-геологических съемок у нас пока нет, однако тот или иной масштаб съемки предполагает определенную степень детальности изучения инже­нерно-геологических условий и применение определенных спо­собов и методов такого изучения. Инженерно-геологические съемки подразделяет на: мелкомасштабные от 1:500000 и мельче, среднемасштабные от 1:200000 до 1:25000 и крупномас­штабные от 1:10000 и более крупные.

Организация инженерно-геологической съемки. Инженерно-геологическая съемка всегда является комплексным исследованием, включаю­щим изучение, оценку и изображение на карте комплекса элемен­тов, характеризующих инженерно-геологические условия терри­торий. Такая комплексность обязательно предполагает изучение горных пород в условиях их естественного залегания, сложения, влажности, изучение подземных вод, геологических процессов и явлений до глубин возможного воздействия сооружений, горных или других инженерных работ.

Выполнение этих задач требует применения различных методов исследований - видов геологических работ и соответственно опре­деленной организации инженерно-геологической съемки. Основа этой организации - плановое рациональное сочетание видов и методов работ, выполняемых в подготовительный и полевой пери­оды, обеспечивающих региональное (площадное) изучение и изо­бражение на карте инженерно-геологических условий со степенью детальности и точности, отвечающей масштабу съемки.

Основными этапами организации съемки являются подготови­тельный, полевой и камеральный. Главные задачи первого этапа:

· изучение фондовых и литературных материалов, их обобщение, определение методики полевых исследований и порядка сочетания различных видов геологических работ;

· составление програм­мы - проекта и календарного графика полевых работ;

· подбор топографических, аэрофотосъемочных и геофизических материа­лов;

· укомплектование партии, отрядов кадрами, оборудованием и снаряжением.

В подавляющем большинстве случаев рай­оны, в пределах которых намечаютс я инженерные изыскания, включающие и инженерно-геологическую съемку, в общегеологическом отношении уже изучены с той или иной степенью деталь­ности. Поэтому при подготовке к таким исследованиям исключи­тельно большое значение имеет изучение фондовых материалов, литературных и картографических, касающихся элементов, характеризующих инженерно-геологические условия.

В результате такого изучения необходимо получить представление об инженер­но-геологических условиях района в целом и отдельных его частей, выявить главные, определяющие их особенности и дать предварительную оценку условий строительства.

Изучать необходимо не только материалы, касающиеся природных условий, но и опыта строительства и эксплуатации сооружений. При этом необходимо выявить весь фактический материал, который можно будет ис­пользовать при дальнейших, более детальных исследованиях. Поэтому изучение литературных и фондовых материалов полезно сопровождать составлением очерка по истории изучения района, карт, схем и разрезов, если таковые отсутствуют.

В подготовительный период большое внимание должно быть уделено подготовке топографических карт. Для полевых съемоч­ных работ, для изображения инженерно-геологических условий и составления соответствующих карт топографическая основа долж­на иметь масштаб более крупный, чем масштаб съемки.

Наконец, совершенно особое внимание должно быть уделено выявлению имеющихся аэрофотосъемочных и фототеодолитных материалов и предварительному их дешифрированию. Для дешифрирования обычно используют плановые и перспективные фотоснимки в виде отдельных кадров, непрерывных полос и фотосхем, смонтирован­ных из комплекта кадров.

Дешифрирование аэрофото- и фототео­долитных снимков является очень эффективным методом изучения и предварительной оценки как инженерно-геологических условий местности в целом, так и отдельных ее элементов: рельефа, гео­логического строения, тектонических разрывов, распространения подземных вод, геологических процессов и явлений и др.

Описа­ние основных прямых и косвенных признаков, используемых для дешифрирования отдельных элементов природных условий, при­водится в специальной литературе. Эту работу долж­ны выполнять соответствующие специалисты. Поэтому при орга­низации региональных инженерно-геологических исследований необходимо уделять должное внимание укомплектованию экспе­диции, партии или отряда соответствующими кадрами.

Важнейшим условием правильной организации полевого этапа инженерно-геологической съемки является эффективное сочета­ние собственно процесса съемки с сопровождающими ее другими видами геологических работ - аэрофотосъемочными, геофизиче­скими, буровыми и горными, обеспечивающими необходимую де­тальность и достоверность исследований. Для этого полевые ра­боты должны начинаться с рекогносцировки района, иногда со­провождающейся аэровизуальным осмотром, в результате кото­рой уточняются план и методика полевых работ.

При рекогносцировке района знакомятся с особенностями рельефа, осматривают опорные геологические разрезы (уста­новленные предыдущими исследователями), по которым получают представление о горных породах, слагающих район, осматривают другие важнейшие элементы, характеризующие инженерно-геологические условия (например, оползневые участки, распро­странение карстовых, просадочных, мерзлотных и других явле­ний), определяющие главные особенности района.

При определе­нии плана рекогносцировки руководствуются данными, получен­ными при изучении литературных, фондовых геологических и картографических материалов и предварительного дешифриро­вания аэрофотоснимков.

Выполнив рекогносцировку и уточнив план полевых работ, приступают к систематическому, т.е. площадному, по определен­ным маршрутам (от точки к точке наблюдений), инженерно-ге­ологическому изучению района.

Основой такого изучения явля­ются методы: пересечений по простиранию и вкрест простирания элементов инженерно-геологических условий (главным образом при среднемасштабной съемке), их прослеживания и оконтуривания (главным образом при крупномасштабной и детальной съемках). Для выделения наиболее важных элементов, влияющих на оценку инженерно-геологических условий территории, метод прослеживания на отдельных участках может применяться и при среднемасштабной съемке.

Изображение и привязка всех точек наблюдений производятся на топографических картах и аэрофото­снимках глазомерно и полуинструментально при средне- и крупно­масштабных съемках и только инструментально при детальных.

При крупномасштабных съемках часть наиболее важных опор­ных точек рекомендуется привязывать также инструментально. Положение точек наблюдений должно устанавливаться с точностью до 100 м при съемке масштаба 1:200000 и соответственно до 50, 25 и 12,5 м - при съемках масштабов 1:100000, 1:50000 и 1:25000. При детальных съемках точность положения точек определяется точностью топогеодезических работ.

План производства съемки, т. е. план размещения маршрутов, которыми покрывается территория, определяется особенностями рельефа местности, расположением форм рельефа первого, второго и последующих порядков, обнаженностью горных пород, геоло­гическим строением, распространением подземных вод и их про­явлениями, распространением геологических явлений и слож­ностью инженерно-геологических условий отдельных ее частей.

При среднемасштабной съемке важно также учитывать возможное расположение первоочередного района хозяйственного освоения территории, при крупномасштабной съемке - возможное распо­ложение конкурирующих участков, строительных площадок, а при детальной - план компоновки сооружений на выбранном участке или площадке.

При определении направления маршрутов руководствуются топографической картой, аэрофотоснимками и результатами их дешифрирования, данными рекогносцировки и интерпретации геофизических материалов. Эти же данные служат для составления плана геофизических работ, размещения буровых скважин, расчисток, канав, шурфов и других горных выработок, сопровождающих съемку. Учет всех этих данных позволяет наиболее рацио­нально определять направление маршрутов и наиболее точно ставить перед каждым из них задачи.

При средне- и крупномасштабных съемках маршруты должны располагаться более или менее равномерно на исследуемой территории, но могут на отдельных более сложных участках сгущаться, на других более простых располагаться реже.

Следовательно, план их расположения ни в коем случае не может определяться формальными признаками. Каждый маршрут должен решать опре­деленные задачи, а все они в целом позволяют изучить, оценить и изобразить на карте инженерно-геологические условия терри­тории.

При детальных съемках маршруты, как показывает опыт, це­лесообразно располагать по профилям - по более или менее пра­вильной геометрической сетке, равномерно покрывающей участок или строительную площадку. При этих съемках, выполняемых обычно на ограниченных по площади участках, естественных обна­жений либо недостаточно, либо они вообще отсутствуют. Поэтому приходится выполнять сравнительно большой объем горно-бу­ровых работ и съемка сливается с разведочными работами. Эффек­тивность результатов детальных съемок и определяется таким рас­положением маршрутов.

При правильной организации инженерно-геологической съем­ки ее постоянно должны опережать площадные (региональные) геофизические работы. Они обычно ставятся с целью получения предварительной информации (в целом по всей площади, покрыва­емой съемкой, или по отдельным «ключевым» ее участкам):

• о рас­пространении и мощности четвертичных отложений, особенностях их разреза,
• о рельефе поверхности коренных пород, особенностях их разреза и распространения отдельных комплексов и типов горных пород,
• о распространении зон повышенной трещиноватости и тектонических разрывных нарушениях, о глубине залегания и распространении подземных вод, многолетней мерзлоты и других данных, характеризующих инженерно-геологические условия.

В процессе собственно инженерно-геологической съемки все эти данные проверяются и уточняются путем интерпретации, устано­вления геологической природы геофизических аномалий. Для этого используются и данные бурения, расчисток, шурфов и других горных выработок, которые сопровождают съемку.

Картировочные горно-буровыеработы всегда сопровождают инженерно-геологическую съемку с целью более достоверного и точного изучения инженерно-геологи­ческих условий территории. Именно такие работы позволяют уточнять геологический разрез, условия залегания горных пород, их обводненность и физическое состояние (влажность, плотность консистенцию, выветрелость и др.) и условия развития геологических процессов и явлений.

Горные выработки и буровые скважины, пройденные ранее и проходимые при производстве инженерно-геологической съемки, показываются на картах и аэрофотоснимках с точностью, соответствующей масштабу съемки.

Таким образом, после соответствующей подготовки к полевым работам, предварительного дешифрирования аэрофотосъемочного материала и рекогносцировки уточняют план опережающих реги­ональных геофизических работ. На этой основе развертывают ин­женерно-геологическую съемку, которая сопровождается горно­буровыми работами в ограниченных объемах.

Рациональное сочетание различных методов и видов геологических работ позволяет придавать инженерно-геологической съемке определенную направленность в изучении природных условий, выявлять, изу­чать и картировать все то, что является наиболее важным и ре­шающим для оценки территории в инженерном аспекте.

Опыт работы показывает, что при среднемасштабной и отчасти крупномасштабной съемках весьма эффектив­ным является метод «ключевых участков». Основу этого ме­тода составляют наблюдения, показывающие, что общие регио­нальные черты инженерно-геологических условий сохраняются на значительных площадях. Поэтому представления об этих условиях можно получить путем постановки исследований не на всей их площади, а на нескольких небольших, но типичных «ключевых» участках. Обобщая материалы по таким участкам, можно оцени­вать инженерно-геологические условия значительных площадей и тем самым ускорять региональное изучение территорий.

Содержание инженерно-геологической съемки. Съемка состоит в выделении, изучении и прослеживании в поле всех элементов, характеризующих инженерно-геологические условия района, и изображении их на карте.

Важнейшим элементом инженерно-геологических условий являются горные породы, участвующие в геологическом строении района, предопределяющие рельеф местности, развитие геологических процессов, и распространение подземных вод и месторождений полезных ископаемых.

В то же время горные породы служат естественным основанием для различных сооружений, средой для них или строительным материалом. Поэтому при инженерно-геологической съемке в первую очередь необходимо выявлять и отражать на картах закономерности размещения в земной коре горных пород, обладающих различными свойствами. В этом состоит исходное теоре­тическое положение, основной вопрос методики инженерно-гео­логической съемки и составления соответствующих карт.

Районы инженерно-геологических съемок могут иметь различ­ное геологическое строение, и поэтому методика их выполнения и организация, так же как и оценка территории в инженерном аспекте, в каждом из них будут различаться.

Различия в геоло­гическом строении районов проявляются в первую очередь в различном сочетаниикомплексов горных пород, слагающих геологический разрез.

При региональных геологических исследованиях в геологическомразрезе принято выделять комплексы:

· комплекс четвертичных отложений;

· покровный комплекс - недислоцироваиные или слабо дислоцированные осадочные и вулканогенные породы и прорывающие их магматические тела - это породы чехла древних и молодых платформ, обнажающиеся на поверхности или покрытые четвертичнымиотложениями;

· складчатый комплекс - дислоцированные осадочные, вулканогенные и метаморфические породы и прорывающие их магматические породы - это породы складчатого фундамента платформ, обнажающие на поверхности или покрытые различными сочетаниями пород четвертичного и покровного комплексов.

В геологическом разрезе того или иного района до глубины возможного воздействия сооружений или инженерных работ могут выделяться тот или иной комплекс горных пород или определенные их сочетания.

В соответствии с этим районы подразделяют на одно, двух и трехярусные районы (табл. 3.2)

Таблица 3.2. Классификация районов по строению геологического разреза при региональных геологических исследованиях

Примечание: Знак плюс – означает присутствие, знак минус – отсутствие комплекса в пределах глубины изучения района.

Так, например, в пределах Русской платформы можно выделять рай­оны:

· приповерхностного залегания кристаллических пород до­кембрия - типы 1 или 3 (Балтийский щит и др.);

· неглубокого залегания песчано-глинистых и карбонатных пород палеозоя - типы 1 или 4 (южный склон Балтийского щита, Ордовикское плато, Главное девонское поле и др.);

· распространения ледниковых и вод­но-ледниковых отложений Северо-запада - тип 1 и др.

Как показывает практика региональных инженерно-геологи­ческих исследований, при проектировании и строительстве жи­лищного, гражданских и промышленных сооружений, различных видов линейных и мелиоративных, аэродромов и многих других видов строительства наиболее часто приходится выполнять работы в районах, принадлежащих к типам 1, 4 и 5.

При проектирова­нии гидроузлов, туннелей и других подземных сооружений, до­рог в горных районах, мостовых переходов, шахт и карьеров для разработки месторождений полезных ископаемых чаще прихо­дится выполнять работы в районах приповерхностного залегания коренных пород, т.е. типов 2, 3, 4 и др.

При изучении и картировании распространения горных пород в процессе инженерно-геологической съемки возникает вопрос, какой классификацией их при этом следует пользоваться?

В боль­шинстве существующих руководств и инструкций по инженерно- геологической съемке рекомендуется выде­лять и изображать на картах распространение геолого-генетическнх комплексов горных пород и сопровождать такие карты та­блицами показателей их физико-механических свойств.

Однако при таком содержании инженерно-геологической съемки получается, что на инженерно-геологических картах рекомендуется показы­вать главным образом то, что обычно изображают на геологиче­ских картах, и инженерно-геологическая съемка при этом не ста­новится видом исследований, дающим новую самостоятельную информацию. Получается, что инженерно-геологическая съемка дублирует в значительной части геологическую съемку.

Следует оговориться, что при инженерно-геологических съем­ках можно составлять различные карты, которые могут иметь различное содержание, и это не должно вызывать возражений.

Съемка - это научное исследование, и она должна иметь творче­ский характер. Однако в данном случае рассматривается вопрос о содержании инженерно-геологической съемки и соответственно об основном ее результате - о составлении основной инженерно-геологической карты. Такая карта должна составляться всегда и везде одинаково, в ее основе должен лежать единый принцип, подобно тому, как всегда одинаково составляется основная гео­логическая карта.

Следовательно, составление любых инженерно-геологических карт при выполнении съемки вполне допустимо, но при условии, что в первую очередь составляется основная инженерно-геологи­ческая карта.

На этом вопросе мы остановимся ниже несколько подробнее, здесь же отметим, что при инженерно-геологической съемке необходимо руководствоваться инженерно-геологической классификацией горных пород и отображать на карте распростра­нение групп горных пород, выделяемых по этой классификации. В этом случае инженерно-геологическая съемка будет давать новую, свою, самостоятельную информацию и действительно отра­жать факт дальнейшего геологического изучения территорий в ин­женерном аспекте.

Из всех известных общих инженерно-геологических класси­фикаций горных пород наиболее правильной является классифи­кация Ф.П. Саваренского.

Типизация территорий по инженерно-геоло­гическим условиям. При выполнении региональных инженерно - геологических исследований всегда необходимо стремиться к кон­кретности при характеристике как территорий в целом, так и от­дельных их частей. Этому обычно способствует их типизация, т.е. выявление главного, существенного, обобщающего оценку их инженерно-геологических условий.

Для одних из них таким глав­ным отличием могут служить особенности геологического строе­ния, для других - распространение слабых горных пород, для третьих - неглубокое залегание подземных вод, для четвертых типичным является то, что они затапливаются при разливах реки или в их пределах распространены другие геологические явления.

Таким образом, каждая рассматриваемая территория или ее часть характеризуются определенными качествами, типичными особенностями инженерно-геологических условий, которые можно отобразить на геологической колонке, разрезе, схеме и т.д. Та­кая типизация особенно полезна, когда на территории, строитель­ной площадке или по трассе какого-то линейного сооружения вы­деляется несколько или много групп участков одинаковых или сходных по тем или иным главным, существенным признакам.

Для каждой такой группы участков можно составлять одну типич­ную геологическую колонку, один геологический разрез, одну схему, которые в совокупности будут отображать общие существен­ные их черты. В общем если аналогичных по инженерно-геологическим условиям участков несколько или много, то построенные геоло­гические колонка, разрез или схема будут являться для них типо­выми.

В этом случае можно говорить о типизации районов или участков по инженерно-геологическим условиям. Это дает возмож­ность унифицировать методику инженерных изысканий на типовых участках, методику оценки и прогноза их инженерно-геолоческих условий, шире применять методы аналогий, лучше решать задачи рационального использования территорий и их охраны Кроме того, типизация территорий позволяет применять определенные комплексы защитных инженерных мероприятий при развитии разнообразных геологических процессов и явлений.

В результате региональных исследований или исследований какой-то строительной площадки возможно конкретнее выражать оценку инженерно-геологических условий, производить некоторую генерализацию - обобщение, схематизацию этих условий, чтобы показать все наиболее главное и существенное. Такое целесообразное обобщение для больших или значительных территорий и их частей представляет собой типизацию, а для строительной пло­щадки или ее частей - построение расчетной схемы.

Понятие «типизация» не следует смешивать с по­нятием «классификация». Как показано выше, типизация — это выделение участков или групп участков по признакам, присущим каждому из них.

Классификация - это разделение территорий (или явлений) на участки или группы участков, взаимосвязан­ные классы в зависимости от их общих признаков, причем каждый класс в классифицируемой системе занимает определенное место; например, при районировании территорий по степени закарстованности, сейсмичности и другим признакам.