Инженерно-геологические изыскания для строительства

Зачем нужны геологические изыскания

Инженерно-геологические изыскания — комплексное изучение состава, свойств и сложения грунтов, гидрогеологических и других условий площадки. Их основная цель — дать проектировщику и собственнику достоверные данные для оценки возможности строительства: какую нагрузку выдержит основание, возможны ли деформации после возведения здания и как стройка повлияет на соседние конструкции. Результаты изысканий служат основанием для экспертного заключения о возможности строительства или реконструкции и помогают выбрать наиболее пригодные участки территории.

Состав и методика работ

Стандартный состав включает рекогносцировку участка, получение и анализ исходных данных, полевые работы по СП 47.13330 «Инженерные изыскания для строительства», отбор проб грунтов и подземных вод, определение физико-механических свойств грунта, камеральную обработку, технический отчёт и его передачу в территориальный фонд материалов инженерных изысканий.

Основной объект исследования — грунт. Для получения характеристик инженеры бурят скважины буровыми установками, зондируют грунт статическим или динамическим методом, испытывают его на деформации и упругость, анализируют удельное электрическое сопротивление в поле и лаборатории, при необходимости проводят геофизические исследования.

К стандартному набору по заданию добавляются штамповые и стабилометрические испытания на опорный несущий элемент для свайных фундаментов, определение порового давления при статическом зондировании, коэффициента фильтрации, сдвиговые испытания по серии ГОСТ 12248-2020 и оценка гидрогеологических условий площадки экспресс-наливами и откачками.

Два этапа изысканий — и когда хватает одного

Для подготовки проектной документации СП 446.1325800.2019 предусматривает один или два этапа. Два этапа выполняют, когда инженерно-геологические условия территории и факторы техногенного воздействия изучены недостаточно, когда ещё нет данных для окончательного выбора местоположения зданий (переходов трассы через препятствия) и типов фундаментов или когда не хватает материалов для решений по инженерной защите.

На первом этапе (раздел 7.1) площадку изучают комплексно — с детальностью, достаточной для обоснования компоновки зданий, объёмно-планировочных решений и предварительного выбора типов фундаментов. Здесь работает инженерно-геологическая съёмка: количество выработок и расстояние между ними берут из таблицы 7.1 по масштабу съёмки и категории сложности условий. Для масштаба 1:2000, например, это 100 выработок на квадратный километр с шагом 100 м при I категории и 250 выработок с шагом 65 м при III. Примечание 1 к этой таблице допускает заменять точками статического (динамического) зондирования до 1/3 инженерно-геологических выработок — но послабление привязано именно к таблице 7.1, то есть к съёмке первого этапа, и на минимумы раздела 7.2 (три скважины в контуре здания, четыре-пять при повышенном уровне ответственности) не распространяется.

На втором этапе (раздел 7.2) условия уточняют уже под конкретные пятна застройки: расчёт оснований и фундаментов, проект организации строительства, детализацию инженерной защиты и обоснование методов производства земляных работ. Именно здесь действуют нормы по числу и глубине скважин, разобранные ниже.

Один этап допустим, если территория хорошо изучена, материалов достаточно для окончательного выбора местоположения объекта, типа и глубины фундаментов и для решений по инженерной защите. В этом случае изыскания выполняют сразу по требованиям раздела 7.2.

Сколько скважин и на каком расстоянии

Ключевая таблица для площадных объектов — таблица 7.3 СП 446.1325800.2019. Она задаёт расстояние между инженерно-геологическими скважинами через два параметра: категорию сложности условий площадки и уровень ответственности проектируемого сооружения.

Внутри диапазона выбор не произволен: примечание к таблице требует применять большие значения для зданий и сооружений, малочувствительных к неравномерным осадкам, и меньшие — для чувствительных, с учётом регионального опыта и требований проектирования.

Шаг — не единственное ограничение. Норма устанавливает и абсолютный минимум:

• в пределах контура здания нормального уровня ответственности — не менее трёх скважин, включая пройденные ранее;
• для сооружений повышенного уровня ответственности — не менее четырёх-пяти в зависимости от вида и назначения сооружения;
• при неоднородных по составу и состоянию грунтах, изменчивой мощности слоёв, опасных геологических процессах расстояния допускается принимать менее 20 м, а скважины — проходить под отдельные опоры фундаментов при обосновании в программе;
• при невозможности бурения в назначенных местах по техническим причинам скважины допускается выносить за контур здания с увеличением расстояния между ними не более 1,5 минимальных значений таблицы 7.3 (абзац введён Изменением № 1). Формулировка нормы важна: потолок считается от минимума графы, а не от того шага, который назначен на этой площадке. Для средней (II) категории и нормального уровня ответственности минимум таблицы — 40 м, значит предел выноса 60 м, даже если по проекту шаг был 50 м.

Для малых объектов действует послабление: при длине здания менее 5 м допускается одна скважина, при длине от 5 до 12 м — одна скважина на площадках I и II категорий сложности и две на площадках III категории. Отдельно оговорена группа зданий нормального и пониженного уровней ответственности по проектной документации повторного использования на простых и средних площадках: допускается ограничиться пятью скважинами по углам и в центре участка, а в контуре каждого здания скважины не предусматривать — при условии, что шаг не выходит за максимально допустимый по таблице 7.3.

Размещают скважины не «по сетке ради сетки», а по контурам и (или) осям проектируемых зданий, в местах резкого изменения нагрузок на фундаменты и глубины их заложения, на границах геоморфологических элементов. При опасных геологических и инженерно-геологических процессах дополнительные скважины выносят за контуры объекта, в том числе на прилегающую территорию, — это же требование смыкается с расчётом зоны влияния строительства.

Глубина скважин: откуда берётся цифра

Глубина — вторая половина объёма работ и вторая частая причина возврата отчёта. На втором этапе для зданий и сооружений нормального и повышенного уровней ответственности на естественном основании она должна быть увеличена не менее чем на 2 м относительно суммы проектируемой глубины заложения фундамента и глубины сжимаемой толщи грунтов. Сжимаемая толща рассчитывается по СП 22.13330.2016 (пункт 5.6.41) либо определяется требованиями расчётной модели основания и указывается заказчиком в задании; для сооружений пониженного уровня ответственности глубину определяют по пункту 7.1.9 или обосновывают в программе.

Отсюда практическое следствие, из-за которого изыскания и проектирование нельзя развести во времени: глубина скважины выводится из проектного решения. Пока не заданы отметка подошвы фундамента и расчётная модель основания, честной цифры глубины не существует — есть только предположение, которое экспертиза вправе оспорить.

Частные случаи норма разбирает отдельно:

• Скальные грунты. Если в пределах предполагаемой глубины залегают скальные грунты, скважины проходят с учётом пункта 7.1.10 или на 1–2 м ниже подошвы фундамента при его заложении в скальный грунт (пункт 7.2.7). Сам пункт 7.1.10 задаёт вторую отметку — на 1–2 м ниже подошвы слабых скальных грунтов, то есть сильно и очень сильно трещиноватых; степень трещиноватости в процессе бурения оценивают по приложению П.
• Специфические грунты и опасные процессы. При специфических грунтах, глинистых грунтах с показателем текучести более 0,75 д. е. и рыхлых песках глубину определяют с учётом пункта 7.1.10, но не менее величины по пункту 7.2.6 (пункт 7.2.8). До 30 % выработок проходят на полную мощность этих грунтов и на 1–2 м ниже их подошвы — либо до глубины, где их наличие уже не влияет на устойчивость сооружения; на участках развития геологических процессов выработки, как правило, идут на 3–5 м ниже зоны активного развития процесса.
• Плитный фундамент. Глубину устанавливают в соответствии с требованиями пункта 7.2.6, а расстояние между скважинами и их число определяют по пункту 7.2.5 (пункт 7.2.9 в редакции Изменения № 1) — то есть отдельного шага «под плиту» норма не задаёт, работает общая таблица 7.3.
• Котлован глубже 5 м с ограждением. Скважины размещают по периметру с шагом не менее 20 м либо по сетке не более 20×20 м; число — не менее пяти, при размерах фундамента от 12×12 до 20×20 м — не менее четырёх, менее 12×12 м — не менее трёх. Глубина — на 5 м ниже полуторной глубины заложения подошвы ограждающей конструкции, но не менее 10 м от неё; на такую глубину проходят не менее 30 % скважин, но не менее трёх, остальные — по пункту 7.2.6. Без ограждающих конструкций глубина составляет 5 м ниже полуторной глубины котлована.
• Свайные фундаменты. В дисперсных грунтах — не менее чем на 5 м ниже проектируемой глубины заложения нижних концов свай при рядовом или кустовом расположении и на 10 м ниже при свайных полях шириной до 10 м. При свайных полях более 10×10 м и плитно-свайных фундаментах глубина 50 % скважин должна превышать заглубление свай не менее чем на глубину сжимаемой толщи и не менее чем на 15 м.
• Свая с опорой на прочный грунт — исключение из «пяти метров». Если сваи опираются на дисперсные слабодеформируемые грунты (E > 50 МПа) либо воспринимают только выдёргивающие нагрузки, глубину назначают на три диаметра сваи ниже проектируемой отметки её нижнего конца, но не менее 1 м. При опирании или заглублении свай в скальные грунты — на три диаметра сваи ниже подошвы слабых скальных грунтов, тоже не менее 1 м. Требование «5 м ниже концов свай» к этим случаям не относится, и попытка применить его механически даёт лишние метры бурения в смете.
• Поровое давление. Для зданий и сооружений повышенного и нормального уровней ответственности (кроме линейных) при наличии в исследуемой толще основания слоя слабо фильтрующего глинистого грунта глубина одной из скважин должна обеспечить определение уровня подземных вод в водоносных горизонтах как над кровлей, так и под подошвой этого слоя — именно для оценки природного порового давления (пункт 7.2.6а, введён Изменением № 1).

Эти же цифры лежат в основе геотехнического обоснования при строительстве в существующей застройке.

Категория сложности и уровень ответственности — два множителя объёма

В таблице 7.3 два входа, и оба задаются до начала бурения.

Категория сложности инженерно-геологических условий (I — простая, II — средняя, III — сложная) устанавливается по приложению Г СП 47.13330.2016 и описывает площадку: геоморфологию, число и выдержанность инженерно-геологических элементов, гидрогеологию, наличие специфических грунтов и опасных процессов. Между I и III категорией шаг скважин различается втрое — то есть на одной и той же площади объём бурения отличается кратно.

Уровень ответственности сооружения (повышенный, нормальный, пониженный) определяется при идентификации объекта и фиксируется в задании на изыскания. Он не характеристика грунта, а характеристика последствий отказа конструкций — и при равных условиях площадки поднимает объём работ на ступень: то, что для нормального уровня решается тремя скважинами с шагом 50–40 м, для повышенного требует четырёх-пяти с шагом 40–30 м.

Ошибка на любом из двух входов делает необоснованным весь объём. Поэтому категорию сложности обосновывают в программе работ со ссылкой на материалы прошлых лет и результаты рекогносцировки, а уровень ответственности берут из задания, а не назначают по аналогии. Обе величины проверяются экспертизой в первую очередь — подробнее о типовых причинах возврата отчёта в статье об объёме, сроках и возврате из экспертизы.

Линейные объекты: другая логика размещения

Для трасс норма считает не площадь, а погонную длину. На первом этапе ширину притрассовой полосы, среднее расстояние между скважинами и их глубину принимают по таблице 7.2 СП 446.1325800.2019: для автомобильной дороги — полоса 200–500 м, шаг скважин 350–500 м, глубина 3–5 м; для железной дороги — 200–500 м, 250–500 м и до 5 м, но не менее чем на 2 м ниже нормативной глубины промерзания; для магистрального трубопровода — 100–500 м, 300–500 м и на 1–2 м ниже предполагаемой глубины заложения; для воздушных линий связи и электропередачи напряжением до 35 кВ — 100–300 м, 1000–3000 м и 3–5 м, свыше 35 кВ — 100–300 м, 500–1000 м и 5–7 м. На участках распространения специфических грунтов, развития опасных процессов и переходов через препятствия расстояния уменьшают, глубины увеличивают, а при необходимости назначают поперечники из трёх-пяти выработок.

На втором этапе размещение и глубину скважин на участках трасс определяет таблица 7.4 (изложена в новой редакции Изменением № 1) — отдельно для насыпей и выемок до 12 м и более 12 м, для мостов, путепроводов и эстакад, водопропускных труб, шумозащитных экранов, подводных переходов трубопроводов и кабелей, пересечений с транспортными и инженерными коммуникациями. Логика та же: минимальные расстояния — в сложных условиях, максимальные — в простых.

Статическое зондирование: что оно измеряет и чего не заменяет

Зондирование в прайсе стоит вдвое дешевле бурения, и это порождает соблазн прочитать его как «дешёвую замену скважинам». Метод описан ГОСТ 19912-2012 «Грунты. Методы полевых испытаний статическим и динамическим зондированием», и в нём прямо перечислено, для чего зондирование предназначено:

• «выделения инженерно-геологических элементов (толщины слоев и линз, границ распространения грунтов различных видов и разновидностей)»;
• «оценки пространственной изменчивости состава, состояния и свойств грунтов»;
• «определения глубины залегания кровли скальных, крупнообломочных и мерзлых грунтов»;
• «оценки возможности забивки свай и определения глубины их погружения»;
• «определения сопротивлений грунта под нижним концом и по боковой поверхности свай»;
• «выбора мест расположения опытных площадок и глубины проведения полевых испытаний, а также мест отбора образцов грунтов для лабораторных испытаний»;
• «контроля качества геотехнических работ».

Прочитайте этот список ещё раз: в нём нет ни одной характеристики грунта как значения. Зонд измеряет сопротивление грунта своему внедрению — и всё. Переход от этого сопротивления к модулю деформации, углу внутреннего трения и сцеплению стандарт отдаёт наружу: «Количественную оценку характеристик физико-механических свойств грунтов проводят на основе включенных в действующие нормативные документы статистически обоснованных зависимостей между показателями сопротивления грунта внедрению зонда и результатами определения характеристик грунта другими стандартными методами.» Такая отсылка встречается в стандарте пять раз — в этом пункте, в требованиях к пониженной скорости погружения, в разделе о методе SPT и в примечаниях к таблицам параметров оборудования. Своих переходных таблиц ГОСТ 19912 не содержит ни одной.

Отсюда два практических следствия. Первое: зондирование не отменяет ни бурения, ни лаборатории — оно даёт непрерывный по глубине разрез сопротивления между скважинами и привязывается к ним. Стандарт требует этой привязки буквально: «Часть точек зондирования должна быть расположена в непосредственной близости от горных выработок (на расстоянии 1,5-2,5 м) с целью получения данных, необходимых для интерпретации результатов зондирования», а по оформлению — «Графики испытаний должны, как правило, сопровождаться инженерно-геологическим разрезом по ближайшей к точке зондирования горной выработке». Точка зондирования без соседней скважины интерпретируется не по местным данным, а по литературной зависимости — и точность отчёта падает ровно там, где считается фундамент.

Второе: число и расположение точек ГОСТ 19912 не нормирует. Он говорит: «Метод зондирования, глубину зондирования и расположение точек зондирования определяют программой инженерно-геологических изысканий.» Ни шага в метрах, ни точек на гектар, ни процента от числа скважин в стандарте нет — это распространённое заблуждение, из-за которого спорят с ссылкой не на тот документ.

Минимумы задаёт СП 446.1325800.2019, и по этапам они разные. На первом этапе точки размещают, как правило, вблизи инженерно-геологических выработок по всей площади, по сетке со стороной не более 100 м, но не менее шести точек на площадку; на трассах линейных объектов, проектируемых на свайных фундаментах, статическое зондирование выполняют у каждой скважины. На втором этапе для свайных фундаментов число испытаний статическим зондированием должно составлять не менее 50 % общего количества скважин (в обводнённых песках норма поднимает эту долю), глубина зондирования — не менее чем на 2 м ниже проектной отметки нижнего конца сваи, точки назначают под каждую опору, а при ширине опоры 12 м и более их число увеличивают так, чтобы расстояние между точками не превышало 12 м; для группы объектов на одной площадке общее число точек — не менее шести.

Тип установки выбирают не по прайсу, а по грунтам: таблица 1 ГОСТ 19912 делит их по предельному усилию вдавливания.

Той же таблицей заданы диапазоны показателей сопротивления грунта, в которых установка каждого типа работает корректно. Практический смысл: лёгкая установка на плотных песках не «покажет меньше» — она упрётся и остановит испытание досрочно, а в отчёт попадёт заниженная глубина, если критерий остановки не расшифрован в протоколе.

Зонды стандарт делит на два типа: «механический (тип I) - зонд с наконечником из конуса и кожуха» и «электрический (тип II) - зонд с наконечником из конуса и муфты трения». Электрический даёт измерение с шагом в разы плотнее, и для него «При использовании электрических зондов регистрация показателей и параметров на электронном запоминающем устройстве является обязательной» — то есть первичные данные существуют в машинном виде и могут быть предъявлены.

Как отличить добросовестное зондирование от формального

Зондирование — редкий случай, когда качество полевой работы проверяется не по красоте отчёта, а по нескольким числам, которые нормированы жёстко. Ниже — те, по которым мы принимаем работу у себя и по которым заказчик может проверить любого исполнителя.

Износ наконечника. Конус стирается о грунт, и стёртый конус завышает сопротивление. Стандарт задаёт и периодичность проверки, и допуски: «Периодически (но не реже чем через 15 точек зондирования) необходимо проверять прямолинейность штанг зонда и степень износа наконечника.» Допуски — «Уменьшение высоты конуса наконечника не должно превышать 5 мм, а уменьшение его диаметра - 0,3 мм», «Отклонение отрезков штанг от прямой линии не должно превышать 3 мм в любой плоскости по всей длине проверяемого отрезка», а для электрического зонда — «Диаметр муфты трения должен быть не менее диаметра конуса наконечника и не более его на 0,35 мм.» Три десятых миллиметра — величина, которую нельзя оценить на глаз, поэтому вопрос «когда последний раз мерили конус» вполне корректен.

Метрология измерительной системы. Пункт 5.2.7 нормирует пределы погрешности: «5% - при измерении прикладываемой нагрузки», «10% - при измерении показателей сопротивления грунта (но не более 5% максимально измеренного значения)», «2° - при измерении отклонения наконечника зонда от вертикали», «3,0 см - при измерении глубины погружения зонда». Обеспечиваются они не паспортом, а регламентом: измерительную систему «необходимо тарировать в соответствии с паспортными данными (но не реже чем через три месяца или 100 точек зондирования)», причём «Проверку смещения нуля следует проводить перед и после каждого испытания», а для электрического зонда — «Герметичность и термокомпенсацию электрического наконечника необходимо проверять не реже чем через три месяца.» Смещение нуля до и после — самая дешёвая и самая пропускаемая процедура: именно она показывает, что за время рейса датчик не «уехал».

Вертикальность. «Отклонение мачты установки от вертикали не должно превышать 2°.» При испытании глубже 10 м требование усиливается: «При испытании грунтов на глубину более 10 м следует применять специальные зонды с наконечниками, оснащенными инклинометром», а «При испытаниях с поверхности рек и водоемов наконечник в обязательном порядке должен оснащаться инклинометром.» Без инклинометра на глубине зонд может уйти в сторону, и глубина по счётчику перестанет соответствовать фактической отметке.

Режим погружения. «Скорость погружения зонда в грунт должна быть (1,2±0,3) м/мин.» Отступление допускается, но не бесплатно: «В прочных грунтах (в том числе мерзлых) для предотвращения повреждения зонд допускается погружать со скоростью 0,5 м/мин.» — и тогда «Сопротивления грунта внедрению зонда, соответствующие скорости 1,2 м/мин, должны определяться путем введения поправочных коэффициентов.» Единственное послабление: «При изысканиях под здания и сооружения пониженного уровня ответственности поправочные коэффициенты допускается не применять.» То есть медленное зондирование под жилой дом без поправок — это не «аккуратнее», а некорректно. Непрерывность режима нормирована отдельно: «При непрерывном зондировании перерывы в погружении зонда допускаются только для наращивания штанг зонда.»

Плотность отсчётов. Показатели регистрируют «с интервалами по глубине погружения зонда не более 0,2 м для механического зонда и не более 0,05 м - для электрического зонда». Двадцать сантиметров против пяти — это разница между «слой замечен» и «слой не замечен», когда линза имеет мощность 10–15 см. Для тонкослоистых разрезов Петербурга это не теория: именно на маломощных прослойках слабых грунтов возникают неравномерные осадки.

Критерии остановки. Испытание прекращают в том числе при «отклонения наконечника зонда от вертикали на 15° или изменения его отклонения на 5° на 1 м». После испытания — «По окончании испытания зонд извлекают из грунта, а скважину тампонируют.» Если заданная глубина не достигнута, есть законный обходной путь: «При невозможности достижения заданной глубины (в том числе из-за труднопроходимых прослоек грунта) вдавливание зонда в грунт допускается проводить с забоя предварительно пройденной скважины.» Незатампонированная точка — не формальность: это готовый канал для перетока подземных вод между горизонтами.

Протокол зондирования: по чему принимать результат

Заказчик обычно видит только график в отчёте, а принимать работу нужно по протоколу. ГОСТ 19912 требует: «При автоматизации процесса зондирования и обработке данных с помощью компьютерных программ результаты зондирования следует оформлять в виде протоколов (паспортов) испытаний.» И далее — про машинные данные: «Файлы с результатами зондирования (в виде электронных таблиц) должны прикладываться к отчетам изысканий, протоколы испытаний - включаться в их состав.» Требование сильное и почти всегда игнорируемое: электронные таблицы прикладываются к отчёту, а не остаются у исполнителя. Их наличие означает, что кривую сопротивления можно перестроить и проверить.

В протоколе, помимо очевидного, должны быть:

• «абсолютную отметку и координаты точки зондирования» — без отметки график невозможно совместить с разрезом;
• «номер и наименование ближайшей выработки и расстояние до нее (если пройдена)» — это тот самый интервал 1,5–2,5 м, по которому проверяется привязка;
• «тип, номер и предприятие - изготовитель наконечника зонда» — номер наконечника связывает испытание с тарировкой и журналом износа;
• «глубину предварительного бурения или рыхления (если выполнялось)» — верхняя часть графика при предбурении просто отсутствует, и это должно быть видно;
• «примененные критерии остановки зондирования (достижение заданной глубины, максимального усилия зондирования, допустимого наклона зонда)» — ключевой пункт: остановка по усилию означает, что установка была слабее грунта, и «недобор» глубины к грунту отношения не имеет;
• «таблицы и графики с результатами измерений параметров зондирования, совмещенные с колонками ближайших инженерно-геологических выработок».

Проверка занимает пять минут и отвечает на главный вопрос: точки зондирования действительно пройдены на проектную глубину или испытания оборвались, а числа в разрезе достроены интерполяцией.

Динамическое зондирование и метод SPT

Динамическое зондирование — второй метод того же стандарта, и его физика другая: измеряют «глубину погружения зонда от определенного числа ударов молота (залога) при ударном зондировании». Метод дешевле статического, работает там, где вдавливание невозможно (плотные и крупнообломочные грунты, стеснённые условия), но даёт более грубую картину — условное динамическое сопротивление вместо раздельных сопротивлений под конусом и по боковой поверхности.

Типы установок задаёт таблица 2:

Параметры самого ударного устройства нормирует таблица 3 — и здесь важно, что «лёгкая установка» это не маркетинговое слово, а конкретный молот:

Отступления разрешены, но с условием: по специальному заданию допускается использовать ударное устройство с другими параметрами, и тогда интерпретацию результатов проводят по статистически обоснованным зависимостям, включённым в строительные нормы. То же правило действует для габаритов: «При испытании грунтов в стесненных условиях допускается применение малогабаритных установок при наличии данных сопоставительных испытаний на стандартных установках.» Малогабаритная установка без сопоставительных испытаний — это не «зондирование в подвале», а числа, которые не переводятся в характеристики грунта.

Режим ударного зондирования тоже нормирован: «Число ударов в залоге при ударном зондировании следует принимать в зависимости от состава и состояния грунтов в пределах 1-20 ударов исходя из глубины погружения зонда за залог 10-15 см, определяемой с точностью ±0,5 см.» Есть отдельный порог, за которым испытание переносят: «В случае значительного сопротивления повороту колонны штанг (при крутящем моменте более 15 кН·см), вызванного искривлением скважины, зонд извлекают из грунта и повторяют испытание в новой точке зондирования на расстоянии 2-3 м от прежней.» Останавливают зондирование в том числе «в случае резкого уменьшения скорости погружения зонда (менее 2-3 см за 10 ударов или менее 1 см/с)».

Отдельно про SPT (Standard Penetration Test) — метод, который часто требуют иностранные проектировщики и который в российской практике имеет ограниченный статус: «По специальному заданию на изыскания допускается выполнять динамическое зондирование грунтов пробоотборником (метод SPT)». Ключевое слово — «по специальному заданию»: SPT не входит в обычный состав работ и не заменяет статическое зондирование. Более того, стандарт добавляет требование, которое обычно и становится камнем преткновения: «При выполнении изысканий следует выполнять контрольные сопоставления результатов испытаний методом SPT и прямыми стандартными методами на ключевых участках.» То есть числа SPT сами по себе в российский расчёт основания не подставляются — их нужно связать с результатами прямых методов на этой площадке. Если заказчик хочет SPT, это пишется в задание, а в программе появляется объём контрольных сопоставлений.

Отбор образцов: где теряется смысл бурения

Между скважиной и лабораторным числом есть звено, которое обычно никем не контролируется, — образец. ГОСТ 12071-2014 «Грунты. Отбор, упаковка, транспортирование и хранение образцов» описывает его целиком, и почти каждое его требование можно нарушить незаметно: испорченный монолит выглядит как нормальный монолит, а лаборатория выдаст по нему заниженные характеристики без всякого сигнала об ошибке.

Сколько монолитов. Общего числа стандарт не назначает — он привязывает количество к программе испытаний: «Для определения полного комплекса физико-механических свойств грунтов проба должна состоять из одного или нескольких монолитов в зависимости от состава намечаемых лабораторных работ». Единственный явный счёт — для трёхосных испытаний: «Для проведения испытаний на трехосное сжатие в целях получения деформационных и прочностных характеристик необходимо отбирать три монолита 75-127 мм или один монолит 168 мм.» Это удобный индикатор при чтении программы работ: если в отчёте есть прочностные характеристики из стабилометра, а в ведомости на этот элемент один монолит малого диаметра — числа взяты не из этих испытаний.

Масса и размер. Для нарушенного сложения нормированы массы: «1,5-2,0 кг - для глинистых грунтов», «2,0-3,0 кг - для песков», «3,0-5,0 кг - для крупнообломочных грунтов». Для гранулометрии крупнообломочных требования выше: «масса образцов грунта должна быть не менее 10 кг при наличии в грунте частиц крупнее 10 мм и не менее 6 кг при отсутствии таких частиц». Монолиты из шурфов и открытых выработок вырезают вручную: «Обычно образцы отбирают в виде куба со стороной 10-20 см.»

Как бурят там, где потом берут монолит. Здесь спрятана самая частая порча: «Для отбора образцов грунта, требующих сохранения природной влажности, бурение скважин следует вести без применения промывочной жидкости и без подлива в них воды, с пониженным числом оборотов бурового инструмента (не более 60 об/мин).» Промывка меняет влажность, а влажность входит во все расчётные характеристики. Дополнительно: «Из инженерно-геологических скважин монолиты следует отбирать грунтоносами с уровня зачищенного забоя скважины», «Бурение скважин при этом осуществляется без подлива воды с перекрытием водоносных горизонтов обсадными трубами» и «Применение ударного инструмента, нарушающего естественное сложение грунта, допускается только до глубины, меньшей на 1 м глубины отбора монолита.» Последнее — про запас метра: удары разрушают структуру ниже забоя, и монолит, взятый сразу после забивки, уже не характеризует природное сложение.

Длина рейса. «Максимальная длина рейса при колонковом бурении не должна превышать 2,0 м для скальных, 1,5 м - для крупнообломочных грунтов и 0,7 м - для песков и глинистых грунтов.» Семьдесят сантиметров для песков и глин — норма, которую нарушают ради скорости: длинный рейс уплотняет и подминает грунт в трубе.

Грунтонос. «При отборе монолитов из буровых скважин применяют грунтоносы обуривающего, вдавливающего, забивного и вибрационного типов.» Тип подбирают под грунт, и для обуривающего в приложении Б задан режим: частота вращения грунтоноса не должна превышать 60 об/мин. Геометрия тоже нормирована: «Внутренний диаметр башмака грунтоноса (приведен в приложении В) должен превышать внутренний диаметр рабочих колец лабораторных приборов на общую толщину нарушенной периферийной зоны образца.» Смысл требования редко объясняют, а он простой: у стенок монолита есть зона, разрушенная при отборе, и её нужно срезать перед испытанием. Если грунтонос по диаметру едва больше кольца прибора, срезать нечего — испытывают повреждённый грунт.

Условия в выработке. «Горные выработки, из которых проводят отбор образцов, должны быть защищены от проникновения поверхностных вод и атмосферных осадков, а в зимнее время - от промерзания.» И сразу после извлечения: «Монолиты сразу после отбора должны быть ориентированы (отмечают верх монолита).» Неориентированный монолит нельзя испытать корректно: прочность и деформируемость слоистого грунта зависят от направления нагрузки относительно слоёв.

Упаковка, ведомость и сроки хранения монолитов

Дальше образец живёт вне грунта — и здесь стандарт нормирует то, что обычно считают «логистикой».

Изоляция. «Монолит немерзлого грунта следует немедленно изолировать способом парафинирования, туго обмотать его слоем марли, пропитанной смесью парафина с гудроном», после чего «еще раз покрыть слоем парафина с гудроном толщиной не менее 2 мм». Материалы заданы: «парафин нефтяной марки НВ 56-58» «с добавкой 35%-50% (по массе) гудрона, марлю, изоляционную ленту». Нормирована даже температура: «Смесь парафина с гудроном, применяемая для парафинирования, должна иметь температуру 55°С - 60°С.» Перегретый парафин подсушивает поверхность монолита, недогретый не даёт сплошной плёнки. Современная альтернатива разрешена: «При отсутствии условий для парафинирования допускается применение современных коррозионностойких и влагонепроницаемых материалов, в частности полиэтиленовой стрейч-пленки.» — но с параметрами: «полиэтиленовую стрейч-пленку, толщиной 17-25 мкм» и «монолит по всей поверхности обмотать не менее чем четырьмя-пятью слоями стрейч-пленки». Один слой плёнки «чтобы не рассыпался» изоляцией по стандарту не является. Для проб, идущих на влажность, применяют другую тару: «для образцов, требующих сохранения природной влажности, применяют бюксы с герметически закрывающейся крышкой».

Этикетка. Требование, которое стоит цитировать целиком: «Этикетки должны заполняться четко, простым графитовым карандашом, исключающим возможность обесцвечивания или расплывания записей.» Шариковая ручка и принтерная печать в сырости и на парафине читаемость теряют — и обезличенный монолит становится непригодным. В этикетке указывают в том числе «должность и фамилию лица, проводящего отбор образцов, и его подпись»: ответственность за соответствие образца интервалу персональная.

Укладка и перевозка. «Монолиты немерзлых грунтов укладывают в ящики со слоем стружки или опилок на дне толщиной не менее 5 см», «При укладке монолиты отделяют от стен ящика плотным слоем заполнителя толщиной 3-4 см и друг от друга толщиной 2-3 см.» И отдельно: «Под крышку ящика следует положить ведомость образцов, завернутую в полиэтиленовую пленку или целлофановый пакет.» Перевозка нормирована по воздействиям: «Монолиты грунта при транспортировании не должны подвергаться резким динамическим и температурным воздействиям.»

Приёмка в лаборатории. Здесь стандарт единственный раз использует слово «запрещается»: «Упакованные образцы грунта, доставленные в лабораторию без документации (ведомости образцов), принимать на хранение и производство лабораторных испытаний запрещается.» Это прямой критерий добросовестности: аттестованная лаборатория без ведомости образцы не примет, а «принявшая» — работает вне стандарта. Собственная аттестованная лаборатория у нас есть, и приёмка проб идёт по ведомости — поэтому интервал отбора и исполнитель по каждому монолиту в отчёте восстанавливаются.

Хранение. Условия заданы численно: монолиты «следует хранить в помещениях или камерах, в которых воздух имеет относительную влажность 70%-80% и температуру плюс 2°С - плюс 10°С», причём «они должны размещаться на полках помещения (камеры) всей нижней поверхностью в один ярус таким образом, чтобы этикетки находились сверху». Штабелирование монолитов друг на друга нормой не предусмотрено — нижние подпрессовываются. Для мерзлых грунтов режим свой: «Упакованные монолиты мерзлого грунта хранят в морозильных ларях и камерах при температуре не выше минус 3°С.»

Сроки. Здесь самая недооценённая часть. Срок хранения монолита до испытаний ограничен:

• «1,5 мес - для не мерзлых скальных грунтов, песков, глинистых грунтов твердой и полутвердой консистенции»;
• «1 мес - для других разновидностей грунтов, включая мерзлые».

Больших сроков в стандарте нет вовсе. Практический вывод для сроков договора: паузу между полевым этапом и лабораторией нельзя растянуть на квартал «пока согласуется финансирование» — по истечении срока грунт уже не тот, который был в скважине. И последствие нарушения условий описано прямо: «Монолиты грунта, имеющие повреждения изоляционного слоя, или при нарушении условий хранения допускают к лабораторным испытаниям только как образцы грунта нарушенного сложения, не требующие определения природной влажности.» То есть монолит не «немного портится» — он переходит в другую категорию, по которой невозможно получить ни модуль деформации, ни прочностные характеристики природного сложения. Именно это чаще всего стоит за расхождением между результатами двух исполнителей на одной площадке: разница не в лаборатории, а в том, что было довезено до её порога.

Этапы и результат

Работы идут в пять этапов: подготовительный (планирование, сбор архивных материалов об участке), полевой, лабораторный, камеральный и этап сопровождения экспертизы. Итог — технический отчёт с разрезами, результатами испытаний, расчётами и рекомендациями: по типу фундамента, а при высоком уровне грунтовых вод — по системе дренажа или осушения площадки. Отчёт передаётся в территориальный фонд материалов инженерных изысканий и входит в состав материалов для экспертизы проектной документации.

Число и глубина выработок не берутся из бюджета договора: их задают уровень ответственности сооружения, категория сложности условий площадки и стадия проектирования. Как это считается на практике и какие ошибки приводят к возврату отчёта из экспертизы — в статье об объёме, сроках и возврате отчёта.

Геологические изыскания требуют знаний в ряде смежных дисциплин инженерной геологии, поэтому работы ведут профильные специалисты изыскательского отдела компании — с собственным буровым и лабораторным оборудованием, членством в СРО изысканий и опытом площадок от жилой застройки до объектов атомной отрасли. Если изыскания нужны в комплексе с геодезией и экологией — смотрите все виды инженерных изысканий.