§ 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

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

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

,

(I-1)

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 А_р, 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.

Модуль деформации определяется по формулам: E = 3Р_c — для песков и E = 7P_p — 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

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.