Опытные работы в скважинах виды объемы опытных работ при изысканиях

При инженерно-геологических изысканиях в скважинах, помимо отбора керна, образцов нарушенного сложения и монолитов, проводят­ся различные и многочисленные по своему характеру опытные работы.

Полевые методы исследования физико-механических свойств грунтов (инженерно-геологические исследования). К числу этих методов от­носятся статическое, динамическое и ударно-вибрационное зондирова­ние грунтов, статические нагрузки в шурфах и скважинах (штампами), сдвиг и обрушение в горных выработках, сдвиг в скважинах (крыльчатыми зондами), прессиометрия (обжатие стенок скважины), искиметрия (царапание стенок скважины), различные геофизические, в том числе радиоактивные, методы и др.

Все без исключения полевые методы позволяют получать сведения о физико-механических свойствах грунта без отбора образцов из скважин и горных выработок и без последующего анализа этих образцов в стационарных и полевых грунтовых лабораториях, т. е. в естественном залегании. К преимуществам полевых методов следует отнести более высокую надежность исходных сведении о грунтах, а в ряде случаев меньшие стоимость и сроки проведения работ.

Возможности и область применения полевых методов представ­лены в табл. 1.7.

Гидрогеологические исследования и наблюдения в скважинах занимают значительное место в общем комплексе опытных работ. Один из наиболее простых и распространенных видов гидрогеологических исследований — измерение уровня воды. Практически в любой инженерно-геологической скважине восстанавливают и замеряют уровень воды. Из других наблюдений следует назвать: определение температуры в скважине, отбор проб воды и газа, определение степени минерализации воды. Из значительных по времени гидрогеологических опытных работ могут быть зыделены прокачки, откачки из одиночных скважин, кустовые откачки, откачки с большим радиусом депрессии (по методу А. Г. Лыкошина), опережающее опробование водоносных горизонтов, нагнетание воды и воздуха в скважины, наливы воды в скважины и шурфы, определение скорости и направления движения подземных вод и др.

Из геофизических методов для исследования грунтов в скважинах используются электроразведка, сейсморазведка, различные виды ка­ротажа, в том числе радиоактивный, резистивиметрия, кавернометрия скважинная расходометрия, радиоиндикаторные наблюдения и др. Помимо перечисленных видов опытных работ, можно проводить телевизионный осмотр и фотографирование стенок скважин кернометрию и др.

Штамповые опыты в скважинах и шурфах

Метод полевого определения характеристик деформируемости грунтов регламентирован ГОСТ 20276—85. В соответствии с указан­ным стандартом испытания статическими нагрузками (штампами) следует проводить в грунтах без жестких структурных связей для определения модуля деформации, начального просадочного давления, относительной просадочности при исследованиях грунтов для стро­ительства. Стандарт не распространяется на грунты в мерзлом состоянии, а также на набухающие и засоленные грунты при испытаниях их замачиванием.

Испытания грунта штампами следует проводить в горных выработ­ках (котлованах, шурфах, дудках и буровых скважинах).

Таблица 1.7 Применимость полевых методов для изучения грунтов

Характеристика	Зондирование			Пенетра- ционно- каротаж-ный комп­лекс	Стати­ческие нагрузки	Прес- сиомет- рия	Испытания на сдвиг		Пенетра- ция, сов­мещенная с враща­тельным срезом
	стати­ческое	дина­мичес­кое	ударно- вибра- ционное				в горных выработ­ках	в сква­жинах
Рельеф кровли скальных пород, залегающих под рыхлыми отложениями	+	+	+	+	—	—	—	—	—
Границы между природными и насыпными грунтами и другие геолого-литологические контакты	+	+	+	+	—	—	—	—	—
Мощность, простирание и пространственное положение отдельных слоев и линз пород	+	+	+	+	—	—	—	—	—
Наличие ослабленных зон рыхлого сложе­ния (в песках), мягкопластичной и текучей консистенции (в глинистых породах), зон повышенной прочности	+	+	+	+	—	—	—	—	—
Глубина залегания уровня грунтовых вод и кровли водоупора	( + )	( + )	( + )	( + )	+	—	—	—	—
Положение верхней границы многолетне- мерзлых пород	+	+	+	+	—	—	—	—	—
Влажность грунта	—	—	—	+	—	—	—	—	—
Плотность	( + )	( + )	( + )	( + )	—	—	—	—	( + )
Консистенция глинистых грунтов	( + )	—	—	( + )	—	—	—	—	( + )
Общее сопротивление сдвигу	—	—	—	—	—	( + )	+	+	( + )
Угол внутреннего трения	( + )*	( + )*	( + )*	( + )*	—	( + )	+	+	( + )
Удельное сцепление	—	—	—	—	—	( + )	+	+	( + )
Модуль деформации	( + )	( + )	( + )	( + )	+	+	—	—	—
Просадочные свойства	—	—	—	—	+	+	—	—	—
Несущая способность свай	+	+	+	+	—	—	—	—	—
Степень уплотнения и упрочнения во времени искусственно сложенных (насып­ных и намывных) грунтов	+	+	+	+	—	—	—	—	+

Примечания.1. Скобки указывают, что определение ориентировочное. 2. Звездочками отмечены параметры, определяемые только для песчаных грунтов.

При испытаниях грунтов в шурфа площадь поперечного сечения шурфа должна быть определена в зависимости от необходимости крепления его стенок и глубины проходки. Минимальные допускаемые размеры шурфа в плане—1,5 х 1,5 м. Диаметр дудок, проходимых механизированным способом, должен быть не менее 0,9 м, диаметр буровых скважин для испытаний—325 мм. Бурить скважины следует вертикально с обсадкой трубами до забоя. Ударно-канатное и ви­брационное бурение скважин ближе 1 м до места испытания запрещается.

В состав установки для испытаний грунта штампом должны входить: штамп, устройство для нагружения штампа, анкерное устройство (для установок без грузовой платформы), устройство для измерения осадок штампа. Конструкция установки должна обеспечи­вать возможность нагружения штампа ступенями по 0,01—0,1 МПа, центрированную передачу нагрузки на штамп, постоянство давления на каждой ступени.

Штампы должны быть жесткими, круглой формы следующих типов: I—с плоской подошвой площадью 2500 и 5000 см2;

II—с плоской подошвой площадью 1000 см2 и кольцевой пригрузкой до площади, дополняющей площадь штампа до 5000 см2;

III —с плоской подошвой площадью 600 см2;

IV — винтовой штамп площадью 600 см2.

Тип и площадь штампа назначают в зависимости от испытыва­емого грунта по табл. 1.8.

Винтовой штамп состоит из одновитковой лопасти и ствола (рис. 11). Размеры винтового штампа должны соответствовать требованиям табл. 1.9

Штамповые установки различных конструкций состоят из со­бственно штампа, силового домкрата, анкерного устройства, устрой­ства для поддержания постоянной нагрузки и измерительного устрой­ства, а установки для испытаний грунтов в скважинах дополнительно снабжены колонной бурильных труб. В зависимости от способа восприятия реактивного усилия возникающего при загрузке штампа, конструкции штампов могут быть разделены на распорные (крепление установки распором в стенки шурфа или дудки) и свайные (крепление установки с помощью анкерных свай).

Рис. 11 Винтовой штамп

Таблица 1.8. Рекомендации по выбору площади штампа

Грунты	Положение штампа от­носительно уровня под­земных вод	Глубина испыта­ния, м	Место про­ведения ис­пытаний	Штамп
				Тип	Площадь, см2
Крупнообломочные; песча­ные— пески плотные и сред­ней плотности; пылевато- глинистые — глины и суг­линки с показателем теку­чести IL ≤0,25; супеси при IL≤0	На уровне подземных вод и выше	По всей толще	В котлова­не, шурфе, дудке		5000 2500 1000
Песчаные — пески рыхлые; пылевато-глинистые — гли­ны и суглинки с показате­лем текучести > 0,25; су­песи при IL>0; лессовые грунты, илы; биогенные	То же	То же	То же		5000 1000
Просадочные при испытани­ях с замачиванием	Выше уров­ня подзем­ных вод	»	В котлова­не, шурфе, дудке	I	5000
Крупнообломочные; песча­ные— пески плотные; пыле­вато-глинистые— глины и суглинки с показателем те­кучести IL ≤0,5; супеси при IL<0	На уровне подземных вод и выше	Ниже 6	На забое скважины	III	600
Песчаные; пылевато-глинис­тые—глины, суглинки и су­песи при любых значениях показателя текучести IL; лес­совые грунты, илы; биоген­ные	То же	Ниже 6	Ниже за­боя сква­жины	IV	600
	Ниже уров­ня подзем­ных вод	По всей толще	То же	IV	600
Пылевато-глинистые глины и суглинки с показателем текучести IL>0,5; супеси при IL> 1; илы; биогенные	Выше и ни­же уровня подземных вод	<10	В массиве без бурения скважины	IV	600

Таблица 1.9. Параметры винтового штампа

Параметры	При испытаниях
	ниже забоя скважины	в массиве без бурения скважины
Диаметр лопасти D, см Толщина лопасти t, см Шаг лопасти д, см Диаметр ствола d, см: на высоте 60 см выше лопасти на остальной высоте	27,7 1 5 5 12,7—21,9	27,7 1 8 7,3—11,4 7,3—11,4

Автоматизированная установка НИИоснований — одна из первых отечественных штамповых установок. Она позволяет проводить ис­пытания как в шурфах, так и на поверхности земли.

Реактивное усилие воспринимается винтовыми анкерными сваями. Последние представляют собой толстостенные трубы диаметром 74 или 114 мм и длиной 4,2 м. Установка может создать вертикальное давление до 0,35 МПа, масса установки 900 кг. Наряду со сжатием с помощью установки можно определять сопротивление грунта сдвигу за счет поворота кольца штампа гидроцилиндрами.

Техническая характеристика гидроцилиндров

Гидроцилиндр . Вертикальный Горизонтальный

Наружный диаметр, мм 230 140

Длина, мм 365 760

Площадь плунжера, см² 254 -

Ход поршня, мм 150 -

Грузоподъемная сила, Н 1000 100

Масса, кг 100 30

Из установок для испытания грунтов статическими нагрузками в сква­жинах особо следует остановиться на установке УДПШ-600 (диафраг- мовая пневматическая штамповая), разработанной УралТИСИЗом.

Техническая характеристика установки УДПШ-600

Глубина испытаний, м 10

Диаметр скважины, мм 350

Площадь штампа, см² 600

Система создания давления Воздушная

Предельное давление на грунт, МПа:

наименьшее 0,01—0,025

наибольшее 0,6

Ход штока пневмоцилиндра, мм 50

Осадка штампа, мм 0,1

Продолжительность хода часового механизма, ч 26 и 176

Точность записи (одно деление ленты) по времени, мин 15 и 120

Габаритные размеры, мм:

длина 1500

ширина .. ……………435

высота в рабочем положении, мм …..1000

Масса, кг ................;............ 140

Установка УДПШ-600 может обеспечивать автоматическую (при помощи регистратора, созданного на базе метеорологических термографов М-16С или М-16Н) и механическую (при помощи прогибомеров) запись результатов испытаний.

Установка УДПШ-600 (рис. 12) состоит из упорной балки 1, двух анкерных свай 11 с винтовыми домкратами 10, пневмокамерного цилиндра 2, предназначенного для создания давления на штамп 12, резиновой камеры 4, выполненной в виде тороида. Камера 4 и пневмокамерный цилиндр 2 соединены с баллоном 9 магистралью давления 3 при помощи штуцера 5 через редуктор 8. Манометры 6 и 7 контролируют давление в баллоне 9 и эластичной камере 4.

Рис. 12 Устройство УДПШ-600 для испытания грунтов статическими нагрузками

По сравнению с широко применяемой рычажной установкой КРУ-600 установка УДПШ-600 обладает следующими преимущест­вами: обеспечивает большую простоту монтажно-демонтажных опе­раций обладает меньшими металлоемкостью и габаритными раз­мерами, более проста в изготовлении, обеспечивает более высокие точность и достоверность результатов опыта.

Малогабаритная штамповая установка конструкции СевкавТИСИЗа МШУ-1 предложена для проведения испытаний грунта статическими нагрузками в скважинах глубиной до 15 м.

Техническая характеристика установки МШУ-1

Давление, передаваемое на штамп, МПа:

максимальное 06

минимальное 0,025

Рабочая площадь штампа, см² 600

Способ передачи давления на штамп Рычажно-зубчатый механизм

Число рычагов 2

Соотношение плеч рычагов 1:25

Ход зубчатой рейки при перемещении рычагов в крайние

положения, мм 12

Масса одного груза, кг 3

Число грузов - 48

Регистрация осадки штампа Самописцем или прогибомерами

Точность регистрации осадки штампа, мм 0,08

Габаритные размеры, мм 1700x 535x 1575

Масса установки (без грузов и комплектующих устройств),кг 130