Инженерно-геологические изыскания: состав работ и испытания грунтов

Инженерно-геологические изыскания отвечают на главный вопрос любой стройки: на каком грунте предстоит строить и как он поведёт себя под нагрузкой от здания. Геология — один из видов в общем комплексе инженерных изысканий (см. обзор всех видов инженерных изысканий). 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 проектируется «вслепую»: его закладывают либо с избыточным запасом (переплата по бетону и арматуре), либо с недостаточным — а это риск неравномерных осадок, кренов и трещин уже в построенном здании. 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, которую составляют под конкретный объект на основе технического задания. Типовая последовательность включает несколько этапов.

Подготовка и рекогносцировка

Сначала собирают и анализируют архивные материалы по площадке (фондовые отчёты прежних изысканий, геологические карты района), уточняют техзадание и составляют программу работ: число и глубину скважин, точки зондирования, виды проб и лабораторных испытаний. Рекогносцировочное обследование на местности позволяет оценить рельеф, видимые проявления геологических процессов (овраги, оползневые склоны, заболоченность) и скорректировать расстановку выработок.

Буровые работы

Бурение инженерно-геологических скважин — основной полевой метод. По скважинам проходят весь интересующий разрез, фиксируют границы слоёв, вскрывают уровень подземных вод и отбирают образцы грунта. Глубину скважин назначают так, чтобы охватить сжимаемую толщу под подошвой фундамента — зону, в пределах которой нагрузка от здания ещё влияет на грунт. Количество и глубина выработок зависят от габаритов, уровня ответственности сооружения и сложности грунтовых условий; единого норматива «столько-то скважин на дом» не существует. Подробнее о парке буровых установок и методах — на странице инженерно-геологических изысканий.

Отбор проб

В процессе бурения отбирают образцы грунта (в том числе ненарушенного сложения — монолиты) и пробы подземных вод. Монолиты нужны, чтобы в лаборатории определить свойства грунта в его естественном состоянии. Пробы воды исследуют на химический состав и агрессивность к бетону и металлам — это влияет на выбор марки бетона и гидроизоляции фундамента.

Полевые испытания грунтов

Параллельно с бурением выполняют полевые методы, которые дают характеристики грунта 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 — погружение зонда забивкой; применяют, как правило, в песчаных и крупнообломочных грунтах.
• При необходимости назначают испытания штампом, прессиометрию, геофизику (например, электротомографию) — для сложных условий и ответственных объектов.

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). Эти параметры — основа расчёта основания. Классификацию грунтов выполняют по ГОСТ 25100, а методики самих испытаний — по профильным ГОСТам на лабораторные определения.

Камеральная обработка и отчёт

На завершающем этапе данные сводят воедино: грунты группируют в инженерно-геологические элементы (ИГЭ) — слои, однородные по составу и свойствам. Для каждого ИГЭ статистической обработкой по ГОСТ 20522 получают нормативные и расчётные характеристики, которые проектировщик подставляет в расчёт. Итог — технический отчёт с текстовой частью, графическими приложениями (инженерно-геологические разрезы, колонки скважин, карты) и приложениями первичных данных (журналы бурения, протоколы лаборатории).

Зачем геология проектировщику фундамента

Для конструктора грунт — это основание, то есть нижняя «опора» здания, которая воспринимает все нагрузки. Чтобы рассчитать фундамент, ему нужны два класса данных из отчёта: какие слои залегают под пятном застройки и каковы их прочностные и деформационные свойства.

От этого зависит тип фундамента. Прочные грунты у поверхности позволяют обойтись мелким ленточным или плитным фундаментом. Слабые верхние слои часто означают переход на сваи, которые передают нагрузку на плотные грунты в глубине. Расчётные характеристики ИГЭ напрямую определяют несущую способность и осадку: с ними проектировщик проверяет, что осадки не превысят допустимых и распределятся равномерно. Качественные изыскания помогают снизить риск как переплаты за «перезаложенный» фундамент, так и аварийных ситуаций из-за недооценки слабых грунтов.

Как читать инженерно-геологический разрез

Инженерно-геологический разрез — это вертикальный «срез» площадки, построенный по линии между скважинами. Чтобы прочитать его, ориентируйтесь на несколько элементов:

• Вертикальная шкала глубин и абсолютных отметок слева — показывает, на какой глубине и высоте залегает каждый слой (отметки увязывают с топосъёмкой, поэтому геология и геодезия 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 — 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.

Чтение разреза начинают сверху вниз: оценивают мощность насыпных и слабых слоёв, на какой глубине появляется надёжный несущий грунт и где проходит УГВ. Это сразу даёт понимание, на что опирать фундамент и какие защитные мероприятия предусмотреть.

Типичные риски грунтов, которые выявляют изыскания

Главная ценность геологии — заранее увидеть неблагоприятные условия, которые иначе «всплыли» бы уже на стройке. К наиболее частым относятся:

• Слабые грунты — водонасыщенные глинистые отложения, торф, заторфованные и насыпные грунты. Обладают низкой прочностью и высокой сжимаемостью, дают большие и неравномерные осадки. Решение, как правило, — свайные фундаменты или замена/усиление основания.
• Просадочные грунты — некоторые лёссовые грунты, которые при замачивании дополнительно проседают под нагрузкой. Требуют специальных мероприятий по водозащите и устранению просадочных свойств.
• Набухающие грунты — отдельные глины, увеличивающиеся в объёме при увлажнении и дающие усадку при высыхании, что создаёт переменные нагрузки на фундамент.
• Высокий и агрессивный уровень подземных вод — осложняет производство работ (водопонижение), требует надёжной гидроизоляции, а при агрессивности воды — защиты бетона и арматуры.
• Опасные геологические процессы — карст, подтопление, оползневые и эрозионные явления. Для карстоопасных территорий назначают дополнительные методы обследования.

Выявление этих факторов на этапе изысканий помогает в большинстве случаев избежать дорогих переделок и уменьшить риск отказа государственной экспертизы, для которой полнота и достоверность геологических данных — одно из ключевых требований.

Что делать застройщику: практический вывод

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

При выборе подрядчика обратите внимание на наличие собственной грунтовой лаборатории и полевого оборудования: 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.