Буровые установки Инструмент и оборудование Оборудование для испытания грунтов Инъекционное и цементационное оборудование
Спецпредложения
Японцы намерены пробурить земную кору до мантии
Минпромторг утвердил подпрограмму по снижению доли зарубежного бурового оборудования, осваивающего Арктику
Компания «ПК Анкер Гео» расширила ассортимент малых буровых установок
Скидки на ловильный инструмент!
Призы при заказе от 100 000 руб!
Натриевый бентонит
Бентонитовый глинопорошок
Доставка товара
Скважинные камеры и уровнемеры
Компания «ПК Анкер Гео» ищет региональных дилеров

 
Главная > Полезное > Инженерно-геологические изыскания > Расчёт характеристик горных пород с помощью зондирования
—  Штамповые испытания грунтов
—  Статическое зондирование
—  Динамическое зондирование
—  Прессиометрические испытания грунтов
—  Строительство коттеджа: когда нужна геологоразведка и испытания грунтов?
—  Пенетрометр — мобильное оборудование для определения плотности грунта
—  Расчёт характеристик горных пород с помощью зондирования

Расчёт характеристик горных пород с помощью зондирования

Расчёт характеристик горных пород с помощью зондирования

Динамическое и статическое зондирование — два наиболее популярных метода получения сведений о грунте, применяемых при проведении изысканий. Они не отличаются высокой сложностью и не требуют наличия высокоточного и дорогостоящего оборудования. При этом оба метода способны дать предельно точные сведения о прочностных характеристиках породы, её плотности, однородности и устойчивости к деформациям. В результате компания, заказавшая изыскания, получает не только качественные, но и количественные значения вышеперечисленных характеристик, что существенно облегчает проектирование и строительство сооружения.

Точность и высокая скорость зондирования грунтов сделали этот метод полевых испытаний не менее востребованным, чем лабораторные исследования. Достаточно выдерживать требования ГОСТов или ведомственных нормативов, и получаемые в ходе зондирования значения будут иметь минимальную погрешность. Более того, с помощью полевой лаборатории и легко транспортируемого геологического оборудования можно быстро выявить наличие слабых слоёв и глубину их залегания, а также найти пласты плотных пород и определить степень их уплотнения. Но самое главное преимущество полевого зондирования состоит в том, что оно позволяет получать все данные в предельно сжатые сроки, в то время как оперативность часто играет решающее значение при выборе строительного участка.

Суть технологии

Зондирование грунтов осуществляется путём погружения в них конусов типового размера, но в одном случае они вдавливаются в породу с помощью мощного домкрата, в другом — вбиваются в неё. В первом случае приборы фиксируют усилие, затраченное на погружение конуса. Во втором — количество нанесённых по нему ударов, потребовавшихся для вбивания в породу. По итогам полученных в ходе статического зондирования данных строят график соотношения удельного сопротивления вдавливанию конуса к глубине залегания пласта. На основе данных, полученных в ходе зондирования с применением ударного механизма, строят график соотношения количества ударов к глубине залегания горной породы.

Механическая составляющая статического зондирования заключается в планомерном вдавливании в грунт специального зонда, на конце которого установлен конус. Угол при вершине этого конуса составляет 60°, а все швы тщательно отшлифованы, чтобы при расчётах не возникло погрешностей. В зависимости от ситуации могут применяться зонды различных конфигураций. Так, к примеру, для расчёта несущей способности свай применяются специальные зонды, позволяющие выявлять не только силу лобового сопротивления, но и степень сопротивления трению боковых поверхностей.

Что касается оборудования для зондирования грунтов динамическим способом, то здесь вместо домкрата используется ударно-вращательный механизм, усилие с которого передаётся на конус через бурильную колонну. В ходе такого исследования выявляется показатель N (количество ударов, требуемых для вбивания конуса на глубину 10 сантиметров). Зная показатель N, удельную энергию зондирования грунта (определяется параметрами используемого геологического оборудования), а также все коэффициенты динамического зондирования, можно вычислить параметр динамического сопротивления грунта qd. Зная его, в свою очередь, можно сделать выводы о плотности горной породы, её прочностных характеристиках и устойчивости к деформациям. Наиболее точные значения будут получены при зондировании грунтов песчаного типа. Чуть большая погрешность будет при исследовании суглинков и глин.

Точность данных, получаемых в ходе зондирования грунтов

Расчёт характеристик горных пород с помощью зондирования При довольно высокой точности, достигнутой с применением современного геологического оборудования, динамическое и статическое зондирование остаются экспресс-методами, рассчитанными на определение ключевых характеристик грунтового основания с преобладанием сыпучих и глинистых горных пород. Их главная задача — дать предварительную оценку однородности, устойчивости к деформациям и определить ряд других свойств грунта, необходимых для определения пригодности участка под запланированное строительство. Следует учитывать, что при комбинировании зондирования с другими формами изысканий, точность показателей значительно возрастает. Как правило, на ранних стадиях изучения участка под строительство к зондированию добавляют горно-буровые и геофизические исследования, а на более поздних его вовсе применяют исключительно в качестве дополнения, чтобы уменьшить погрешность полученных результатов.

Нормы и ГОСТы

Основным стандартом, регулирующим проведение зондирования грунтов и все сопутствующие расчёты, является ГОСТ 19912—2012. Много полезных рекомендаций содержится в СНиПе 11-02-96, заменившем собой устаревший CH 448-72. Согласно этим источникам, как динамическое, так и статическое зондирование следует осуществлять внутри очерченного периметра проектируемого сооружения. В отдельных случаях допускается отступление на 3-5 метров от него. Многолетняя практика зондирования грунтов показывает, что наиболее точные данные об их структуре можно получить, совмещая динамическое или статическое зондирование с глубокой проходкой горных выработок, как того требует ГОСТ. При этом зонды следует погружать в пяти метрах от скважин, из которых будет осуществляться выборка породы для лабораторных исследований.

Что касается глубины зондирования, то она определяется характером исследований участка и масштабом проекта. Как правило, чем массивней здание и его фундамент, тем глубже необходимо погружать конус и тем больше промежуточных значений N необходимо снять в ходе погружения. Однако глубина, на которую может войти зонд, ограничена 20 метрами для горных пород, что накладывает на метод определённые ограничения.

Сфера применения

Зондирование грунтов и допустимая сфера использования данного экспресс-метода регулируется СНиПом 11-02-96 и прямо коррелирует с типом породы. В некоторых случаях предпочтительно статическое воздействие на зонд, в некоторых — ударное. Так, к примеру, для мягко/текуче-пластичной консистенции динамический способ не подходит, в то время как статическое зондирование допускается. Для песчаных водоносных пород, напротив, вбивание конуса посредством ударно-вращательного механизма — единственный способ погрузить его на желаемую глубину. Более подробно со сферой применения данных экспресс-методов исследования горных пород можно ознакомиться, изучив таблицу, приведённую в СНиПе 11-02-96.

Вид и физическое состояние горных пород Способ зондирования
Статический Динамический
Песчаные:
крупно-, средне-, мелко- и тонкозернистые влажные и и маловлажные;
крупно-, средне-, мелкозернистые водоносные;
Допускаются
тонкозернистые пылеватые водоносные Допускается Не допускается*
Глинистые (супеси, суглинки и глины):
твердой, полутвердой и тугопластичной консистенции;
Допускаются
мягкопластичной, текучепластичной и текучей консистенции Допускается Не допускается*
Песчаные и глинистые с содержанием крупнообломочного материала Не допускаются
при более 25% при более 40%
Песчаные водоносные При определении динамической устойчивости
Не допускается* Допускается
Все виды горных пород в мерзлом состоянии Не допускаются
Скальные и полускальные
Крупнообломочные

* Допускается по специально разработанной методике при проведении экспериментальных работ.

Ключевые свойства грунта, выявляемые при статическом зондировании:

  • R общ — степень сопротивляемости грунта погружению зонда;
  • R кoн — значение сопротивляемости грунта вдавливанию конуса;
  • R тр — сопротивление грунта трению, возникающему вдоль стенок погружаемого бурового инструмента;
  • R уд— удельное сопротивление вдавливанию конуса.

R общ — главный параметр, определяемый в ходе статического зондирования. Он измеряется в килограмм-силах (кгс) и равняется усилию, подаваемому на конус домкратом. При использовании современного оборудования для зондирования грунтов, оснащённого мощной гидравликой, R общ представляется в виде произведения площади поршня домкрата и давления внутри него. Это можно представить в виде формулы

R общ = рFц,

где р — числовое значение, отображаемое манометром, а Fц — общая площадь внутренних стенок цилиндра гидравлического домкрата.

Вышеуказанная формула не учитывает трения, неизбежно возникающего между породой и погружаемым буровым инструментом. Если вынести эти силы за пределы уравнения, то получим точное значение сопротивляемости грунта вдавливанию зонда (R кон). Таким образом,

R кон = R общ – R тр.

Современное оборудование для зондирования грунтов статическим методом позволяет определять R кон по числовым значениям динамометра, а R общ — по числовым значениям манометра.

R уд — это сопротивление исследуемой породы вдавливанию, оказываемое на квадратный сантиметр поперечного сечения зонда. Высчитывается данный параметр методом деления сопротивления погружению конуса на площадь его сечения. Это можно представить в виде формулы

R уд = R кон / F к.

В ряде случаев требуется вычислить сопротивление грунта трению (например, для выявления несущей способности свай). Это делается по следующей формуле:

R тр = R общ – R кон

Современное геологическое оборудование для статического зондирования может выявлять за один заход не более двух параметров одновременно. Это может быть:

a) сопротивление грунта вбиванию/вдавливанию зонда + значение трения по плоскостям;
б) сопротивление погружению зонда + общее сопротивление породы.

Что касается зондирования динамического, то основная величина, определяемая в ходе данного процесса — это показатель N. Говоря простым языком, N — это кол-во ударов, которое требуется нанести ударному механизму для забивания конуса на 10 сантиметров. То есть

N = 10n / S,

где n — количество нанесённых молотом ударов, а S — глубина проникновения конуса в исследуемую породу.

Ещё одним важным качественным показателем грунта, определяемом при его динамическом зондировании, является Rд — динамическое удельное сопротивление породы. ГОСТ 19912—2012 приводит следующую формулу по его расчёту:

R д = КПоФn / S,

где Пo — коэффициент влияния эксплуатируемого бурового инструмента, К — коэффициент рассеивания энергии при работе ударно-вращательного механизма, Ф — коэффициент трения буровой колонки о грунт, n — количество ударов за взятую единицу времени, S — глубина, на которую зонд погружается в горную породу за взятую единицу времени.

 
 
© Copyright 2011-2017 г. ООО «ПК Анкер Гео» - буровые установки, оборудование и инструмент
Продвижение сайта: «Веб Гармония»