8.7. Организация гидрогеологических и инженерно-геологических работ

Гидрогеологические и инженерно-геологические исследования направлены на решение многообразных задач, в частности:

- гидрогеологические и инженерно-геологические съемки территории;

- изучение гидрогеологических и инженерно-геологических условий будущей эксплуатации месторождений;

- поиски и разведку месторождений подземных вод для водоснабжения населения и промышленных предприятий;

- изучение инженерно-геологических условий для строительства промышленных и гражданских объектов.

Организационно региональные гидрогеологические исследования, гидрогеологические съемки и другие работы, включенные в государственный заказ и финансируемые из федерального бюджета, выполняются государственными геологическими предприятиями (ФГУП). Для проведения инженерно-геологических исследований, как правило, выполняемых по договорам с горнодобывающими, строительными и другими организациями, создаются специальные инженерно-геологические отряды в составе частных организаций инженерно-изыскательского профиля. Организация специальных гидрогеологических и инженерно-геологических съемок существенно не отличается от организации полевых и камеральных работ при геологических съемках соответствующего масштаба. Традиционный набор работ дополняется отбором гидрогеохимических проб воды и газов из поверхностных водоемов, родников, колодцев, скважин и горных выработок. Проводится необходимый объем опытных работ, ведутся гидрогеологические наблюдения в картировочных скважинах. В результате составляются гидрогеологические, геоморфологические карты, карты химизма подземных вод и другие специальные карты распространения карстовых, просадочных и оползневых явлений. Поиски и разведка месторождений подземных вод, как и поисково-разведочные работы на твердые полезные ископаемые, организуются последовательно, по стадиям. Результатом поисков и разведки месторождений подземных вод является подсчет эксплуатационных запасов воды, определение качества воды, содержания химических элементов и вредных примесей. Для месторождений пресных род — разработка схемы водозабора, где указываются средние и минимально допустимые дебиты эксплуатационных скважин, их глубины и конструкции, способы и средства фильтрации воды и водоподъема, срок эксплуатации водозабора. Основные методы поисков и разведки подземных вод аналогичны методам изучения гидрогеологических условий месторождений твердых полезных ископаемых, применяемым с целью определения общей обводненности месторождений и прогноза величины водопритока в горные выработки. Для решения этих задач бурятся гидрогеологические скважины, в которых проводятся опытные наблюдения за гидродинамикой подземных вод. Основные виды детальных исследований водоносных горизонтов — пробные, опытные и опытно-эксплуатационные откачки, кроме того применяют нагнетания и наливы воды в скважины и шурфы, опытные выпуски воды из самоизливающихся скважин. В организационном плане откачки включают три последовательных этапа работ: подготовку опыта (монтаж аппаратуры, приборов, насосов, устройство водоотводов, опробование установок); проведение опыта (испытание с регистрацией наблюдения) и ликвидацию (демонтаж аппаратуры, приборов, насосов, труб). Опытные работы выполняются специализированной или буровой бригадой.

При пробных откачках предварительно оцениваются качество воды и фильтрационные свойства горизонта. Опытные откачки служат для наблюдений за изменением параметров изучаемой водоносной структуры; в задачу опытно-эксплуатационных откачек входит подсчет запасов подземных вод и других параметров будущего водозабора. Опытные откачки подразделяются на одиночные и кустовые. Куст включает центральную скважину, из которой производится откачка и наблюдательные скважины, фиксирующие изменения параметров водоносного горизонта.

Схема откачки зависит от геолого-гидрогеологических условий изучаемого месторождения или типа водозабора. Она включает данные о конструкциях и расположении скважин, местах установки фильтров, набора оборудования для откачки (насосы, эрлифты, фильтры, трубы и т. п.). Откачки имеют довольно большую продолжительность. Так, в зависимости от характера пород водоносного горизонта и их коэффициента фильтрации, продолжительность пробной откачки колеблется от 1—2 суток в скальных породах на одно понижение уровня до 5—7 суток в песках, а опытной групповой — от 7 (скальные породы, галечник) до 20 суток (мелкозернистые пески). Процесс откачки должен быть непрерывным. Это обусловливает повышенную надежность основного технологического (насоса, компрессора), вспомогательного и энергетического оборудования и требует наличия резервных агрегатов на месте работ в состоянии полной готовности.

Для изучения режима подземных вод проводятся стационарные гидрогеологические наблюдения, заключающиеся в систематическом изучении гидрогеологических условий района и влияния на них природных факторов, что позволяет обеспечивать рациональные режимы эксплуатации и охраны подземных вод. Сами режимные наблюдения проводятся техником-наблюдателем при обширной сети точек наблюдения (буровых скважин, колодцев). Состав и продолжительность наблюдений определяются проектом. и обычно включают замер уровня воды в скважине, определение температуры воды, отбор проб для химического и бактериологического анализов. Полевые записи режимных гидрогеологических наблюдений ведутся в специальных журналах. По результатам работ наблюдателем составляются графики колебания уровней и температуры воды в скважинах, дебита источников и др.

Для обоснования возможностей строительства различных объектов проводятся инженерно-геологические исследования. Основанием для начала инженерно-геологических работ служит техническое задание, которое выдает заказчик. В задании содержатся краткие сведения о проектируемом объекте, границы участка строительства, данные о назначении зданий и сооружений, видах и величинах нагрузки на фундаменты, составе и сроках предоставления материалов изысканий. На базе технического задания разрабатываются проект (программа) и смета изысканий. Инженерно-геологические исследования для обоснования возможности проектирования гидротехнических сооружений, объектов дорожного, промышленного и гражданского строительства выполняются по стадиям:

1. Технико-экономическое обоснование;

2. Технический проект;

3. Рабочий проект.

На первой стадии ведут поиск участков строительства на основе изучения и анализа литературных и фондовых материалов по району работ. На стадии технического проекта обосновывается выбор участка строительства по результатам небольшого объема проходки геологоразведочных выработок (скважин, шурфов), исследования физико-механических свойств грунтов, выполнения опытных работ. На стадии рабочего проекта на выбранном участке выполняется полный комплекс инженерно-геологических исследований в контурах будущих сооружений, включающий: изучение геологического разреза грунтов, лежащих в основании будущих сооружений, определение физико-механических и фильтрационных свойств грунтов, анализ водного и температурного режимов среды, окружающий фундаменты сооружений. В комплекс важнейших работ при детальных инженерно-геологических изысканиях входят проходка скважин и шурфов, геофизические работы, определение свойств грунтов полевыми и лабораторными методами. В процессе проходки скважин и горных выработок инженер-геолог ведет документацию, исследование, описание и выделение главных инженерно-геологических элементов участка работ, отбор образцов и проб, построение разреза, колонок, геологического плана участка. Большое значение при проведении работ на участке имеют отбор проб грунтов (монолитов) с сохранением в них всех основных физико-механических свойств и проведение опытных работ с испытываемыми грунтами в их естественном залегании для определения прочностных свойств (испытания для определения сопротивления грунтов сжатию и сдвигу, опытные наливы, опытная цементация пород, метод вращательного среза и т.д.). К опытным инженерно-геологическим работам относятся также динамические и статические зондирования грунтов. Статическое зондирование грунтов предполагает подготовку рабочей площадки, установку анкерных свай, монтаж и приведение установки в рабочее положение, вдавливание зонда в грунт, замер и запись результатов испытания, извлечение зонда, демонтаж анкерного устройства, перевод установки в транспортное положение. В зависимости от категории грунтов время работы бригады на одной точке составляет 1-2 часа. В состав бригады входят техник-геолог и 2 рабочих. Динамическое зондирование предполагает использование ударных нагрузок на зонд, для чего устанавливается штанга с зондом и пенетрационный молот, после этого происходит забивка зонда в грунт с фиксацией числа ударов на каждый шаг углубления. Состав бригады примерно тот же, что и при статическом зондировании. При зондировании грунтов 2-3 категории на глубину 10 метров затраты времени бригады на одной точке составляют ориентировочно 3 часа.

Для составления сметы на все виды инженерно-геологических работ применяют Справочник базовых цен на инженерно-геологические и инженерно-экологические изыскания для строительства.