Инженерно-геологические изыскания под объекты глубокого заложения фундамента

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

Выпускная квалификационная работа бакалавра

по направлению 020300 «Геология»

Тема: Инженерно-геологические изыскания под объекты глубокого заложения фундамента

Ситникова Елизавета Алексеевна

Научный руководитель:

доц., к.г.-м.н., В. Г. Зайончек

Санкт-Петербург

2016



Оглавление

• Введение
• Глава 1. Физико-географическое описание территории
• 1.1 Географическое положение
• 1.2 Рельеф
• 1.3 Гидрография
• 1.4 Климат
• 1.5 Геология
• 1.6 Стратиграфия
• 1.7 Четвертичные отложения
• Глава 2. Инженерно-геологические изыскания на исследуемом участке
• 2.1 Физико-географическая характеристика исследуемого участка
• 2.2 Полевые работы
• 2.3 Гидрогеологические условия территории
• 2.4 Лабораторные исследования
• 2.5 Камеральная обработка данных
• 2.6 Инженерно-геологические процессы
• Глава 3. Инженерно-геологические расчеты
• Заключение
• Литература
• Приложения
• 
• Введение
• гидрография геологический изыскание инженерный

Данная работа посвящена выяснению инженерно-геологических условий проектируемого участка строительства паркинга расположенного по адресу: Курортный район, пос. Песочный, Ленинградская ул., восточнее дома № 68А, литера А.

Дипломная работа выполнена автором по результатам прохождения производственной практики в инженерно-геологической организации ООО «КДС Групп» с 3 июля по 12 августа 2015 года.

Автор принимал участие в полевых работах, лабораторных исследованиях, камеральной обработке материала и написании отчета.

Объект представляет собой 6-ти этажное здание с заглубление фундамента до 2,5 м. Длина здания 71,1 м, ширина 34,0-13,0 м, высота 21,0 м, подвал отсутствует. Нагрузка - 700 т на отдельную опору. Уровень ответственности сооружения - II.

В процессе написания диплома необходимо выяснить литологический состав, геологическое строение, определить физико-механические свойства, построить инженерно-геологические разрезы, рекомендовать нормативные и расчетные характеристики грунта и произвести инженерно-геологические расчеты с целью объяснения устойчивости сооружения и выбора конструкции фундамента.

Работа выполнялась на кафедре грунтоведения и инженерной геологии СПБГУ и в организации ООО «КДС Групп».

Автор признателен сотрудникам Кузьминой Е.А. и Карташевой И.И. за постоянную помощь в работе.



Глава 1. Физико-географическое описание территории

1.1 Географическое положение

Объект исследований расположен в Ленинградской области, на северо-западе европейской части территории России. В геоморфологическом отношении участок приурочен к прибалтийской низменности (рис. 1).

Рис. 1. Расположение объекта исследования.

1.2 Рельеф

Территория Ленинградской области расположена на северо-западе Русской плиты, за исключением самой северной части Карельского перешейка, расположенной в пределах Прибалтийской низменности (рис. 2).

Территория Карельского перешейка характеризуется своеобразным рельефом с северо-западной ориентировкой всех его форм. Наиболее расчлененный рельеф развит в северной части района. Карельский перешеек является частью Балтийского кристаллического щита.

Прибалтийская низменность занимает большую часть рассматриваемой территории и представляет собой полого наклоненную на север волнистую равнину с абсолютными высотами от 50 до 100 м. Наблюдаются изолированные возвышенности (абсолютные отметки 200--300 м) и обширные понижения (абсолютные отметки 0--50м).

В пределах Ленинградской области, в направлении с севера на юг и юго-восток, последовательно сменяют друг друга: Предглинтовая низменность ограниченная c севера Центральной возвышенностью Карельского перешейка; Балтийско-Ладожский глинт (Ордовикский глинт) - уступ на границе низменности и плато; Ордовикское плато, к которому с юга примыкает Девонская равнина, ограниченная Валдайско-Онежским глинтом (Карбоновым уступом). На северо-востоке территория примыкает к Ладожскому озеру, на северо-западе к Финскому заливу, там протягивается полоса грядового и холмистого рельефа -- север Карельского перешейка. Строение зависит от пород осадочного чехла слагающих данную область. (Геология СССР, 1971)

Предглинтовая низменность представляет собой комплекс аккумулятивных террасовых поверхностей (абсолютные отметки 0--100м), наклоненных в сторону Финского залива. На территории низменности развиты терригенные отложения вендской и кембрийской систем, которые частично перекрыты тонким покровом молодых морских и озерных осадков, образовавшихся после таяния последнего ледника. (Геология СССР, 1971)

Балтийско-Ладожский глинт представляет собой естественный денудационный уступ, к нему приурочены выходы осадочных горных пород нижнего палеозоя. На территории Ленинградской области он простирается к югу от Финского залива, реки Невы и Ладожского озера. Граница между Балтийской и Ладожской частями уступа проходит по водоразделу. (Геология СССР, 1971)

Ордовикское плато располагается к югу от глинта и протягивается на восток до западной границы Ленинградской области и представляет собой плоскую возвышенную равнину. Плато разделяется на два участка: западный - Ижорская возвышенность (абсолютные высоты до 168 м), и восточный - Волховское плато (абсолютные отметки до 80м). (Геология СССР, 1971)

Девонская равнина располагается к югу и северо-востоку от Ордовикского плато, отложения развиты преимущественно девонские. Равнина охватывает низины (абсолютные высоты 10-30 м) и разделяющие их возвышенности (абсолютные высоты 30-150 м). (Геология СССР, 1971)

Валдайско-Онежский (Карбоновый) глинт ограничивает с востока Девонскую равнину. Он представляет собой наклоненный к западу уступ, который сложен каменноугольными отложениями. Ширина глинта составляет от 3-5 до 20 км, а высота от 7 до 150 м. (Геология СССР, 1971)

Рис.2. Схематическая карта Ленинградской области.

Абсолютные высоты: 1 - 0-100 м; 2- 100-200 м; 3 - 200-300 м; 4 - границы региона; 5 - границы орографических районов: I - Север Карельского перешейка, II - Прибалтийская низменность, А - Вуоксинская низина, Б - Центральная возвышенность Карельского перешейка, В - Предглинтовая низменность, Г - Ордовикское плато, Д - Девонская равнина; 6 - Балтийско-Ладожский и Валдайско-Онежский уступ.

1.3 Гидрография

Территория Ленинградской области характеризуется хорошо развитой гидрографической сетью. Речная сеть развита по площади неравномерно.

Валдайская возвышенность является водоразделом двух основных бассейнов: реки, которые берут начало на ее западном склоне, относятся к бассейну Балтийского моря, реки на восточном склоне -- к бассейну Каспийского. (Геология СССР, 1971)

Питание рек, озер и болот происходит в основном за счет талых снеговых, дождевых и подземных вод.

Самой многоводной рекой является Нева. К крупным рекам относятся Свирь, Волхов, Велцкая, Луга, а остальные реки принадлежат к группе средних и мелких водотоков.

На рассматриваемой территории озера многочисленны и разнообразны по размерам, форме и происхождению. Наиболее крупные озера Ладожское, Онежское, Чудское и Ильмень

На территории широко развиты процессы заболачивания, это обусловлено преобладанием осадков над испарением, слабой расчлененностью, равнинным рельефом, наличием большого количества впадин и плохой водопроницаемостью грунтов. Большинство болот расположено на водоразделах и относится к верховому типу с преобладанием атмосферного питания. (Геология СССР, 1971)

1.4 Климат

Климат территории умеренный и влажный, переходный от морского к континентальному. Для района характерны: сравнительно продолжительная, но не суровая зима, преимущественно прохладное лето, значительная облачность, большое количество осадков, высокая влажность и общая неустойчивость погоды. В течение большей части года наблюдается активная циклоническая деятельность, определяющая ветреную пасмурную погоду. Району свойственны относительно продолжительные весна и осень, а также постепенность смены сезонов. Средняя годовая температура изменяется от 4,1--4,6° С на западе и юго-западе до 2,4--2,6° С на севере и востоке. Средняя годовая относительная влажность воздуха изменяется по территории от 69% до 79% при диапазоне колебаний среднемесячных значений от 66 % до 86 %.. Средняя годовая сумма осадков составляет 550--650 мм. Наибольшее количество осадков отмечается в летний период (июль-сентябрь), наименьшее - в зимний (февраль-март). Преобладают ветры западных направлений. (СП 131.13330.2012).

1.5 Геология

Территория Ленинградской области находится в пределах двух крупных структурно-геологических районов: Балтийский кристаллический щит и северо-западная часть Русской плиты.

Балтийский кристаллический щит входит в пределы рассматриваемой территории своей самой южной окраиной, расположенной на севере Карельского перешейка. С поверхности развиты древние метаморфизованные толщи, представленные гнейсами и кристаллическими сланцами архейского и нижнепротерозойского возраста с интрузиями кислых и основных пород. (Геология СССР, 1971)

Территория, расположенная в пределах северо-западной части Русской плиты, представляет собой область развития осадочных отложений, верхнепротерозойского и палеозойского возраста, залегающей моноклинально, общей мощностью до 2500 м. (Геология СССР, 1971)

Вся территория перекрыта почти сплошным чехлом рыхлых четвертичных отложений различной мощности, преимущественно ледникового и водно-ледникового происхождения. (Геология СССР, 1971)

1.6 Стратиграфия

В геологическом строении рассматриваемой территории принимают участие архейские и нижнепротерозойские кристаллические породы фундамента, которые встречаются на глубине 200 - 220м. Они представлены различными гнейсами и кристаллическими сланцами, прорванными многочисленными интрузиями гранитов, диоритов и габбро. На них залегают осадочные отложения верхнего протерозоя, которые также не выходят на поверхность, но вскрыты буровыми скважинами. Эти отложения представлены красноцветными песчаниками с силлами средних и кислых пород. (Геология СССР, 1971)

Выше по разрезу располагаются гравелиты и конгломераты рифея (R).

Отложения кембрийской системы на территории Ленинградской области представлены следующими свитами.

Отложения Ломоносовской свиты, представлены песчаниками, алевролитами и глинами. Свита соответствует ровенскому горизонту верхнего венда (V₂) и нижней части лонтоваского горизонта нижнего кембрия (Є₁). Мощность свиты доходит до 23 м.

Отложения сиверской свиты, представлены голубовато-серыми тонкодисперсными, однородными, не слоистыми глинами, содержащими многочисленные включения пирита и отдельные прослойки алевролитов. Глины относительно глубоководные, это связано с обширной морской трансгрессией. (Бискэ Г. С., 2015) Органические остатки встречаются редко, главным образом это трубки морских червей и споры растений. Сиверская свита отвечает верхней части лонтоваского горизонта нижнего кембрия (Є₁). Мощность отложений составляет 100-120 м. (Натальин Н. А., 2001)

Саблинская свита имеет широкое распространение, прослеживается в виде узкой полосы вдоль Балтийско-Ладожского глинта. Она с размывом перекрывает подстилающие образования и имеет преимущественно песчаный состав. Слагающие ее кварцевые пески зрелые, хорошо отсортированы, обладают мелкозернистой структурой и отчетливо выраженной косой слоистостью. Крайне редко встречаются тонкие прослои глин и алевролитов. Отложения отвечают условиям морского побережья и образованы на фоне общей регрессии. Мощность свиты варьирует в широких пределах, достигая 28 м. (Бискэ Г. С., 2015)

Отложения ладожской свиты выходят на дневную поверхность по берегам рек Тосна и Саблинка. Породы представлены серыми, белыми песками с обломками раковин беззамковых брахиопод рода Obolus. Характерны линзовидные тела небольшой мощности (от 0 до 10-15 см.), по простиранию могут замещаться прослоями серых неслоистых глин или песчано-глинистыми разностями с ритмичной ленточной слоистостью. Ладожская свита сформировалась в промежуток времени, который соответствует сравнительно краткосрочной трансгрессии и регрессии. (Кузнецов С. С., 1940) Сверху и снизу она, ограничена поверхностями со следами размыва. В основании плохо сортированные кварцевые пески с многочисленными вкраплениями железистых конкреций. Наиболее распространенными органическими остатками являются раковины брахиопод и конодонты, позволяющие отнести свиту к позднему кембрию (Є₃). Мощность свиты колеблется от 0 до 40 см. (Натальин Н. А., 2001)

Новая обширная трансгрессия началась в ордовике (O) и создала, на фоне медленного тектонического погружения, мощную толщу в основном карбонатного состава. В основании ее находятся песчаники тосненской свиты. Свита, сложена светло-серыми и желтовато-серыми разнозернистыми кварцевыми песчаниками с косой слоистостью. Отложения богаты фосфат - содержащими раковинами брахиопод рода Obolus и точно датированы конодонтами нижнего тремадокского яруса ордовика (O₁ts). Мощность свиты составляет 2-3 м. (Бискэ Г. С., 2015)

Вместе с черными сланцами копорской свиты песчаники Тосненской свиты образуют широко распространенный пакерортский горизонт. (Бискэ Г. С., 2015)

Копорская свита, сложена аргиллитами и алевролитами черного, серовато-черного цвета, иногда с коричневым оттенком. Эти отложения являются хорошим маркирующим горизонтом. Линия контакта сланца с вышележащей глауконитовой толщей обычно неровная, со следами размыва, нижняя граница пород тосненской и копорской свит согласная. (Кузнецов С. С., 1940) Породы свиты, содержащие остатки дендроидных граптолитов рода Dictyonema и конодонтов, соответствуют тремадокскому ярусу нижнего ордовика (O₁ts). Мощность слабо изменяется и составляет 10-20 см. (Натальин Н. А., 2001)

Леэтсеский тонкий горизонт зеленых глауконитовых песков, мергелей и известняков залегает также с перерывом, мощность его 0,8 м. (Бискэ Г. С., 2015)

Карбонатная часть разреза ордовика начинается с волховской свиты. Слагающие свиту известняки и доломиты неоднородны по литологическому составу и разделяются на три толщи. В нижней части преобладают пестро окрашенные доломитизированные глауконитовые известняки. Выше развиты желтоватые массивные известняки с прослоями мергелей и глин. Венчает разрез переслаивание глинистых и доломитизированных известняков. Наиболее распространенными органическими остатками являются головоногие моллюски, брахиоподы, криноидеи, мшанки, кораллы и трилобиты. Мощность отложений колеблется от 1,5 до 6,5 м. (Бискэ Г. С., 2015)

Обуховская свита, представлена серыми и зеленовато-серыми, неравномерно доломитизированными, глинистыми известняками с прослоями глин и алевритов. На границе волховской и обуховской свит выделяется маркирующий слой мергелей с обильными включениями железистых оолитов (нижний чечевичный слой). В известняках встречаются многочисленные остатки раковин головоногих моллюсков (подкласс Orthoceras Endoceras) и трилобитов. Мощность свиты - от 1,5 до 7,5 м. Выше породы обуховской свиты срезаются четвертичными отложениями. (Натальин Н. А., 2001)

Четвертичные отложения - это валунные суглинки желтоватой или буровато-серой окраски с большим количеством галек и валунов кристаллических пород, могут встречаться ленточные глины. Мощность четвертичных отложений до 5 м. (Натальин Н. А., 2001)



1.7 Четвертичные отложения

Отложения четвертичного возраста (390 тыс. лет и моложе) состоят из песчано-глинистых грунтов, происхождение которых связано с тремя ледниковыми, двумя межледниковыми, позднеледниковым и послеледниковым периодами в геологической истории развития рассматриваемой территории. (Астахов В. И., 2008)

Четвертичные ледники распространялись со Скандинавского полуострова главным образом с севера. Оледенения устанавливаются по распространению несортированного ледникового тилла (диамиктона) с гальками, валунами, крупными отторженцами древних пород. (Астахов В. И., 2008) На территории Ленинградской области все древнечетвертичные отложения уничтожены ледниковой эрозией. В основном все ледниковые отложения, имеющие выходы на поверхность - это отложения Валдайского оледенения. Выделяют нижневалдайский (74-59 тыс. л. н.), средневалдайский (50-24 тыс. л. н.) и верхневалдайский горизонты. В основании валдайского разреза встречаются озерные и речные отложения, иногда диамиктовые слои. Для отложений средневалдайского (ленинградского) горизонта в интервале от 50 до 24 тыс. л. н. характерны водноосадочные образования и торфяники. В верхневалдайский (осташковский) горизонт входят все осадки последнего покровного оледенения. Оно распространялось с Балтийского щита до Валдайской возвышенности, оставило после себя массу крупных и мелких озер и сформировало мощный осадочный покров с валунами кристаллических пород. (Астахов В. И., 2008)

Начало потепления привело к постепенному таянию и отступлению ледника, в результате образовались цепи морен, зандров и подпрудных водоемов, возникли местами довольно мощные песчано-гравийные флювиогляциальные (потоковые) толщи, слоистые пески и алевропелиты ледниковых озер, эоловые лессы. (Астахов В. И., 2008)

В течение голоцена в последние 10 тыс. лет господствовали эрозионные процессы, с переотложением материала в речных долинах, озерах и морях, а на севере образовывались торфяники. (Астахов В. И., 2008)

На территории Ленинградской области отложения четвертичного возраста состоит из водонасыщенных песчано-глинистых отложений различного происхождения: ледниковые, озерно-ледниковые, озерные, морские и болотные. Это самые молодые и наиболее слабые отложения в разрезе осадочного чехла. Мощность четвертичной толщи зависит от подземного рельефа кровли нижней толщи. (Дашко Р.Э., 2011)

Рис. 3. Схематическая карта четвертичных отложений Санкт-Петербурга. (Дашко Р.Э., 2011) Условные обозначения: pl H - болотные отложения; m,l H озерно-морские литориновые отложения; lgIIIbl - озерно-ледниковые отложения; gIIIos - отложения осташковской (лужской) морены.

Болотные отложения залегают в самой верхней части разреза, редко на глубине. Болота оказывают негативное воздействие на подстилающие грунты, обогащая их органическими компонентами, это приводит к разуплотнению грунтов и переходу их в неустойчивое состояние, что способствует оплыванию грунтов. (Дашко Р.Э., 2011)

В верхней части разреза могут быть развиты современные озерно-морские песчано-глинистые литориновые отложения (m,l H) мощностью от 3-5 м до 12- 20 м. К литориновым отложениям относятся водонасыщенные мелкие, тонкие, пылеватые пески серого цвета, которые под действием незначительного гидродинамического давления легко переходят в плывуны. В этих грунтах отмечается присутствие органических остатков и слои погребенных торфяников. В нижней части разреза отмечаются супесчаные и суглинистые прослои, находящиеся в текучем, текуче-пластичном и пластичном состоянии. (Дашко Р.Э., 2011)

Ниже литориновых отложений прослеживаются озерно-ледниковые песчано-глинистые грунты (lgIIIbl), которые широко развиты на всей территории Ленинградской области. При большой мощности (более 7,0 м) имеют трехслойное строение. В верхней части разреза - это неяснослоистые супеси, реже суглинки. В средней части разреза глинистые отложения с ленточной текстурой: чередование глинистых прослоев с пылеватыми, реже песчаными прослоями. Для глинистых отложений характерны тиксотропные свойства. В нижней части разреза за счет значительного содержания пылеватых фракций (0,05 - 0,002 мм) отложения имеют высокую степень водонеустойчивости и легко размокают. Вся толща озерно-ледниковых отложений обладает способностью к сильному морозному пучению. (Дашко Р.Э., 2011)

В пределах Санкт-Петербурга выделяют три морены. Верхняя - осташковская (лужская) морена (gIIIos) распространена на большей территории и является главным маркирующим горизонтом. Средняя - московская морена (gIIms) вскрывается в палеодолинах в северной, центральной и юго-восточной частях города. Нижняя вологодская (ранее днепровская) морена (gIIvl) встречается редко, только в тальвегах глубоких долин. (Дашко Р.Э., 2011)

Межледниковые отложения сложены песками, супесями, суглинками. Выделяется верхний межморенный горизонт - между московской и осташковской моренами, и нижний - между вологодской и московской. Мощность межморенных отложений изменяется в широких пределах от 1-2 до 30-45 м в погребенных долинах. Наибольшее развитие в межледниковых горизонтах имеют флювиогляциальные отложения ледниковых потоков (f II, III) и озёрно-ледниковые отложения (lgII, III).

Флювиогляциальные отложения сложены разнозернистыми песками с включениями гравия, гальки и валунов, содержащие напорные воды. Озерно-ледниковые отложения представлены мелко- и тонкозернистыми песками, супесями и глинами характерного ленточного строения. Среди этих отложений распространены «ложные» и истинные плывуны. (Дашко Р.Э., 2011)



Глава 2. Инженерно-геологические изыскания на исследуемом участке

2.1 Физико-географическая характеристика исследуемого участка

В административном отношении участок инженерно-геологических изысканий расположен по адресу: Санкт-Петербург, Курортный район, пос. Песочный, Ленинградская ул., восточнее дома № 68А, литера А.

В геоморфологическом отношении территория приурочена к озерно-ледниковой равнине в пределах Предглинтовой низменности. (Геология СССР, 1971)

Предглинтовая низменность расположена к югу от центральной возвышенности Карельского перешейка и ограничена Балтийско-Ладожским (ордовикским) уступом от Ордовикского плато. Низменность представляет собой комплекс аккумулятивных террасовых поверхностей с абсолютными высотами от 0 до 100 м. (Геология СССР, 1971)

Территория имеет относительно ровную, слабоволнистую поверхность, покрыта растительностью, с запада на северо-восток и с северо-запада на юго-восток рассекается грунтовой дорогой.

С запада площадка ограничена широкой (до 3,6 м) канавой и заасфальтированным проездом. С юго-запада на северо-восток вдоль участка тянется железнодорожное полотно - платформа Левашова с канавами по обеим сторонам шириной до 3,3 м.

Изыскиваемая площадка расположена в строительно-климатическом подрайоне IIB (СП 131.13330.2012).

2.2 Полевые работы

В ходе полевых работ производилось бурение скважин и статическое зондирование.

Бурение скважин производилось установкой УРБ-2А-2 колонковым способом, всухую. Колонковое бурение выполнялось вращением бурового снаряда с насадкой, с последующим извлечением керна. В качестве породоразрушающего инструмента применялись твердосплавные коронки диаметром 151 мм. Скважины бурились с частичной обсадкой трубами диаметром 146 мм. Буровая установка УРБ-2А-2 является универсальной, в плане монтажа на различную транспортную базу, в возможности применения для различных способов бурения, а также с простотой управления и технического обслуживания. Установка приводится в действие от двигателя автомобиля. По мачте перемещается вращатель, при помощи гидроцилиндра и талевой системы. Он используется при бурении, наращивании бурильного инструмента без отрыва от забоя и выполняет совместно с гидроподъемником работу по спуску и подъему инструмента и его подачу при бурении. Управление буровой установкой осуществляется при помощи пульта. (Оборудование для изысканий, 2009)

В результате инженерно-геологических испытаний площадки было пробурено 5 скважин глубиной по 23,0, общим метражом 115,0 м.

Рис. 4. Схематическая карта фактического материала.



В процессе бурения производился отбор образцов из расчета не менее одного образца на 2 м бурения. После отбора образцы упаковывались и транспортировались в лабораторию, в которой осуществлялось хранение и исследование образцов грунта.

Испытание грунта методом статического зондирования производили с помощью специальной установки, обеспечивающей вдавливание зонда в грунт, одновременно были измерены показатели, характеризующие сопротивление грунта. Испытания проводились до достижения предельных показателей сопротивления грунта. (ГОСТ 19912-2001, 2002)

Установка относится к тяжелому типу, общая масса около 18 тонн. В её состав входят: зонд (набор штанг и конический наконечник), устройство для вдавливания и извлечения зонда, опорно-анкерное устройство, устройство для измерения нагрузки и показателей сопротивления грунта. (ГОСТ 19912-2001, 2002)

В процессе работы было 5 точек общим объемом 115, глубина зондирования достигла 23,0 м.

По данным измерения сопротивления грунта были определены: удельное сопротивление грунта под наконечником (q); общее сопротивление грунта на боковой поверхности (Q), удельное сопротивление грунта на участке боковой поверхности (f). (ГОСТ 19912-2001, 2002)

Также по результатам измерений построены графики изменения этих величин в зависимости от глубины зондирования. Вычисления и построение графиков осуществлялось при помощи программного обеспечения, которое было изготовлено фирмой «Fugro Engineers b.v.».

Буровые и полевые опытные работы позволили установить границы литологических слоев и определить состав грунта, по результатам испытаний были построены литологические колонки. (Приложение А)



2.3 Гидрогеологические условия территории

В период изысканий были вскрыты подземные воды. Гидрогеологические условия территории характеризуются наличием двух водоносных горизонтов.

Подземные воды со свободной поверхностью были вскрыты во всех скважинах на глубине от 0,3 до 0,8 м (абс. отм. от 31,96 до 33,01 м). Водовмещающими породами являются озерно-ледниковые пески средней крупности. Питание водоносного горизонта - атмосферное, разгрузка происходит в местную гидрографическую сеть.

Кроме того, в период изысканий были вскрыты напорные подземные воды во всех скважинах на глубине от 4,1 до 5,9 м (абс. отм. от 27,41 до 29,02 м). Пьезометрический уровень установился на глубине от 3,4 до 4,3 (абс. отм. - 29,01 до -29,72). Величина напора составила 0,7 - 1,6 м.

2.4 Лабораторные исследования

Для лабораторных испытаний был отобран 41 образец нарушенного сложения, 25 образцов ненарушенного строения, 3 образца грунтов для определения коррозионной агрессивности и 6 проб подземных вод для определения химического состава.

Определения гранулометрического состава, физических и механических характеристик грунтов, определения химического состава подземных вод и коррозионной агрессивности грунтов выполнялись в Испытательной грунтовой лаборатории ООО «КДС Групп».

Гранулометрический состав грунта определялся по весовому содержанию в нем частиц различной размерности, выраженный в процентах по отношению к весу сухой пробы грунта. Основные методы определения зернового состава грунта: ситовой без промывки водой и с промывкой водой для песков и ареометрический метод для глин. (ГОСТ 12536-2014, 2014)

По размерам слагающие дисперсный грунт элементы и их фракции можно разделить в соответствии с таблицей Б.9. (ГОСТ 25100-2011, 2013)

По результатам испытаний установлено, что образцы грунта, которые были отобраны до глубины 1,2 м, относятся к пескам средней крупности, так как 46% зерен попадает в интервал 0,25-0,5 мм. По мере увеличения глубины количество песчаных частиц уменьшается до 65%, начиная с глубины 2,8 до 5,7 м, в составе грунтов преобладают пылеватые и глинистые частиц. Ниже по разрезу залегают песчаные грунты, в интервале 5,5-14 м пески определены как мелкие, потому что 65% зерен попадает в интервал 0,10-0,25 мм; от 10 до 23 м пески средней крупности 43% зерен попадает в интервал 0,25-0,5 мм.

Были проведены испытания, определены физические характеристики грунта, которые позволили определить вещественный состав.

Плотность грунта -- это масса единицы объема грунта с естественной влажности и ненарушенного сложения: (г/см³). Её величина зависит от минерального состава, влажности и характера сложения грунтов. (Сергеев, 1978).

Плотность грунта определялась в основном взвешиванием в воде в виде парафинированных образцов, также методом режущего кольца. Для песков показатели изменяются в пределах от 1,92 до 1,95 г/см³, для глинистых грунтов 1,98 до 2,30 г/см³.

Плотностью скелета грунта называется масса минеральной части в единице объёма грунта при естественной влажности и определялась расчетным методом:

(г/см³). (Сергеев, 1978)

Для песчаных грунтов значения плотности изменяются в промежутке от 1,70 до 1,71 г/см³, для глинистых грунтов 1,56 до 2,10 г/см³

Плотностью твёрдых частиц грунта называется масса твёрдых частиц в единице объёма грунта:

(г/см³). (Сергеев, 1978).

Метод определения пикнометрический с водой. Для песков показатели 2,65 г/см³, для глинистых грунтов варьируют в интервале 2,67-2,72 г/см³.

Коэффициентом пористости - это отношение объема пор к объему минеральной части грунта. Показатели, характеризующие пористость пород, используют при определении водопроницаемости и сжимаемости пород. Используя уже полученные данные коэффициент можно рассчитать по формуле:

. (Сергеев, 1978)

Для песков коэффициент пористости 0,555, для глинистых грунтов изменятся в широких пределах: наименьшее полученное значение - 0,313, наибольшее - 0,714.

Природная влажность - это отношение массы воды, содержащейся в грунте ненарушенного сложения, к массе абсолютно сухой породы в процентах:

. (Сергеев, 1978)

Влажность грунта определялась методом высушивания до постоянной массы и вычислялась по формуле:



;

где т - масса бюкса с крышкой г, m ₁ - масса влажного грунта г, m ₀ - масса высушенного грунта г. (ГОСТ 5180-84 , 1984)

Значения влажности для песчаных грунтов находятся в интервале 0,121-0,140, для глинистых грунтов от 0,109 до 0,256.

Степень водонасыщения грунта характеризует степень заполнения пор водой и вычисляется по формуле:

,

где полная влагоемкость грунта. При полном насыщении породы водой объём пор равен объёму воды в порах. Если принять плотность воды за единицу, то масса её при полной влагоёмкости грунта будет численно равна объёму пор. Влагоёмкость рассчитывалась по формуле

. (Сергеев, 1978)

Коэффициент водонасыщения для песчаных грунтов составляет 0,62-0,68, для глинистых грунтов увеличивается до 0,92-0,97.

Под пластичностью грунта понимается способность деформироваться без разрыва сплошности под воздействием внешних механических усилий и сохранять полученную форму после их снятия. Пластичность грунта зависит от количества связанной воды в нем, определяется для глинистых грунтов. Основными параметрами пластичности являются: нижний (W_P) и верхний (W_L) пределы пластичности. (Трофимов В.Т., 2005)

Нижний предел пластичности определяет влажность грунта, при которой он переходит из полутвердого состояния в пластичное состояние. Граница пластичности была установлена путем раскатывания грунта. Она определялась как влажность приготовленной из исследуемого грунта пасты, при которой паста, раскатываемая в жгут диаметром 3 мм, начинает распадаться на кусочки длиной 3 - 10 мм. (ГОСТ 5180-84 , 1984)

Верхний предел пластичности определяет влажность, при которой он переходит из пластичной консистенции в текучую. Границу текучести определялась как влажность приготовленной из исследуемого грунта пасты, при которой балансирный конус погружается под действием собственного веса за 5 секунд на глубину 10 мм. (ГОСТ 5180-84 , 1984)

В ходе испытаний была определена влажность на границе текучести и на границе раскатывания первая изменяется в интервале от 0,158 до 0,328 д.ед., вторая от 0,120 до 0,202 д.ед.

Число пластичности - это разность между верхним и нижним пределами пластичности, определяется по формуле: . (Трофимов В.Т., 2005)

По числу пластичности глинистые грунты были разделены на разновидности: супесь (1<<7), суглинок (7<<17), и глина (>17). (ГОСТ 25100-2011, 2013)

На глубине в интервале 1,3 - 2,9 м были отобраны образцы грунта, среднее значение числа пластичности для них- 3,7, в соответствии с классификацией отнесены к супесям. Для образцов с глубины 2,8-3,7 м число пластичности изменяется в диапазоне 9,4-10,1 грунты отнесены к суглинкам.

По числу пластичности и содержанию песчаных частиц глинистые грунты подразделяют на разновидности. (ГОСТ 25100-2011, 2013)

Суглинки по числу пластичности отнесены к легким, по содержанию песчаных частиц (<40%) к пылеватым. Супесь песчанистая, так как содержание песчаных частиц достигает 65%.

Используя уже известные значения, рассчитали показатель консистенции для глинистых грунтов по формуле:



,

где W_e - естественная влажность грунта. При I_L<0 твердая консистенция, 0<I_L<1 - пластичная, при I_L>1- текучая.

По показателю текучести была определена консистенция: супесь твердая (среднее значение ); при увеличении глубины отбора образцов грунта, консистенция для суглинков изменялась: суглинок полутвердый (среднее значение ), тугопластичный (среднее значение ), текучепластичные (среднее значение ).

Показатель текучести расчетный, он характеризует грунты в нарушенном сложении и поэтому не дает правильного представления об их состоянии в естественном сложении.

Для более точного определения используется показатель консистенции (С_в) грунта ненарушенной структуры. Этот показатель зависит от естественной влажности, плотности, особенностей текстуры и микростроения грунта, его величина определяется типами контактов между отдельными элементами грунтовой системы, а также площади этих контактов. Он является показателем состояния грунта и определяет природное состояние грунта в естественном сложении. (Здобин Д.Ю., 2013)

Показатель консистенции С_В для грунтов ненарушенной структуры был определен при помощи конуса Бойченко методом лабораторной пенетрации. Определяют глубину погружения конуса в грунт (h, мм). В качестве результата опыта было принято среднее арифметическое глубины погружения конуса, по нему определялся показатель консистенции. (Здобин Д.Ю., 2013)

По показателю С_в согласно классификации П.О. Бойченко для образцов грунта ненарушенного сложения была определена консистенция: супесь твердая (среднее значение ); суглинок полутвердый (среднее значение ), тугопластичный (среднее значение ), тугопластичные (среднее значение ). Значения показателя текучести грунтов нарушенного сложения I_L, отличаются от величин показателя их консистенции в ненарушенном сложении для образцов грунта, которые были отобраны на глубине 3,3-5,7 м.

Верхнечетвертичные озерно-ледниковые суглинки относятся к слабосвязным грунтам и являются тиксотропными.

Тиксотропия - это способность грунтов при динамическом воздействии терять прочность и увеличивать её в состоянии покоя. Динамическая неустойчивость связных грунтов проявляется в форме потери?прочности при динамическом воздействии вплоть до разжижения. После прекращения?нагрузки эти грунты способны?восстанавливать прочность до исходного уровня. (Трофимов В.Т., 2005)

Для песчаных грунтов был определен коэффициент фильтрации при помощи прибора КФ-00М: при постоянном заданном градиенте напора пропускали воду сверху вниз, при предварительном насыщении образца грунта водой снизу вверх. Затем коэффициент фильтрации приведенный к условиям фильтрации при температуре 10 °С был вычислен по формуле:

,

где A* - объем профильтровавшейся воды при одном замере, см³;t_m - средняя продолжительность фильтрации, с; A - площадь поперечного сечения цилиндра фильтрационной трубки, см²; I- градиент напора; T - поправка для приведения значения коэффициента фильтрации к условиям при температуре 10°С; 864 - переводной коэффициент (см/с в м/сут). (ГОСТ 25584-90, 1994)

Для песков средней крупности до глубины 1,2 м значения коэффициент фильтрации увеличивается 2,50 м/сут до 3,22. Ниже по разрезу с глубины 5,3 м залегают пески мелкие и средней крупности, для первых К_ф =0,77 -1,91 м/сут, для вторых К_ф =3,40 -4,80 м/сут.

Для того, что иметь представления о сопротивлении песчаных грунтов сдвигу по коэффициенту внутреннего трения был определен угол их естественного откоса в сухом и водонасыщенном состоянии. Коэффициент внутреннего трения равен тангенсу угла его предельного или естественного откоса. Tgб=h/l, где h - высота, l - заложение откоса. По tgб определили угол естественного откоса в градусах в сухом состоянии 36-39⁰ и под водой 33-35⁰. Для определения физико-механических характеристик грунтов проводились сдвиговые и компрессионные испытания на образцах не нарушенного сложения.

Компрессионные испытания проводят для определения деформационных характеристик грунтов: коэффициента сжимаемости (a) и модуля деформации (E). Эти характеристики определены по результатам испытаний образцов грунта в компрессионных приборах конструкции Гидропроекта. Испытания проводят на образцах природного сложения, с сохранением природной влажности. Прибор исключает возможность бокового расширения при приложении вертикальной нагрузки. Вертикальную нагрузку подают ступенями и на каждой ступени нагружения образца регистрируют показания приборов для измерения вертикальных деформаций. (ГОСТ 12248-2010)

По результатам испытания для каждой ступени вычисляют: абсолютную (, мм) и относительную вертикальную деформацию образца грунта по формуле: . (ГОСТ 12248-2010)

Коэффициент пористости рассчитывается по формуле: e=e₀ - (1+e₀), где e₀ - начальный коэффициент пористости. Результаты компрессионных испытаний представляют в виде зависимости коэффициента пористости от сжимающего напряжения: e=ѓ(P). (ГОСТ 12248-2010)

Рис. 6. Компрессионная кривая. (Сипидин В. П., 1963)

Затем вычисляют коэффициент сжимаемости a, МПа^-1: , где коэффициенты пористости, соответствующие давлениям ; модуль деформации E, МПа:

,

где - коэффициент, учитывающий отсутствие поперечного расширения грунта в компрессионном приборе. (ГОСТ 12248-2010)

Сдвиговые испытания грунта проводят для определения следующих характеристик прочности: сопротивление грунта срезу (), угла внутреннего трения (), удельного сцепления (с).

Сдвиговой прибор имеет фиксированную плоскость среза, сдвиг одной части образца относительно другой производится при одновременной передаче касательной и нормальной нагрузок к плоскости среза. (ГОСТ 20276-2012, 2013)

Для испытаний были использованы образцы грунта ненарушенного сложения с природной влажностью. Производились исследования прочностных свойств верхнечетвертичных ледниковых супесей, озерно-ледниковых суглинков по системе консолидировано-дренированного и неконсолидированного среза. Испытания проводят на сдвиговом приборе ПСГ-3М по схеме медленного сдвига, потому что осуществляться строительство тяжелого сооружения продолжительное время.

Вертикальная нагрузка подается в три ступени. На образец грунта подавали нормальное давление, при котором будет производиться срез. После передачи на образец грунта нормального напряжения создается касательная нагрузка, и замеряют значениям касательной и нормальной нагрузок. (ГОСТ 20276-2012, 2013)

По измеренным в процессе испытания значениям вычисляют касательные и нормальные напряжения: , , где P и Q - нормальная и касательная нагрузки к плоскости среза, кН; F - площадь среза, см².

По результатам испытаний грунта в сдвиговом приборе строят зависимость предельного сопротивления грунта сдвигу от нормального давления

Рис. 7. Зависимость предельного сопротивления грунта сдвигу от нормального давления. (Сипидин В. П., 1963)

С графика снимаем прочностные характеристики: угол внутреннего трения и удельное сцепление, которые определяют как параметры линейной зависимости: . Величины трения и сцепления характеризуют прочностные свойства грунта. (ГОСТ 20276-2012, 2013)

2.5 Камеральная обработка данных

Результаты лабораторных исследований физических свойств грунтов статистически обработаны и приведены в таблице «Состав и физические свойств грунтов» (Приложение Б).

Обработка графиков статического зондирования произведена с выделением характерных интервалов с одинаковыми или близкими значениями удельного сопротивления грунта под наконечником и на участке боковой поверхности. Результаты статического зондирования использованы для идентификации типов грунта, корректировки разреза четвертичных отложений и приведены в приложении В.

Как правило, статическое зондирование дает более высокие показатели, чем лабораторные исследования, так как при статическом зондировании сохраняется ненарушенное сложение грунтов при проведении опытов и статическое зондирование не учитывает тиксотропные свойства грунтов. Это относится к толще озерно-ледниковых отложений.

В лаборатории было выполнено 10 определений сопротивления сдвигу при трех нормальных давлениях и 10 испытаний на компрессионное сжатие. Результаты лабораторных исследований показателей прочностных и деформационных свойств приведены в Приложении Г.

По результатам лабораторных исследований осуществлялась статистическая обработка физико-механических свойств грунтов, с целью получить прочностные и деформативные нормативные и расчетные характеристики. (Приложение Д)

Нормативные характеристики грунтов приняты по лабораторным данным с учетом результатов статического зондирования. (СП 22.13330.2011) (ТСН 50-302-2004) Расчетные значения характеристик определены с учетом стандартных коэффициентов безопасности по грунту (СП 22.13330.2011) и с учетом расчетных коэффициентов безопасности по грунту. (ГОСТ 20522-2012) Расчетные характеристики определялись по I предельному состоянию: для расчетов по несущей способности принята доверительная вероятность = 0.95; по II предельному состоянию для расчетов по деформациям принята доверительная вероятность = 0.85.

В результате были получены значения прочностных характеристик: модуля деформации; деформативных нормативных и расчетных характеристик: угла внутреннего трения и удельного сцепления.

На основании данных о литологическом составе, учитывая физические и физико-механические свойства, были построены инженерно- геологические разрезы с использованием программного обеспечения "КРЕДО" и AutoCAD. (Приложение Е)

В геологическом строении исследуемой территории по данным бурения до глубины 23,0 м принимают участие верхнечетвертичные отложения (QIII) озерно-ледникового (lgIIIb и lgIIIlz) и ледникового (gIIIb) генезиса.

В пределах возможной сферы взаимодействия проектируемого сооружения с геологической средой выделено 7 инженерно-геологических элемента. Расчленение геологического разреза на ИГЭ выполнено на основании полевого описания и лабораторных исследований по литологическому составу и физико-механическим свойствам с корректировкой по результатам статического зондирования.

С поверхности повсеместно развит почвенно-растительный слой мощностью 0,1-0,17 м.

Верхнечетвертичные отложения - QIII

Озерно-ледниковые отложения (балтийская стадия оледенения)- lg IIIb

ИГЭ-1. Пески средней крупности плотные, влажные и водонасыщенные, коричневые.

Вскрыты во всех скважинах на глубине от 0,1 до 1,7 м (абс. отм. от 31,55 до 32,12 м), мощность составляет 0,87 - 1,53 м.

Ледниковые отложения (балтийская стадия оледенения)- g IIIb

ИГЭ-2. Супеси песчанистые твердые с гравием и галькой до 10%, коричневые. Гравий и галька различной степени окатанности, состоят из пород изверженных, прочных.

Вскрыты во всех скважинах, кроме скважины №5 на глубине от 1,0 до 1,7 м (абс. отм. от 31,55 до 32,12 м), мощность составляет 0,8 - 1,7 м.

Озерно-ледниковые отложения (лужская стадия оледенения)- lg IIIlz

ИГЭ-3. Суглинки легкие пылеватые полутвердые слоистые, выветрелые, с пятнами ожелезнения, серо-коричневые.

Вскрыты в скважинах №№4, 5 на глубине от 1,4 до 1,8 м (абс. отм. от 31,32 до 31,36 м), мощность составляет 2,2 - 2,3 м.

ИГЭ-4. Суглинки легкие пылеватые тугопластичные слоистые, с частыми прослоями песков пылеватых (1-5 мм), водонасыщенных, с пятнами ожелезнения, серо-коричневые.

Вскрыты во всех скважинах, кроме скважины №4 на глубине от 2,8 до 4,0 м (абс. отм. от 28,86 до 30,51 м), мощность составляет 0,7 - 1,5 м.

ИГЭ-5. Суглинки легкие пылеватые мягкопластичные слоистые, тиксотропные, серые.

Вскрыты во всех скважинах, кроме скважины №4, 5 на глубине от 3,0 до 4,3 м (абс. отм. от 29,01 до 29,86 м), мощность составляет 1,0 - 1,6 м.

ИГЭ-6. Пески мелкие плотные, водонасыщенные, коричневые.

Вскрыты во всех скважинах на глубине от 4,1 до 5,9 м (абс. отм. от 27,41 до 29,02 м), мощность составляет 3,9 - 10,0 м.

ИГЭ-7. Пески средней крупности плотные, водонасыщенные, коричневые. Вскрыты во всех скважинах на глубине от 9.8 - 15.6 м (абс. отм. от 17,65 до 23,51 м), мощность составляет 0,87 - 1,53 м.

Наиболее сложными для исследования являются верхнечетвертичные озерно-ледниковые суглинки мягкопластичные слоистые (ИГЭ-5) относятся к слабосвязным и грунтам и являются тиксотропными.

Об этом свидетельствует разница в наименовании консистенции по визуальному описанию, показателю С_в (0,69) и показателю текучести I_l (0,17). В условиях естественного сложения грунты по показателю текучести «Св» характеризуются тугопластичной и мягкопластичной консистенциями, по показателю текучести «I_L» - текучей и текучепластичной консистенциями. Значительное смещение в наименовании консистенции объясняется явлением тиксотропии. Тиксотропия - это способность грунтов при динамическом воздействии терять прочность и увеличивать её в состоянии покоя.

При нарушении естественного сложения и динамическом воздействии суглинки теряют прочность и присущую им структурную связность и переходят в текучее состояние. После прекращения?нагрузки эти грунты способны?восстанавливать прочность до исходного уровня. (Трофимов В.Т., 2005)

Консистенция суглинков на прилагаемом графическом материале приведена по показателю текучести «I_L».

2.6 Инженерно-геологические процессы

На территории изысканий к геологическим и инженерно-геологическим процессам относятся: сейсмичность и морозное пучение.

Согласно картам общего сейсмического районирования ОСР-97 «Список населенных пунктов Российской Федерации, расположенных в сейсмических районах, с указанием расчетной сейсмической интенсивности в баллах шкал МSК-64 для средних грунтовых условий и трех степеней сейсмической опасности - А (10%), В(5%), С(1%) в течение 50 лет», район Санкт-Петербурга по картам С (1%) оценивается в 6 баллов. Оценка сейсмичности приведена для средних грунтов для точечных объектов, для объектов, линейные размеры которых не превышают первые километры. (СП 14.13330.2011).

Нормативную глубину сезонного промерзания грунта для районов, где глубина промерзания не превышает 2,5 м, допускается определять по формуле: , где -- нормативная глубина сезонного промерзания грунта; - безразмерный коэффициент, численно равен сумме абсолютных значений среднемесячных отрицательных температур за зиму в данном районе; d₀ -- величина, принимаемая равной для суглинков и глин 0,23 м; супесей, песков мелких и пылеватых -- 0,28 м; песков гравелистых, крупных и средней крупности -- 0,30 м; крупнообломочных грунтов -- 0,34 м. (СП 131.13330.2012)

Нормативная глубина сезонного промерзания составляет: для песков средней крупности (ИГЭ-1) - 1,28 м; ледниковых супесей - 1,20 м (ИГЭ-2); озерно-ледниковых суглинков (ИГЭ-3,4,5) - 0,98 м (рассчитана по формуле 5.3 СП 22.13330.2011).

По степени морозной пучинистости пески средней крупности в водонасыщенном состоянии (ИГЭ-1), супеси твердые (ИГЭ-2) относятся к практически не пучинистым грунтам, суглинки полутвердые (ИГЭ-3) к слабопучинистым, суглинки тугопластичные (ИГЭ-4) к среднепучинистым, суглинки мягкопластичные (ИГЭ-5) к сильнопучинистым грунтам. (ГОСТ 25100-2011)



Глава 3. Инженерно-геологические расчеты

На основании полученных данных производим расчеты сооружения. Необходимо выбрать тип фундамента под строительство шестиэтажного наземного паркинга без подвала. Ленточный фундамент не подходит, потому что планируется строительство здания с глубоким заложением фундамента на участке со слабыми грунтами. Верхний слой грунта не в состоянии выдержать большую нагрузку, поэтому возникает необходимость в передаче давления от здания на более плотный грунт, залегающий на некоторой глубине. В условиях, когда с поверхности залегают слабые грунты, не способные служить основанием для фундаментов мелкого заложения, чаще всего прибегают к устройству свайного фундамента. Он является наиболее подходящим для крупногабаритного строительства. (СП 24.13330.2011)

В общем виде фундамент представляет собой погруженные в грунт отдельные кусты свай соединенные между собой и объединенные сверху ростверком. Свайный куст это фундамент, состоящий из группы свай. Чаще всего их устраивают под здания сооружений, передающие значительные вертикальные нагрузки. (Тетиор А. А., 2010)

Свая представляет собой столб с заострённым нижним концом, который погружается в грунт с помощью специальной техники, пока не достигнет твердого слоя. Верхняя часть всех свай соединяется ростверками и образует жёсткую конструкцию. Ростверк изготовлен из железобетона. (Тетиор А. А., 2010)

Расчет свайных фундаментов и их оснований должен проводиться по предельным состояниям: по первой группе - по прочности конструкции свай и ростверков, по несущей способности грунта основания свайных фундаментов и свай, по устойчивости оснований свайных фундаментов в целом; по второй группе - по осадке фундамента при действии вертикальных нагрузок. (Тетиор А. А., 2010)

...