CC BY
14
••• Известия ДГПУ. Т. 14. № 2. 2020
••• DSPU JOURNAL. Vol. 14. No. 2. 2020
Науки о Земле / Earth Science Оригинальная статья / Original Article УДК 552.52:519.2
DOI: 10.31161/1995-0675-2020-14-2-62-66
Оценка инженерно-геологических условий территории для строительства дворца детей и юношества
в г. Караганде
© 2020 Вдовкина Д. И., Пономарева М. В.
Карагандинский технический университет Караганда, Казахстан; e-mail: [email protected];
РЕЗЮМЕ. Цель. Активное развитие строительной отрасли характеризуется не только увеличением количества возводимых зданий, но и усложнением самих конструкций, что ведет к неравномерному распределению нагрузки. Это в свою очередь требует более детального инженерно-геологического исследования будущего участка строительства. В связи с этим целью исследования является интерпретация геологических материалов для безопасного строительства дворца детей и юношества в г. Караганде. Методы. Для исследования участка проводилось бурение 20 скважин глубиной 12 м, отбор проб, исследование их в лаборатории, статистическая обработка результатов лабораторных исследований, разделение грунтов, слагающих разрез в инженерно-геологические элементы для оценки их неоднородности. Результаты. По результатам исследования глинистые отложения были разделены в отдельные инженерно-геологические элементы посредством коэффициентов вариации, была выявлена закономерность набухающих свойств грунтов. Выводы. На основании полученной геологической информации было выявлено, что геологический разрез исследуемого участка до глубины 6 м сложен набухающими суглинками и глинами. Для оценки их специфических свойств было произведено их разделение на инженерно-геологический элемент 5 и инженерно-геологический элемент 6, соответственно.
Ключевые слова: набухание, усадка, глина, суглинок, инженерно-геологические исследования, четвертичные отложения, инженерно-геологический элемент, расчетно-грунтовый элемент, коэффициент вариации, статистическая обработка.
Формат цитирования: Вдовкина Д. И., Пономарева М. В. Оценка инженерно-геологических условий территории для строительства дворца детей и юношества в г. Караганде // Известия Дагестанского государственного педагогического университета. Естественные и точные науки. 2020. Т. 14. № 2. С. 6266. DOI: 10.31161/1995-0675-2020-14-2-62-66_
Engineering-Geological Conditions Assessment of the Territory for the Construction of Children and Youth Palace in Karaganda City
© 2020 Darya I. Vdovkina, Marina V. Ponomareva
Karaganda Technical University Karaganda, Kazakhstan; e-ma il: daryavd ovkina@gma il.com;
ABSTRACT. Aim. The active growth of the construction industry is characterized not only by an increase in the number of buildings being constructed, but also by the complication of the structures themselves, which leads to an uneven load distribution. This requires a more detailed engineering and geological study of the future construction site. In this regard, the aim of the study is to interpret geological materials for the safe construction of a palace for children and youth in Karaganda. Methods. To study the site, 20 wells were drilled with a depth of 12 m, sampling, their testing in the laboratory,
Естественные и точные науки •••
Natural and Exact Sciences •••
statistical processing of laboratory research results, classification of the soils that occur area into engineering-geological elements to assess their heterogeneity. Results. According to the results of the study, the clay deposits were divided into engineering-geological elements by means of the coefficients of variation, and the regularity of the swelling soil properties was revealed. Conclusions. Based on the obtained geological information, it was revealed that the geological section of the investigated area to a depth of 6 m is composed of swelling loams and clays. To assess their specific properties, they were divided into engineering-geological element 5 and engineering-geological element 6, respectively.
Keywords: swelling, shrinkage, clay, loam, geological-engineering investigations, Quaternary deposits, geological engineering element, computational soil element, coefficient of variation, statistical processing.
For citation: Vdovkina D. I., Ponomareva M. V. Engineering-Geological Conditions Assessment of the Territory for the Construction of Children and Youth Palace in Karaganda City. Dagestan State Pedagogical University. Journal. Natural and Exact Sciences. 2020. Vol. 14. No. 2. Pp. 62-66. DOI: 10.31161/1995-06752020-14-2-62-66 (In Russian)
Введение
В последние годы в Республике Казахстан происходит активный экономический рост строительной отрасли. Объем выполненных строительных работ с 2010 по 2019 г. увеличился в 2 раза [3]. Усложняются конструкции зданий и сооружений гражданского и промышленного строительства, что в свою очередь приводит к необходимости ужесточения требований к проведению строительных пред-проектных работ [2]. Одним из обязательных этапов подготовки, предшествующих строительству, является инженерно-геологические изыскания. Особое внимание при геологическом изучении участка необходимо уделять набухающим грунтам. Набухающие грунты при высыхании дают усадку, которая возрастает с увеличением склонности грунта к набуханию и ведет к осадке сооружений [6]. Недооценка таких грунтов является причиной повреждения многих промышленных и гражданских сооружений по всему миру [5; 7] Несмотря на то, что процессы набухания существенно осложняют строительство и эксплуатацию зданий и сооружений, районы их распространения интенсивно осваиваются [4]. Геологический разрез может быть сложен как набухающими, так и не набухающими грунтами. При интерпретации данных необходимо разделение таких грунтов в отдельные инженерно-геологические
элементы (ИГЭ). За ИГЭ принимают некоторый объем грунта одного и того же происхождения при условии, что значения характеристик грунта изменяются в пределах элемента незакономерно. Комплекс ИГЭ используют при создании инженерно-геологической модели объекта [1]. В связи с этим целью работы является
интерпретация геологической информации с применением статистической обработки лабораторных испытаний пород для безопасного возведения дворца детей и юношества в г. Караганде (рис. 1).
Материал и методы исследования
Для установления геологического разреза исследуемого участка была осуществлена проходка 20 горных выработок глубиной до 12.0 м., отобрано 44 пробы грунта и 1 проба воды. В процессе бурения для определения состава, состояния и свойств грунтов отбирались пробы, исследование которых осуществлялось в лаборатории. Определялись следующие физические и механические характеристики: естественная влажность влажность на границе текучести ( влажность на границе раскатывания (^р), показатель текучести (1ъ), число пластичности (1р), плотность (р), пористость (е), степень влажности (5Г), набухание (Esw), просадочность (£sl), модуль деформации (Е), удельное сцепление (С), угол внутреннего трения (ф).
Участок работ, где были проведены инженерно-геологические исследования в орографическом отношении, лежит в области водораздельного пространства между рр. Нура и Шерубайнура. В целом рельеф представляет собой волнистую равнину, осложненную мелкосопочником. Четвертичные отложения покрывают маломощным чехлом почти всю территорию Карагандинской области, за исключением вершин сопок и гор.
Для оценки неоднородности, вскрытые грунты выделялись в инженерно-геологические элементы с учетом их происхождения, возраста, текстурно-структурных особенностей и по результатам статистической обработки лабора-
••• Известия ДГПУ. Т. 14. № 2. 2020
••• ОЭРи ЮийММ. Уо!. 14. N0. 2. 2020
торных данных. В качестве меры отклонения опытных данных использовался коэффициент вариации (V).
Результаты и их обсуждение
На основании анализа пространственной изменчивости частных показателей свойств грунтов и с учётом особенностей геолого-литологического строения, в разрезе были выделены 6 инженерно-геологических элементов (ИГЭ): супесь (ИГЭ 1), суглинок твердый (ИГЭ 2), суглинок пластичный (ИГЭ 3), глина (ИГЭ 4), суглинок сильнонабухающий (ИГЭ 5), глина сильнонабухающая (ИГЭ 6) (табл. 1).
По данным, представленным в таблице 1, можно сделать следующие выводы: ИГЭ 1 - супесь пластичная (0.0<Ъ<1.0), среднепросадочная (г81=0.05 д.ед); ИГЭ 2 -суглинок тяжелый (1р>12 % - содержит 50 % глинистого материала), твердый (1ь представлен отрицательным значением), ненабухающий (ssw <4 %); ИГЭ 3 - сугли-
нок легкий (1р<12 %, содержит 20-30 % глинистого материала), мягкопластич-ный (0.50<1ь<0.75), ненабухающий (^«<4 %); ИГЭ 4 - глина легкая (1р<27 %), полутвердая (0.0<1ь <0.25) ненабухающая (Esw<4 %); ИГЭ 5 - суглинок тяжелый (1р>12 % - содержит 50 % глинистого материала), тугопластичный (0.25<1ь<0.50), сильнонабухающий (^и>12 %); ИГЭ 6 -глина легкая (1р<27 %), полутвердая (0 <1ь<0.25), сильнонабухающая (е$«>12 %).
Коэффициент вариации для рассчитанных нормативных значений грунтов, приведенных в таблице 1, не превысил 0.15 - для физических характеристик, 0.30 - для механических, что говорит о верном разделении грунтов на инженерно-геологические элементы.
По данным лабораторных испытаний было выявлено, что глинистые грунты (суглинок и глина) до глубины 6.0 м являются сильно набухающими.
Рис. 1. Схема расположения участка исследования
Естественные и точные науки •••
Natural and Exact Sciences •••
Таблица 1
Результаты статистической обработки характеристик грунтов
Характеристики ИГЭ 1 ИГЭ 2 ИГЭ 3 ИГЭ 4 ИГЭ 5 ИГЭ 6
W, % 13.45 18.73 19.34 25.82 18.43 25.63
Wl, % 17.06 33.36 33.28 40.10 28.49 39.63
Wp, % 12.80 20.93 21.08 21.16 16.02 21.00
Ip, % 4.25 12.30 12.00 19.03 12.42 18.76
Il, д.ед 0.17 -0.15 -0.16 0.24 0.26 0.24
p, г/см3 1.78 1.90 1.90 2.00 1.98 2.00
e, д.ед 0.73 0.69 0.70 0.73 0.62 0.73
Sr, д.ед 0.51 0.73 0.74 0.96 0.80 0.96
£sw, д.ед - 0.15 39.37 0.25 15.80 18.70
£si, д.ед 0.05 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00
Е, МПа 5.50 7.30 7.06 9.00 6.32 8.83
р, градус 30.80 19.80 21.67 19.70 21.33 23.17
С, кПа 13.20 69.00 67.00 47.00 52.17 49.50
Таблица 2 Результаты статистической обработки характеристик набухания
№ п/п Характеристика ИГЭ 5 ИГЭ 6
1 Относительное набухание (еяш), % 15.80 18.70
2 Влажность набухания, % 39.40 37.10
3 Относительная усадка при высыхании, % 14.90 31.80
Так как набухающие свойства имеют суглинки и глины до глубины 6.0 м., было принято решение выделить набухающие грунты в отдельные элементы: ИГЭ 5 - суглинок сильнонабухающий, ИГЭ 6 - глина сильнонабухающая. Характеристики набухания и усадки были подвергнуты статистической обработке (табл. 2). Относительное набухание для ИГЭ 5 - суглинок сильнонабухающий, составило 15.80 %, при влажности набухания 39.40 %. Это говорит о том, что при увеличении влажности суглинка до величины 39.40 % произойдет его набухание, в результате которого объем суглинка увеличится на 15.80 %. А в случае, когда произойдет уменьшение влажности суглинка, начнется обратный набуханию процесс - усадка. Величина относительной усадки составила 14.90 %. Это говорит о том, что при высы-
хании произойдет уменьшение объема грунта на 14.90 %.
Относительное набухание для ИГЭ 6 -глина сильнонабухающая, составило 18.70 %, при влажности набухания 37.10 %. Это говорит о том, что при увеличении влажности глины до величины 37.10 % произойдет ее набухание, в результате которого объем глины увеличится на 18.70 %. Величина относительной усадки составила 31.80 %. В случае высыхания глины, объем глины уменьшится на 31.80 %.
Заключение
По результатам проведенных инженерно-геологических исследований можно сделать следующие выводы:
- на будущем участке строительства было пробурено 20 инженерно-геологических скважин глубиной 12 м, отобрано 44 пробы грунта, определены их физические и механические характеристики в лаборатории;
- для оценки неоднородности свойств грунтов проводилось разделение их в инженерно-геологические элементы, которое осуществлялось посредством статистической обработки данных;
- определена закономерность распространения грунтов с набухающими свойствами (до глубины 6.0 м), произведено их выделение в отдельные инженерно-геологические элементы.
Литература
1. ГОСТ 20522-2012. Методы статистической обработки результатов
испытаний: дата введения 01.07.2013. М.:
Стандартинформ, 2013. 19 с.
2. Лобанов В. С., Емельянов А. Н. Проблемы строительства на набухающих глинистых грунтах // Молодёжь и наука: сборник материалов VIII Всероссийской научно-
••• Известия ДГПУ. Т. 14. № 2. 2020
••• DSPU JOURNAL. Vol. 14. No. 2. 2020
технической конференции студентов, аспирантов и молодых учёных, посвященной 155-летию со дня рождения К. Э. Циолковского. Красноярск: Сибирский федеральный университет, 2012. С. 15-22.
3. Бюро национальной статистики. Агентства по стратегическому планированию и реформам Республики Казахстан. Объем выполненных строительных работ. Статистика строительства [Электронный ресурс]. URL: https://stat.gov.kz/ (дата обращения: 15.04. 2020)
4. Gawriuczenkow I., Wojcik E. Prediction of swell pressure in Neogene clays from Warsaw,
eskoy obrabotki rezul'tatov ispytaniy: data vvedeniya 01.07.2013 [Standard of the Russian Federation 20522-2012. Methods of Statistical Processing of Test Results: Date of Introduction 07.01.2013]. Moscow, Standartinform Publ., 2013. 19 p. (In Russian)
2. Lobanov V. S., Emel'yanov A. N. Problems of construction on swelling clay soils. Molodezh' i nauka: sbornik materialov VIII Vserossiyskoy nauchno-tekhnicheskoy konferentsii studentov, aspirantov i molodykh uchenykh, posvyash-chennoy 155-letiyu so dnya rozhdeniya K. E. Tsiolkovskogo [Youth and Science: a Collection of Materials of the 8th All-Russian Scientific and Technical Conference of Students, Postgraduates and Young Scientists, Dedicated to the 155th Anniversary of K. E. Tsiolkovskiy's Birth]. Krasnoyarsk, Siberian Federal University Publ., 2012. Pp. 15-22. (In Russian)
3. Byuro natsional'noy statistiki. Agentstva po strategicheskomu planirovaniyu i reformam Respubliki Kazakhstan. Ob"em vypolnennykh
based on the swell index. Geology, Geophysics & Environment. 2018. 44 (2). Pp. 219-229.
5. Mohamed B., Mekhti D., Abdelhamid C. A method for predicting the deformation of swelling clay soils and designing shallow foundations that are subjected to uplifting. Acta Geotech. Slov. 2016. Vol. 13. Iss. 1. Pp. 65-75.
6. Ruwaih I. A. Experiences with expansive soils in Saudi Arabia. Proceedings of the 6th International Conference on Expansive Soils. New Delhi, India, 1987. Pp. 317-322.
7. Sabtan A. A. Geotechnical properties of expansive clay shale in Tabuk, Saudi Arabia. Journal of Asian Earth Sciences. 2005. 25 (5). Pp. 747-757.
reau for National Statistics. Agency for Strategic Planning and Reforms of the Republic of Kazakhstan. The Volume of Construction Work Performed. Construction Statistics]. Available at: https://stat.gov.kz/ (accessed 15.04.2020)
4. Gawriuczenkow I., Wojcik E. Prediction of swell pressure in Neogene clays from Warsaw, based on the swell index. Geology, Geophysics & Environment. 2018. 44 (2). Pp. 219-229.
5. Mohamed B., Mekhti D., Abdelhamid C. A method for predicting the deformation of swelling clay soils and designing shallow foundations that are subjected to uplifting. Acta Geotech. Slov. 2016. Vol. 13. Iss. 1. Pp. 65-75.
6. Ruwaih I. A. Experiences with expansive soils in Saudi Arabia. Proceedings of the 6th International Conference on Expansive Soils. New Delhi, India, 1987. Pp. 317-322.
7. Sabtan A. A. Geotechnical properties of expansive clay shale in Tabuk, Saudi Arabia. Journal of Asian Earth Sciences. 2005. 25 (5). Pp. 747-757.
References
1. GOST 20522-2012. Metody statistich- stroitel'nykh rabot. Statistika stroitel'stva [Bu-
СВЕДЕНИЯ ОБ АВТОРАХ INFORMATION ABOUT AUTHORS
Принадлежность к организации Affiliations
Вдовкина Дарья Игорева, докторант ка- Darya I. Vdovkina, Doctoral student, De-
федры геологии и разведки месторождений partment of Geology and Exploration of Miner-
полезных ископаемых, Карагандинский тех- al Deposits, Karaganda Technical University,
нический университет, Караганда, Республи- Karaganda, the Republic of Kazakhstan; e-mail:
ка Казахстан; e-mail: [email protected]
[email protected] Marina V. Ponomareva, Ph.D. (Technics),
Пономарева Марина Викторовна, канди- Associate Professor, Department of Geology and
дат технических наук, доцент кафедры гео- Exploration of Mineral Deposits, Karaganda
логии и разведки месторождений полезных Technical University, Karaganda, the Republic
ископаемых, Карагандинский технический of Kazakhstan; e-mail: mv_ponomareva18@
университет, Караганда, Республика Казах- mail.ru стан; e-mail: [email protected]
Принята в печать 03.06.2020 г.
Received 03.06.2020.
