§ I.2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ СВОЙСТВ ГРУНТОВ В ПОЛЕВЫХ УСЛОВИЯХ И ПРИМЕНЯЕМОЕ ОБОРУДОВАНИЕ (ч. 1)
I.2.1. Буровые и горнопроходческие работы
В задачи проходки горных выработок входят: установление геологического строения площадки, изучение литологического состава грунтов, установление гидрогеологических условий, отбор образцов грунтов и проведение полевых исследований для определения физико-механических характеристик грунтов.
Виды горных выработок, условия их применения и предельные глубины приведены в главе СНиП II-А.13-69. Основные способы бурения и их средняя производительность указаны в табл. I-5.
Таблица I-5
Средняя производительность различных способов бурения
Способ бурения | Средняя производительность, м/смену |
Ручной ударно-вращательный Колонковый Ударно-канатный кольцевым забоем То же, сплошным забоем Шнековый Вибрационный |
13,1 12,7 14 2,8 19,3 33,9 |
Марки наиболее часто используемых буровых станков приведены в табл. I-6.
Основную номенклатуру бурового оборудования выпускает машиностроительный завод им. Воровского в Свердловске. Отбор образцов грунтов из скважин производится в соответствии с ГОСТ 12071-72.
Для отбора из скважин образцов грунта ненарушенного сложения (монолитов) используются следующие способы погружения грунтоносов: ударный (забивной), вдавливаемый, обуривающий, вибрационный, вращательный.
Для шурфопроходческих работ серийно выпускаются установки КШК-30 и ЛБУ-50. Для проходки шурфов также применяют буровые установки УРБ-2А, УГБ-50А, СБУД-150-ЗИВ. Бурение шурфов осуществляется вращательным способом с использованием шнековых и ложковых буров и ударным способом с применением забивных ячеистых стаканов. Средняя производительность ручной проходки шурфов в смену составляет 3 м, а механической — до 10 м.
Таблица I-6
Буровые станки
Марки | Способы бурения | Для каких целей используются | Средняя производительность, м/смену |
УГБ-50М, УГБ-50А | Шнековый, колонковый, ударно-канатный | Для бурения инженерно-геологических скважин ø89—219 мм, глубиной до 30 м в нескальных грунтах | 18,5 |
СБУД-150-ЗИВ | Колонковый, ударно-канатный | 10,5 | |
СБУЭ-150-ЗИВ | То же | 8,6 | |
АВБ2М, АВБ1М | Вибрационный, ударно-канатный | 24,1 | |
ВБУ-ГАЗ-63 | Вибрационный | 38 | |
БУЛИЗ-15 | Шнековый, ударно-канатный, вибрационный, колонковый | 19,1 | |
Д-5-25 | Ударно-канатный | 17 | |
БУКС-ЛГТ | –||– | 12,2 | |
УБП-15М, УБП-15 | –||– | 10,6 | |
Д-10 | Шнековый, колонковый | Для проходки зондировочных скважин ø менее 89 мм, глубиной до 7 м | 16,6 |
БУГ-100 | Ударно-канатный сплошным и кольцевым забоем | Для бурения гидрогеологических скважин ø168—377 мм и более, глубиной до 200 м | 3,2 |
УКС-22М, УКС-30 | Ударно-канатный сплошным забоем | 2,3 | |
УРБ-ЗАМ | Роторный | 5,5 |
I.2.2. Испытания грунтов статическими нагрузками с помощью штампов и прессиометров
Метод испытания грунтов статическими нагрузками применяют для определения модуля деформации Е. При этом методе получают наиболее достоверные данные. Испытания штампами проводят в соответствии с ГОСТ 12374-66. Для просадочных грунтов помимо определения Е находят относительную просадочность и начальное просадочное давление.
Для испытаний в шурфах применяют штамп площадью 2500 и 5000 см2, а в скважинах — площадью 600 см2. Штамповые установки серийно не выпускаются, а изготовляются мастерскими и заводами изыскательских и научно-исследовательских организаций. Наиболее известными являются установки НИИ оснований и подземных сооружений (НИИОСП) Госстроя СССР, ГПИ Фундаментпроект Минмонтаж-спецстроя, Уральского политехнического института (УПИ), Института строительства и архитектуры АН БССР и др. НИИОСП и Фундаментпроектом создана установка, в которой используется штамп малой площади (500 или 1000 см2) с кольцевой жесткой пригрузкой. Установка заменяет стандартный штамп площадью 5000 см2 и позволяет уменьшить трудоемкость испытаний и ускорить их проведение.
Для испытаний грунтов в буровых скважинах применяются установки Института строительства и архитектуры АН БССР, УралТИСИЗа и др.
Сущность прессиометричского метода заключается в обжатии стенок буровой скважины на некотором участке ее длины боковым равномерным давлением с замером деформаций стенок скважины. Установка для испытаний компактна и не требует анкерных устройств для восприятия реактивного давления грунта. Установка состоит из опускаемой в скважину резиновой камеры, аппаратуры для создания давления и измерительных приборов (рис. I-1).
По способу создания давления и замера деформаций существующие конструкции прессиометров разделяются на гидравлические и пневматические.
К гидравлическим относятся: прессиометр ПС-1 (Фундаментпроекта), П-89 (УПИ), дилатометр Д-76 (НИИ оснований), прессиометр ЦНИИС. К пневматическим относятся: прессиометр Фундаментпроекта, П-89-Э и ЭВ-90/127 (УПИ и УралТИСИЗ), ИГП-21 (ВСЕГИН-ГЕО).
Значения модуля деформации по данным прессиометрических испытаний вычисляются по формуле
где k — корректировочный коэффициент, устанавливаемый экспериментально при сопоставлении результатов испытаний грунта методами прессиометрии и штампа;
d0 — начальный диаметр скважины, см;
Δр — приращение удельной нагрузки между двумя точками на кривой, МПа (рис. I-2);
Δd — приращение деформации стенок скважины, соответствующее Ар, см.
Значения коэффициента k принимают в зависимости от глубины проведения испытания (h):
k = 3 при h < 5 м;
k = 2 при 5 м ≤ h ≤ 10 м;
k = 1,5 при 10 м < h ≤ 20 м.
I.2.3. Статическое зондирование грунтов
Для оценки положения границ между слоями грунта различного состава и состояния, степени однородности грунтов используется метод статического зондирования, а как косвенный метод он применяется для получения характеристик грунта и сопротивления под острием и по боковой поверхности забивных свай [4, 49, 52].
Статическое зондирование должно выполняться в комплексе с буровыми работами (рис. I-3) и с испытаниями грунтов лабораторными и полевыми методами. Справочные данные для определения плотности песков указаны в табл. I-7.
Ниже приведена зависимость углов внутреннего трения песков крупных, средней крупности и мелких от сопротивления грунта под коническим наконечником.
Сопротивление погружению конуса Рс, МПа | 1 | 2 | 4 | 7 | 12 | 20 | 30 |
Угол внутреннего трения, град | 26 | 28 | 30 | 32 | 34 | 36 | 38 |
Модуль деформации определяется по формулам: E = 3Рc — для песков и E = 7Pp — для суглинков и глин.
Для статического зондирования применяются следующие установки: С-979 (Фундаментпроекта), С-832 (Башниистроя), УСЗК-3 (УралТИСИЗ), установка ЦНИИС, а также приставка ПНИИИС для статического зондирования к буровой установке УГБ-50А.
Таблица I-7
Плотность песков по данным зондирования
Виды песков |
Степень влажности песков | Зондирование | Плотность сложения песков | |
статическое | динамическое | |||
сопротивление погружению конуса Рc, МПа |
условное динамическое сопротивление погружению конуса Рд, МПа |
|||
Крупные и средней крупности | Независимо от влажности | < 5 От 5 до 15 > 15 |
< 3,5 От 3,5 до 12,5 > 12,5 |
Рыхлые Средней плотности Плотные |
Мелкие | Маловлажные и влажные | < 4 От 4 до 12 > 12 |
< 3 От 3 до 11 > 11 |
Рыхлые Средней плотности Плотные |
Водонасыщенные | < 4 От 4 до 12 > 12 |
< 2 От 2 до 8,5 > 8,5 |
Рыхлые Средней плотности Плотные |
|
Пылеватые | Маловлажные и влажные | < 3 От 3 до 10 > 10 |
< 2 От 2 до 8,5 > 8,5 |
Рыхлые Средней плотности Плотные |
Водонасыщенные | < 2 От 2 до 7 > 7 |
– | Рыхлые Средней плотности Плотные |
Серийно Московским заводом строительных машин выпускается установка С-979. Опытными партиями этим же заводом выпускается установка С-832. Глубина зондирования составляет 15—20 м.
Статическое зондирование используется также в комплексе с радиоактивным каротажем. В процессе испытаний грунтов помимо измерения сопротивлений грунта вдавливанию зонда регистрируется по глубине изменение интенсивности рассеивания радиоактивного излучения.
На основе тарировочных данных и соответствующих корреляционных зависимостей осуществляется расчленение толщи грунтов на слои и определяются их физико-механические характеристики.
При пенетрационно-каротажных методах применяются установки: СПК конструкции ВСЕГИНГЕО и СКБ МГ СССР, передвижная радиометрическая установка НИИОСП, установка «Бузонкар», созданная ЦТИСИЗ и НИИОСП.