Инженерно-геологические изыскания в гидротехническом строительстве: методы и технические средства

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ 

ФГБОУ ВПО «МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ 
СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ» 

А.Н. Чумаченко, А.А.  Красилов 

ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ 
ИЗЫСКАНИЯ 

В ГИДРОТЕХНИЧЕСКОМ СТРОИТЕЛЬСТВЕ:

МЕТОДЫ И ТЕХНИЧЕСКИЕ СРЕДСТВА 

Учебное пособие 

Под редакцией профессора, 
доктора технических наук А.Д. Потапова 

М о с к в а  2017

2-е издание (электронное)

УДК 624.131.3 
ББК 38.58 
   Ч 90 

Р е ц е н з е н т ы: 
кандидат геолого-минералогических наук П. И. Кашперюк, 
главный инженер ООО «НПФ СИВС»; 
доцент кандидат технических наук И. М. Маркова  
(ФГБОУ ВПО «МГСУ»)  

Чумаченко, Александр Николаевич. 

Ч  90   Инженерно-геологические изыскания в гидротехническом строи
тельстве: методы и технические средства [Электронный ресурс] : учебное пособие / А. Н. Чумаченко, А. А. Красилов ; под ред. А. Д. Потапова ; М-во образования и науки Рос. Федерации, Моск. гос. строит. 
ун-т. — 2-е изд. (эл.). — Электрон. текстовые дан. (1 файл pdf : 108 с.). 
— М. : Издательство МИСИ—МГСУ, 2017. — Систем. требования: 
Adobe Reader XI либо Adobe Digital Editions 4.5 ; экран  10".

ISBN 978-5-7264-1697-7 

Приведена методика, описаны способы и средства инженерно-геологических изысканий на различных этапах проектирования как гидротехнических, 
так и промышленно-гражданских сооружений. Наиболее детально рассмотрены инженерно-геологические изыскания для обоснования строительства гидроэнергетических и морских нефтегазопромысловых сооружений. 
Для студентов всех строительных специальностей. Может быть полезно 
инженерам-строителям в их производственной и проектно-конструкторской 
деятельности. 

УДК 624.131.3 
ББК 38.58 

ISBN 978-5-7264-1697-7

Деривативное электронное издание на основе печатного издания: Инженерно-геологические изыскания в гидротехническом строительстве: методы 
и технические средства : учебное пособие / А. Н. Чумаченко, А. А. Красилов ; 
под ред. А. Д. Потапова ; М-во образования и науки Рос. Федерации, Моск. 
гос. строит. ун-т. — М. : Издательство МИСИ—МГСУ, 2011. — 107 с. — ISBN 
978-5-7264-0563-6.

В соответствии со ст. 1299 и 1301 ГК РФ при устранении ограничений, установленных техническими средствами защиты авторских прав, правообладатель вправе требовать от нарушителя возмещения убытков или выплаты компенсации.

©  Национальный исследовательский

Московский государственный 
строительный университет, 2011

ВВЕДЕНИЕ 

Инженерно-геологические изыскания представляют собой производственный и технологический процесс получения, накопления и 
обработки инженерно-геологической информации о районе проектируемого строительства с составлением прогноза возможных изменений инженерно-геологических условий в сфере взаимодействия 
сооружения с геологической средой. 
Инженерно-геологические изыскания предшествуют любому 
виду строительства и продолжаются в ходе строительства. 
Исследования для гидротехнического строительства — одна из 
наиболее сложных и ответственных задач, решаемых в инженерной 
геологии. Это связано с тем, что гидротехнические сооружения в 
большинстве случаев резко меняют современную геологическую 
обстановку и естественные гидрогеологические условия не только 
на участке строительства, но и далеко за его пределами. К тому же 
частичное или полное разрушение этих сооружений из-за недоучета 
каких-либо факторов приводит, как правило, к катастрофическим 
последствиям. 
Гидротехнические сооружения делятся на гидроэнергетические, 
водотранспортные, мелиоративные, водоснабженческие и сооружения континентального шельфа. 
В настоящее время ни одно сооружение, тем более гидротехническое, не может быть построено без детальных и достоверных инженерно-геологических изысканий. Эти работы выполняются специализированными организациями, обладающими соответствующей 
материально-технической базой и высококвалифицированными кадрами (Гидропроект, тресты инженерно-строительных изысканий, 
геотресты и др.). Изыскания охватывают всю предполагаемую сферу 
взаимодействия сооружения с геологической средой. При этом изучаются инженерно-геологические условия территории и прогнозируется их возможное изменение в период строительства и эксплуатации сооружения. В конечном итоге изыскания призваны обеспечить необходимые данные для выбора района строительства, конкретных компоновочных и конструктивных решений на выбранном 

участке, наиболее рациональных способов строительных работ, мероприятий по инженерной защите территории и охране окружающей 
среды. Эффективность изысканий существенным образом зависит от 
правильности и своевременности задач, поставленных перед изыскателями, т.е. от грамотно составленного проектировщиком технического задания. Однако даже идеально выполненные изыскания 
сами по себе не могут гарантировать абсолютно надежного проектирования. Инженер-строитель должен уметь правильно воспользоваться результатами изысканий и на основе их анализа всесторонне оценить возможные последствия принимаемых технических 
решений. 
В ряде случаев недостаточное знание или неверная оценка инженерно-геологических условий территории могут оказаться для 
проектируемого сооружения даже более опасными, чем самые неблагоприятные условия. Напротив, — всесторонний учет инженерно-геологических факторов нередко позволяет повысить техникоэкономические параметры и эксплуатационную надежность сооружения. Это и определяет место и значение инженерной геологии в 
строительном 
деле, 
а 
также 
необходимость 
инженерногеологических знаний в практической деятельности инженеровстроителей.  

1. Инженерно-геологические изыскания  
для строительства гидроэнергетических 
сооружений 
 
 
1.1. ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ ИЗЫСКАНИЯ  
ДЛЯ СТРОИТЕЛЬСТВА ГИДРОЭЛЕКТРОСТАНЦИЙ 
 
1.1.1. Изыскания для обоснования схемы  
комплексного использования реки 
 
Целью изысканий является разработка технического замысла 
комплексного использования водных ресурсов, разбивка реки на 
ступени, определение экономических показателей отдельных гидроузлов и выбор объектов первоочередного строительства. При этом 
изучению подлежит вся намеченная к использованию часть долины 
реки. 
Перед началом изысканий проводят сбор, изучение и обобщение 
имеющихся по району исследований аэро- и космоснимков, общих 
геологических, сейсмологических и инженерно-геологических материалов, опубликованных и хранящихся в геологических фондах и 
архивах. После обработки и анализа этих материалов выполняется 
рекогносцировка всего района работ. В ней принимают участие: 
главный инженер проекта, инженер-геолог, геодезист, гидролог. При 
рекогносцировке дополняются новыми данными фондовые материалы, намечаются в натуре участки возможного расположения гидроузлов и водохранилищ, выясняются условия производства изыскательских работ. Эти материалы являются основой для составления 
технического задания на изыскания и программы работ. 
Основным видом работ на этом этапе изысканий является инженерно-геологическая съемка. Границы съемки проходят по обоим 
берегам реки, не удаляясь от подпорной горизонтали более, чем на 
2–3 км. При необходимости изучения каких-либо особых условий 
(устойчивость склона, возможность интенсивной фильтрации воды в 
соседнюю долину и пр.), а также при отсутствии по району исследований геологической карты необходимого масштаба границы съемки 
могут проходить на большем расстоянии от горизонтали подпора. 
Масштаб 
съемки 
определяется 
сложностью 
инженерногеологических условий территории (табл. 1). 
 

Т а б л и ц а 1  

 

Категория сложности

инженерно-геологических 

условий

Масштаб

Долина 

реки

Район возможного размещения 

гидроузла

1-й очереди
2-й очереди

I
1:200 000
1:25 000
1:50 000

II
1:100 000
1:10 000
1:25 000

III
1:50 000
1:5 000
1:10 000

 
Для определения сейсмической опасности (расчетной балльности землетрясений) на намеченных участках строительства используют нормативные документы и фондовые материалы в сочетании с 
маршрутным сейсмотектоническим обследованием местности и дешифрированием дистанционных снимков. 
Условия создания водохранилищ оценивают по данным мелкомасштабной инженерно-геологической съемки и там, где выявлены 
неблагоприятные условия, которые могут повлиять на разбивку реки 
на ступени, проводят более детальные дополнительные геологические съемки, разведочные, геофизические и гидрогеологические работы. Работы сосредоточивают на ключевых (типичных) участках. 
В случае ожидаемых существенных фильтрационных потерь из 
водохранилища или подтопления территорий при отсутствии данных для ориентировочных гидрогеологических расчетов намечают 
гидрогеологические поперечники и проводят на них в минимальном 
объеме опытно-фильтрационные работы и гидрогеологические 
наблюдения.  
Разведочные работы проводят для всех конкурирующих гидроузлов, но в большем объеме для объектов первоочередного  строительства. На участках проектируемых плотин выработки располагаются по поперечникам через долину. Для деривационных гидроузлов может быть пройдено также некоторое количество выработок 
по предполагаемым трассам деривации и на участке напорностанционного узла. Для наиболее перспективных и сложных объектов должно быть разведано два — три поперечника через долину 
или два — три профиля по трассе деривации, для остальных — не 
более одного. 
Скважины располагают на всех основных геоморфологических 
элементах долины (русло, террасы, коренные склоны и др.). Расстояние между скважинами в пределах каждого элемента для долин 
равнинных рек принимается 200–500 м, для очень узких горных долин — 50–100 м. При разведке последних используются также 
штольни, шурфы и канавы. 

Скважины и горные выработки, проходимые на створах плотин, 
должны соответствовать установлению очертаний коренного ложа 
долины, состава и структуры пород коренной основы и рыхлого четвертичного покрова, глубины зоны выветривания скальных пород, 
положению уровня подземных вод и водопроницаемости пород. При 
отсутствии данных о строении долины средняя глубина разведочных 
скважин для плотины высотой до 20 м принимается в два раза 
больше напора на плотине. При дальнейшем увеличении высоты 
плотин это соотношение уменьшается и для плотин высотой 100 м 
средняя глубина скважин равна высоте напора. Для более высоких 
плотин среднюю глубину скважин принимают меньше высоты 
напора. Глубину специальных скважин (структурных и др.) принимают исходя из их назначения. 
Геофизические исследования на стадии схемы выполняются в 
комплексе с геологической съемкой в масштабе 1:50000 – 1:100000 и 
бурением по отдельным профилям, расположенным вдоль и вкрест 
долины реки. При этом изучаются участки возможного расположения створов, трасс деривации, участков водохранилищ, месторождений стройматериалов. Применяется, в основном, комплекс электроразведочных методов (метод вертикального электрического зондирования, электропрофилирование), каротаж скважин, магниторазведка. В сложных инженерно-геологических условиях (наличие 
мерзлоты, нарушение устойчивости бортов долин, локальных переуглублений и пр.) для решения общегеологических задач возможно 
применение сейсморазведки. 
Гидрогеологические исследования проводят в районах всех гидроузлов, но их детальность зависит от очередности проектирования 
объекта. В состав этих исследований входят гидрогеологические 
наблюдения в процессе инженерно-геологической съемки и разведочных работ, а также опытно-фильтрационные работы (откачки, 
нагнетания, наливы) и в отдельных случаях режимные гидрогеологические наблюдения. Объем опытно-фильтрационных работ определяют исходя из необходимости выявить водопроницаемость тех 
слоев, которые после создания подпора могут стать путями фильтрации, существенной для водного баланса сооружения или могущей вызывать деформации основания. 
Исследования физико-механических свойств грунтов (в основном их физических показателей), их петрографического и химического состава проводят на пробах, отобранных из скважин, на всех 
объектах в объеме, необходимом для классификации грунтов, общей 
оценки их состояния и подбора аналогов (от 7 до 10 проб из каждой 

литологической разности). Определение прочности и сжимаемости 
основных разностей нескальных пород проводят лабораторными 
методами и в ограниченном объеме лишь для первоочередных гидроузлов, а для остальных эти показатели принимают по аналогам. 
Грунты считаются аналогичными, если при сходных литологии и 
генезисе показатели их состава и физических свойств отличаются не 
более чем на 30%, а основные параметры и технология строительства проектируемого сооружения и сооружения-аналога близки. Для 
скальных пород определяют временное сопротивление сжатию, а 
показатели прочности и сжимаемости принимают по методу аналогий и с помощью сейсмоакустических методов. На этом этапе следует получить предварительное представление о мощности естественных зон разуплотнения и выветривания, типе кор выветривания (физический или химический), наличии тектонических нарушений, степени трещиноватости пород в массиве на глубину области 
взаимодействия сооружений с геологической средой. 
На стадии схемы также выявляют естественные неблагоприятные для проектируемых сооружений геологические процессы и дают 
предварительный прогноз возможности развития в периоды строительства и эксплуатации сооружений инженерно-геологических 
процессов, представляющих угрозу сооружениям или окружающей 
геологической среде. 
При изысканиях устанавливают обеспеченность будущего строительства местными строительными материалами. В процессе работ 
выявляют месторождения и подсчитывают их запасы по категориям 
С1 и С2. Запасы в два-три раза должны превышать потребности 
строительства в стройматериалах. 
 
1.1.2. Изыскания для технико-экономического обоснования  
или технико-экономического расчета 
 
Это наиболее ответственный этап работ, потому что именно при 
технико-экономическом обосновании (ТЭО) должна быть выбрана 
площадка для строительства, включая место расположения основных сооружений (плотины напорно-станционного узла, трасс деривации и пр.), постоянных и временных поселков, производственной 
базы строительства, карьеров местных строительных материалов, 
перевалочных баз, трассы внешних коммуникаций, а также решены 
основные вопросы, связанные с созданием водохранилища (включая 
выбор отметки НПУ) и охраной окружающей среды. Расчетная стоимость строительства, предусмотренная в утвержденном ТЭО, явля

ется лимитом на весь период строительства. Изыскания выполняются в соответствии с техническим заданием, требования которого в 
виде примера приводится в прил. 1. 
Основными задачами инженерно-геологических изысканий для 
ТЭО гидроузла являются: 

 освещение и сопоставление природных условий, намеченных 
в схеме проектирования конкурирующих участков расположения 
сооружений гидроузла, для выбора одного из них в качестве первоочередного; 

 обоснование проектных решений на выбранном участке; 
 оценка условий создания водохранилища при различных отметках НПУ; 

 оценка влияния сооружений гидроузла и водохранилища на 
окружающую среду; 

 получение данных об обеспеченности строительства местными строительными материалами. 
Изыскания для ТЭО делятся на два этапа. На первом этапе 
изыскания проводят на всех конкурирующих участках возможного 
расположения гидроузлов для определения оптимального по инженерно-геологическим условиям участка. На втором этапе должны 
быть более детально освещены инженерно-геологические условия 
этих участков и даны рекомендации для выбора участка. 
На 
конкурирующих 
участках 
проводят 
инженерногеологическую съемку, горно-буровые и геофизические разведочные 
работы, 
гидрогеологические 
исследования, 
изучение 
физикомеханических свойств пород, а в районах, характеризующихся особыми условиями (например, высокой сейсмичностью, распространением вечной мерзлоты и пр.), — специальные исследования этих 
условий. Выполняют поисково-оценочные работы и предпроектные 
изыскания естественных строительных материалов. 
Инженерно-геологические съемки на конкурирующих участках 
створов плотин должны проводиться на местности со сложным геологическим строением в масштабе 1:5000, при средней сложности 
—  в  масштабе  1:10000,  при  простом  геологическом  строении —  
в масштабе 1:25000. 
Границы съемки устанавливают не ближе 200 м от контуров основных сооружений. При сложном геологическом строении помимо 
мелких выработок проходят отдельные структурные скважины. 
Для районов с фоновой сейсмичностью свыше 6 баллов выполняются сейсмологические исследования, предназначенные для де

тальной оценки сейсмологических и сейсмотектонических условий, 
и в частности: 

 определение зон возможных очагов землетрясений (ВОЗ), их 
основных характеристик и параметров сейсмических воздействий на 
участке строительства, обусловленных сильнейшими сейсмическими 
событиями в каждой зоне ВОЗ (I этап ТЭО); 

 оценка влияния на характеристики сейсмических воздействий локальных природных условий, прогноз возможности и величины тектонических и сейсмодеформаций; 

 определение расчетных сейсмических воздействий (предварительное) (II этап ТЭО). 
Разведочные работы обычно выполняют с помощью буровых 
скважин, шурфов, канав и штолен, размещаемых по поперечникам 
плотин. 
На выбранном участке расположение поперечников должно отвечать принятой компоновке сооружений. Расстояние между выработками принимают при простых инженерно-геологических условиях 
равным 200–300 м, сложных — 100–200 м и весьма сложных — 50–
100 м. На выбранных створах расстояния между разведочными выработками уменьшаются до 50–100 м. В пределах оснований бетонных сооружений расстояние должно быть меньше, чем в пределах 
земляных. 
Глубину скважин принимают исходя из необходимости построить инженерно-геологические разрезы на всю мощность активной 
зоны влияния сооружения на основание. Поэтому глубину выработок назначают с учетом конкретных геологических условий и типа 
сооружений. Глубина скважин должна быть достаточной, чтобы 
можно было: установить глубину залегания коренного ложа долины 
или водоупорных пород; установить состав рыхлых четвертичных 
отложений и коренных пород; выявить мощность зоны выветривания и естественного разуплотнения; охарактеризовать структурнотектонические условия; определить глубину залегания подземных 
вод, их уровни, химический состав и другие элементы геологического разреза. Штольни проходят в бортах долин горных рек. Они 
предназначены для выявления структурно-тектонических условий 
участка, мощности зоны выветривания и разуплотнения коренных 
пород, состояния и свойств относительно сохранных пород в зоне 
примыкания плотины. 
В комплексе с разведочными выполняют геофизические работы, 
как правило, на створах, которые представляются наиболее перспективными, а также по оконтуривающим поперечникам (выше и ниже