Динамическое зондирование

Динамическое зондирование грунтов осуществляется в соответст­вии с рекомендациями ГОСТ 19912—81. Стандарт не распространяется на грунты песчаные и глинистые, содержащие крупнообломочные включения более 40% по массе, а также грунты всех видов в мерзлом состоянии.

Динамическое зондирование следует проводить путем забивки или вибропогружения в грунт зонда с одновременным измерением непрерывно или через заданные интервалы по глубине; значений сопротивления грунта под наконечником. Динамическое зондирование в зависимости от условий передачи ударов на зонд подразделяется на ударное и ударно-вибрационное.

Динамическое зондирование следует применять в сочетании с дру­гими видами инженерно-геологических исследований примерно для тех же целей, что и статическое зондирование, однако его возможности несколько ограничены.

В результате полевых испытаний грунтов динамическим зондированием определяют условное динамическое сопротивление грунтов Pd, которое вычисляют по формуле

где А—удельная энергия зондирования, определяется по табл. 11.8 в зависимости от типа применяемой установки; n—количество ударов в «залоге»; h—глубина погружения зонда за «залог», м; k—коэф­фициент учета потерь энергии при ударе молота о наковальню и на упругие деформации штанг, определяемый по табл. 11.9 в зависимости от типа установки и глубины зондирования; Ф—коэффициент учета потерь энергии на трение штанг (при их повороте) о грунт.

Глубина зондирования и расположение точек зондирования в плане должны определяться заданием на проведение инженерно-геологичес­ких исследований грунтов.

К числу известных и применяемых установок для динамического зондирования следует отнести: УБП-15М, ЦНИИСа, НИИоснований, ПНИИИСа, АДЗ Киевгипротранса, приставки НАП-10 к установке БУЛИЗ-15, приставки к буровым станкам УГБ-50, БУКС-ЛГТ, АВБ2М, переносные пенетрометры ДИИТа и др.

Основные параметры некоторых отечественных установок для динамического зондирования представлены в табл. 11.11.

Пенетрационные установки АДЗ-2Т-25, АДЗ-1С-15 и А1ДЗ-ЗЛ-8 конструкции Киевгипротранса смонтированы на базе станка БУКС- ЛГТ. Они отличаются полной автоматизацией процессов зондирования и записи результатов, которая осуществляется за счет использования специальной электрической системы, включающей генератор, приво­димый от станка, магнитную муфту, соединенную с рычагом сцепления лебедки, и счетчик ударов.

Пенетрационное устройство конструкции ЦНИИСа позволяет зондировать грунты в скважинах, что позволяет исключить трение шланг о грунт, особенно возрастающее с глубиной, и потери энергии на упругие деформации штанг. Устройство опускают в скважину на легких дюралевых трубах, удары наносят непосредственно по наконечнику. Диаметр конуса 33,5 мм, масса молота 10 кг, высота сбрасывания 0,5 м.

Автоматический пенетрометр НАП-10 конструкции Энергосеть- проекта— навесное устройство к буровой установке БУЛИЗ-15. Масса устройства (без штанг) 144 кг. Для отсчета числа ударов в пенет­рометре использован импульсный счетчик, а для записи —импульсное реле. Тяговое реле, включаемое через промежуточное реле, служит для автоматического включения тормоза лебедки.

Переносные пенетрометры ДИИТа предназначены для оценки прочности и плотности грунтов.

Легкий пенетрометр ДИИТ-4 предназначен для зондирования грунтов на глубине до 1,2 м. Масса его 3,5 кг, длина 2 м, диаметр конуса 20 мм, угол конуса 30°. Молот поднимают вручную.

Средний пенетрометр ДИИТа предназначен для зондирования грунтов на глубине 5—6 м. Он состоит из металлического конуса диаметром 40 мм с углом при вершине 60°, штанг, размеченных штрихами через 10 см, и молота массой 10 кг; высота падения молота 0,6 м.

Таблица 11.11. Основные параметры некоторых установок для динамического зондирования

Тип установки	Параметры зонда				Масса молота, кг	Высота падения молота, м	Предель­ная глуби­на зондиро­вания, м	Тип привода
	Диаметр конуса, мм	Угол конуа при вер­шине, гра­дус	Диаметр штанг, мм	Длина звена штанг, м
УПБ-15М	74	60	42	1,4	60	0,8	15	Двигатель буровой ус­тановки
Ручной динамический зонд ЦНИИСа	35,6	60	22	1	10	0,5	<10
Ручной динамический зонд ВСЕГИНГЕО	35,6	60	22	1	20	0,5	<10
Установка НИИоснований	74	60	50	1,5	60; 80; 100	1	<15	Электро­двигатель
Навесной автоматический пе­нетрометр НАП-10	74	60	42	—	60	0,8—1,2	<10	Двигатель буровой ус­тановки

БелГИИЗом разработан ряд регистраторов для измерения пара­метров динамического зондирования: электронный со счетным входом на транзисторах и тиристорах; электронный аналоговый на тран­зисторах; электромеханический на транзисторах и тиристорах; элек­тромеханический на тиристорах. Первые три типа регистраторов работают с графическими индикаторами — самопишущими серийными приборами, имеющими широкую (100 мм) ленточную диаграмму. Четвертый тип регистратора производит запись на узкой (5 мм) диаграмме.

При зондировании на широкой диаграмме вычерчивается график условного динамического сопротивления грунта (ось абсцисс) по глубине (ось ординат). На узкой ленте ставят метки, расстояние между метками соответствует P_D.

Все типы регистраторов можно использовать с любым типом установки для динамического зондирования. Дополнительные элемен­ты, которые монтируются на установках, показаны на рис. 11.10.

Параметры аналогового регистратора

ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ СКВАЖИНЫ И ИХ ОСОБЕННОСТИ 1

К числу перспективных разработок в области динамического зондирования следует отнести механизированную установку электро­механического зондирования (ЭДЗ) конструкции ЦНИИСа.

Ударно-вибрациомиое зондирование

Ударно-вибрационное зондирование применяют для тех же целей, что и статическое и динамическое. По существу, ударно-вибрационное зондирование—разновидность динамического зондирования, поэтому его следует проводить в соответствии с ГОСТ 19912—81. В качестве республиканских норм могут быть также рекомендованы РСН 62—87 Госстроя БССР.

Учитывая большую производительность ударно-вибрационного зондирования, достигающую 100 м в смену и более, его следует применять для выявления степени однородности зондируемых грунтов, определения несущего слоя для свайного основания, выявления и оконтуривания в плане и по глубине зон для точной привязки места проведения последующих опытных работ, выбора оптимального варианта отбора монолитов.

Рис. 18 дополнительные элементы, монтируемые на установках для записи параметров динамического зондирования:

1-тренога; 2-регистратор; 3-механизм подъема рейки; 4-контакты; 5-измерительная рейка; 6-щетка; 7-мачта установки; 8-рычаг управления ударным механизмом

При ударно-вибрационном зондировании так же, как и при динамическом, определяют условное динамического сопротивление грунтов P_D (Па), которое вычисляют по эмпирической формуле

P_D= k_в* k_П

ν

Где: k_в — безразмерный коэффициент, учитывающий потери энергии при ударно-вибрационном зондировании; k_П — коэффициент, учитывающий параметры применяемого оборудования (для принятых ниже параметров оборудования k_П = 224 • 10³ Н/м * с); ν— скорость ударно-вибрационного зондирования, м/с.

Испытания грунтов ударно-вибрационным зондированием прово­дят с использованием установки (рис. 11.11), основным рабочим органом которой является виброагрегат АВБ-2М. Технические данные установки для проведения ударно-вибрационного зондирования долж­ны соответствовать ГОСТ ло19912—81.

На установке ударно-вибрационного зондирования применяется автоматическое устройство для регистрации скорости и глубины погружения зонда в грунт.

Основные параметры технических средств для ударно-вибрационного зондирования

Вибробуровой агрегат АВБ-2М:

глубина зондирования, м 20

масса вибромолота, кг 350

ход ударной части вибромолота, м 0,135

статический момент массы дебалансов, кг-м 2

частота ударов молота, уд/мин 300-1200

Зонд:

угол при вершине конуса, градус 60, 9±2

диаметр основания конуса, мм 100±2

наружный диаметр штанги, мм 63,5

длина штанги зонда, м ≤ 1,5

Измерительное и регистрирующее устройство:

диапазон отображения и регистрации скорости

погружения зонда, м/с 0,01—0,9

ширина рабочей части диаграммной ленты, мм 100

интервал зондирования, на котором определяется

средняя скорость, м …………………………………….0,225

масштаб регистрации глубины зондирования ……….1:100

погрешность (относительная) измерения

скорости, % ≤5

напряжение питания, в ... 12

потребляемый ток, А 0,2

диапазон рабочих температур, с От -10 до +50

Масса, кг ………………………………………………...≤5

Рис. 19 Схема установки для ударно-вибрационного зондирования грунтов: 1-измерительная рейка; 2 —контакты датчиков; 3-скользящий контакт; 4-вибромолот; 5 —штанги; 6 — соединительный кабель; 7—разъем;; 8- регистратор; 9-штатив;

10 — наконечник; 11-вибробуровой агрегат АВБ2М

При включении электродвигателя вибромолота конус зонда начина­ет внедряться в грунт со скоростью, зависящей от гранулометричес­кого состава грунта, его состояния и плотности. Тактовый генератор импульсов заполняет счетчик с частотой 2 Гц в период погружения зонда на интервал зондирования (22,5 см). Интервалы отмечены контактами на преобразователе соединенными в две линии управления состоянием входного RS триггера. Щетка движется одновременно с зондом и является носителем логического «0». При погружении зонда на интервал щетка касается контакта, сигнал логического «0» воздействует на триггер переворачивает его, элементом включается двигатель лентопротяжного механизма.

Результаты зондирования записываются в виде непрерывного ступенчатого графика изменения по глубине скорости погружения зонда.

С помощью ударно-вибрационного зондирования по специальной методике может быть ориентировочно оценен модуль деформации зондируемых грунтов. При этом такая оценка будет тем точнее, чем больше скорость погружения зонда, т. е. чем в более слабый грунт погружается зонд.

Установка для ударно-вибрационного зондирования грунтов на базе вибробурового агрегата АВБ-2М выпускается Свердловским машиностроительным заводом им. Воровского.

Комплексы бурового и опытного оборудования

В последние годы наметилась тенденция создания комплексов оборудования для проведения полевых исследований свойств грунтов и бурения скважин.

Портативная полевая лаборатория ПЛГ-1РМ предназначена для инженерно-геологических исследований слабых грунтов на территориях распространения болот, водонасыщенных песчано-глинистых, илистых и других рыхлых отложений в сложных природных условиях.

В состав полевой лаборатории входят: вдавливающая установка УЗП-7, сдвигомер-крыльчатка СК-10, зондовый пенетрометр П-5 лопастной прессиометр ЛП-7 или ЛП-12, лопастной грунтонос ЛГ-6, торфяной бур ТБ-6, режущие цилиндры РЦ-1, совмещенные штанги ШТ-36/22.

В состав лаборатории входят: вдавливающая установка УЗП-10,

комплект совмещенных штанг и измерительных устройств для проведе­ния статического и динамического зондирования и вращательного среза, лопастной грунтонос ЛГ-6, лопастной прессиометр ЛП-12.

Динамическое зондирование проводится автоматически с записью результатов зондирования самописцами и фиксацией количества ударов через 10 см погружения зонда.

При статическом зондировании раздельно определяют сопротив­ление грунта под конусом зонда и удельное сопротивление по боковой поверхности.

Техническая характеристика установки УЗП-10

Усилие вдавливания, кН 40

Глубина зондирования, м 15

Мощность двигателя, кВт 3,2

Высота падения молота, см 80

число ударов в 1 мин 24

Диаметр, мм:

лопастей винтовой связи 200

рабочих штанг 22; 36: 42

Длина штанг, м 1

Габаритные размеры, мм 910 х 1120 х 2700

Масса, кг:

установки 150

колота 60

общая лаборатории ПЛГ-10 500

Полевая лаборатория ПЛГ-10М предназначена для инженерно- геологических исследований песчано-глинистых грунтов средней плот­ности в труднодоступных условиях. С помощью оборудования, включенного в лабораторию, можно обеспечить бурение скважин, статическое и динамическое зондирование, испытание грунтов вра­щательным срезом и прессиометрией.

Буровое оборудование, входящее в состав ПЛГ-10М, обеспечивает проходку скважин вращательным способом на глубину до 15 м в песчано-глинистых грунтах без обсадки их трубами. Кроме того, оно позволяет отбирать образцы грунта ненарушенного сложения или геологической документации и определения физических харак­теристик грунтов.

Буровой станок монтируют на специальной быстросъемной под­ставке, которая может перемещаться в направляющих рамы уни­версальной вдавливающей установки УЗП-10М, являющейся базой лаборатории

ПЛГ-10М.

Буровой инструмент подается на забой вручную посредством двухрядной цепи с усилием 40 кН. Установка УЗП-10М анкеруется с помощью винтовых свай. Для удобства транспортирования рама установки оборудована колесами.

Техническая характеристика лаборатории ГЛГ-10М

Глубина зондирования, м ≤20

Усилие вдавливания, кН ........ 40

Привод Ручной и механи­ческий

Мощность двигателя, кВт 3,2

Диаметр скважины, мм 75

Способ бурения Вращательный

Максимальный крутящий момент, Н • м 240

Масса падающего груза, кг 60

Высота падения груза, мм 800

Число ударов в I мин 17

Расстояние между анкерными сваями, мм 730

Диаметр, мм:

лопасти винтовой сваи 250

рабочих штанг 22; 36: 42

Длина штанг, мм 1000

Габаритные размеры, мм ' 960x1070x2850

Масса, кг:

универсальной вдавливающей установки 180

оборудования для бурения 17,3

оборудования для статического зондирования 42

оборудования для динамического зондирования 76

оборудования для вращательного среза 145

Техническая характеристика установки УЗП-12М

Мощность двигателя мотопилы «Дружба-4», кВт 3

Максимальное вертикальное усилие, кН 60

Глубина зондирования, м 20

Масса падающего молота, кг 60

Высота падения молота, м 0,8

Число ударов в Гмин 17—25

Площадь, см2:

штампов лопастного прессиометра ………………………40

срезной пластины прессиометра-сдвигомера 40

Диаметр бурильных шнеков, мм 73

Число шин для транспортировки 2

Число анкерных свай 4

Масса, кг:

максимальная отдельного узла 56

установки в сборе 185

Габаритные размеры, мм 950x800x3000

Цена, руб 4200

Установка УЗБ-12М комплектуется мотобуром М10 с буровым инструментом, что позволяет бурить зондировочные скважины шнековым способом. Вертикальная стойка с механическими передачами установлена на крестообразной опорной рамке с возможностью полного поворота вокруг оси, что обеспечивает использование силовых механизмов в разных положениях.

Компактность, небольшая масса и возможность разборки установ­ки на отдельные узлы обеспечивают ее доставку на объекты изысканий любым видом транспорта.

Многолетняя практика применения установки и ее модификации показала, что она может быть эффективно использована при гоне­ниях в сложных условиях: заболоченные, покрытые лесом и сильно пересеченные территории, озерно-речные акватории, стесненные пло­щадки при реконструкции зданий и сооружений, отдаленные районы отсутствием дорог к др.

Установка для бурения и статического зондирования УГБ-500М-СЗ

ПНИИИСа обеспечивает бурение гидрогеологических и инженерно­го -гелогических скважин шнековым, колонковым и ударно-канатным способами с расхаживанием и принудительным вдавливанием труб и проведение статического зондирования.

Установка создана на базе серийно выпускаемой буровой установки УГБ-50М. Она оснащена новым оригинальным механизмом подачи, новыми соединительными узлами, измерительной и анкерной систе­мами. Установка позволяет исследовать песчаные и глинистые грунты различной плотности зондами любой конструкции.

Техническая характеристика установки УГБ-50М-СЗ

Глубина бурения, м 50

Диаметр скважины, мм 198

Максимальная глубина зондирования, м 20

Скорость, м/мин:

вдавливания зонда 1-1,5

извлечения зонда 7

Максимальное усилие вдавливания, кН 104

Тип вдавливающего устройства . Гидравлическим меха­низм подачи вращателя

Глубина погружения обсадных труб, м 30

Диаметр обсадных труб, мм 127;146; 168

Тип анкерной системы Рамная с продольным

расположением двух

винтовых свай

Комплекс бурового и опытного оборудования для инженерно- геологических исследований на базе буровой установки УГБ- 50 М УралТИСИЗа позволяет повысить производительность бурения инженерно-геологических скважин, улучшить качество и снизить стоимость опытных исследований в скважинах.

На буровой установке (рис. 11.14) смонтированы компрессор ГСВ-1/12 и пневмоударник П-105. Кроме того, установке придается набор приставок и инструментов для обеспечения проведения опытных работ: статического и динамического зондирования, бурения скважин большого диаметра, бурения скважин под штампы площадью 600 см², бурения и обустройства скважин для определения плотности и влаж­ности грунтов, опытных откачек.

Рис. 11.14. Комплекс бурового и опытного оборудования для инженерно-геологи­ческих исследований на базе буровой установки УГБ-50М:

1— компрессор; 2 —бур для проходки шурфов; 3 — приставка для динамиче­ского зондирования; 4 —приставка для статического зондирования; 5 — раз­движная креп

Техническая характеристика компрессора ГСВ-1/12

Подача, м3/мин 1

Конечное давление сжатого воздуха, МПа 1,2

Габаритные размеры (без электродвигателя

и воздухосборника), мм 510x860x718

Масса (без электродвигателя и

воздухо­сборника ). кг 147

Техническая характеристика нневмоуд арника П-105

Наружный диаметр корпуса, мм 25

Энергия удара, Дж 75

Число ударов в 1 мин 1500

Диаметр скважины, мм 113

Тип коронок ..... КП-113

Техническая характеристика приставки для стати­ческого зондирования

Глубина зондирования, м ………………………………20

Наружный диаметр зонда, мм 36

Площадь конуса, см² 10

Угол при вершине конуса, градус 60

Максимальное усилие вдавливания, кН 100

Масса приставки, кг 140

Техническая характеристика приставки для динамического зондирования

Глубина зондирования, м 20

Масса молота (от УБП-15М), кг 60

Привод…………………………………… От лебедки установки УГБ-50М

Диаметр штанги зонда, мм 12

Угол при вершине конуса зонда, градус 60

Мааса приставки, кг 200

Техническая характеристика бура ШБ-1М для проходки шурфов конструкции Усть-Каменогорского филиала КазГИИЗа

Тир бура ………………………….Плоские секторы с дву­мя режущими кромка­ми армированными твердым сплавом

Диаметр бура, мм:

без расширителя 730

с расширителем 780

Способ извлечения выбуренной породы На канате без подъема

ведущей штанги

Техническая характеристика раздвижной крепи конструкции УТГУ

Диаметр, мм:

минимальный 730

максимальный 750

Длина одной секции, мм 1000

Масса одной секции, кг ……………………………………………..48

Помимо перечисленного оборудования, установке придаются: грунто­нос вдавливаемого типа для отбора монолитов из забоя шурфа (наружный диаметр грунтоноса 168 мм, внутренний 158 мм, высота 470 мм); буровая головка под штампы площадью 600 см² с наружным диаметром 350 мм и массой 25 кг; устройство для подчистки с наружным диаметром 350 мм; комплект труб для применения радиоизотопных приборов НИВ и ГГП (наружный диаметр 51 мм, внутренний 46 мм, длина секции 750 мм и масса секции 2,2 кг); оборудование для эрлифтной откачки (максималь­ная подача 0,5 л/с, максимальная глубина погружения 20 м, диаметр воздушного шланга 16—18 мм, диаметр водоподъемного шланга 25 мм).

Установка разработана и выпускается УралТИСИЗом.

Зондировочно-буровая установка УЗБ-50 (УГБ-1ВС) предназначена для выполнения инженерно-геологических работ на объектах промышленного и гражданского строительства. Она позволяет выполнять: бурение инженерно-геологических скважин вращательным и ударным способами, отбор образцов грунтов нарушенной и ненарушенной структуры, статическое зондирование, буровое зондирование с опре­делением энергии разрушения грунта на забое скважины, опытные работы по определению деформационных и прочностных харак­теристик грунтов в условиях их естественного залегания методом лопастной прессиометрии.

В состав комплекта входят: установка УЗБ-50 на шасси ЗИЛ-131, грунтоносы вдавливаемый и обуривающий, зонд статического зондирования, лопастной прессиометр-сдвигомер ЛПМ-2-19, ЛПМ-2-24, лопастной прессиометр-сдвигомер ЛПМ-2-24С, комплект приборов автоматизированной системы регистрации параметров рабочих процес­сов, комплект бурового инструмента.

Техническая характеристика УЗБ-50

Глубина бурения, мм:

шнеками диаметром 135—180 мм 50

колонковым способом (инструмент диаметром 151 мм) 50

шурфов диаметром 650 мм 12

ударно-забивным способом (инструмент диаметром

127 мм) 25

Максимальный крутящий момент, кН * м 5

Усилие вдавливания зондов, кН 120

Технологические процессы статического и бурового зондирования, лопастной прессиометрии обеспечиваются автоматическими системами измерений и накопления исходной информации с целью последующей ее отработки и интерпретации результатов на ЭВМ по специальным программам.