Навигация:
Главная → Все категории → Свайные работы

Определение свойств грунтов в полевых и лабораторных условиях и применяемое для этого оборудование


Определение свойств грунтов в полевых и лабораторных условиях и применяемое для этого оборудование

Исследования для определения физико-механических свойств грунтов проводят в полевых и лабораторных условиях при помощи специальных машин и приборов.

Для построения геологического разреза и изучения гидрогеологических условий строительной площадки, для отбора образцов грунтов с целью изучения их литологического состава осуществляют шурфопроходческие и буровые работы.

Шурфы устраивают с помощью серийно выпускаемых установок КШК-ЗОА и ЛБУ-50. Кроме того, для этих работ используют и буровые установки (без внесения существенных изменений в их конструкции), из числа которых чаще применяют следующие: УРБ-2А, УГБ-50М, СБУДМ-150-ЗИВ.

При устройстве шурфов пользуются вращательным либо ударным бурением. Наибольшее распространение получил первый способ. В качестве породоразрушающего инструмента применяют шнековые буры (конструкции КуйбышевТИСИЗа, ПНИИИСа, КазГИИЗа и др.), ложковые буры с расширителями конструкции Теплоэлект-ропроекта. Когда бурение исполняют ударным способом, породо-разрушающий инструмент представляет собой забивной ячеистый стакан (конструкция ПНИИИСа).

Вращательный способ бурения наиболее эффективен при шурфовании на глубину 5—6 м. При большой глубине (10—30 м) эффективность способа снижается из-за возрастания непроизводительных затрат времени на спуско-подъемные операции.

Основным видом работ в инженерно-геологических изысканиях остаются буровые работы. Для их выполнения используют ударно-вращательный, ударно-канатный, колонковый, вибрационный, шнеко-вый и роторный способы бурения.

При выборе способа бурения необходимо иметь в виду следующее:
-- ударно-вращательное бурение рекомендуется применять преимущественно в рыхлых, скальных грунтах;
-- ударно-канатное бурение целесообразно использовать для проходки скважин в скальных и полускальных грунтах, в рыхлых породах;
-- колонковое бурение обычно осуществляют для выполнения работ в скальных и полускальных грунтах, при работах в рыхлых породах необходимо применять глинистый раствор;
-- вибрационный способ бурения целесообразно использовать в грунтах, не содержащих включений крупных обломков скалы;
-- шнековое бурение может быть осуществлено в грунтах, не требующих применения обсадных труб (весьма производительный способ, но не обеспечивающий точной характеристики разреза);
-- роторное бурение рекомендуется применять для большой глубины бурения и при значительном диаметре (более 200 мм) проходимых скважин.

Для определения свойств грунтов из буровых скважин при помощи грунтоносов отбирают монолиты (образцы грунта ненарушенного сложения). В практике пользуются более 50 различными конструкциями грунтоносов, погружение их осуществляется ударам вдавливанием, обуриванием, вибрацией, вращением.

Находят применение грунтоносы конструкции ЦТИСИЗа, Гидропроекта, Томгипротранса, ЛенГРИ, Энергосетьпроекта, Урал-ТИСИЗа и других организаций.

Монолиты немерзлых песчаных и глинистых грунтов из буровых скважин отбирают в процессе бурения без использования промывочной жидкости и без подлива в них воды.

Монолиты немерзлых плотных и средней плотности песчаных грунтов, глинистых грунтов твердой и полутвердой консистенции, плотных заторфованных грунтов с корнями растений рекомендуется отбирать обуривающими грунтоносами. Такой грунтонос должен иметь внутреннюю невращающуюся грунтоприемную гильзу. Частота вращения грунтоноса при отборе монолита не должна превышать 60 мин, осевая нагрузка на грунтонос — не более 100 кг.

Монолиты, немерзлых глинистых грунтов полутвердой и туго-пластичной консистенции отбирают тонкостенными цилиндрическими грунтоносами с заостренным снаружи нижним краем, которые погружают способом вдавливания (скорость не более 2 м/мин).

Монолиты немерзлых рыхлых песчаных грунтов, глинистых пород мягкопластичной, текучепластичной и текучей консистенции, разложившихся торфов отбирают грунтоносами, погружаемыми способами вдавливания (скорость не более 0,5 м/мин).

Монолиты немерзлых глин с коэффициентом пористости е<1,1, суглинков с 8 <0,9, супесей с е<0,7 при показателе их консистенции В <0,75 рекомендуется отбирать тонкостенными цилиндрическими грунтоносами с заостренным снаружи нижним краем. Внутренний диаметр башмака грунтоноса обычно делают на 2—3 мм меньше внутреннего диаметра корпуса или грунтоприемной гильзы.

Монолиты мерзлых грунтов отбирают из скважин с помощью буровых наконечников или грунтоносов, конструкция которых исключает нарушение сложения и мерзлого состояния грунта.

Отобранные образцы грунта в лабораторных условиях исследуют специальными приборами. Так, для оценки сжимаемости грунтов и определения их модуля деформации используют компрессионные приборы. В этом случае образец грунта помещают в стальное кольцо между поршнем и пористым дном, через которые может фильтроваться содержащаяся в образце свободная вода. Деформация образца грунта под нагрузкой фиксируется индикатором. Результаты экспериментов изучают и обрабатывают в соответствии с действующими нормативными документами.

Удельное сцепление и угол внутреннего трения — важные прочностные характеристики грунта определяют на срезных приборах с фиксированной плоскостью среза и в стабилометрах в условиях трехосного напряженного состояния. Испытания в срезных приборах регламентирует ГОСТ 12248—66.

Для получения коэффициента фильтрации грунтов в лабораторных условиях применяют приборы конструкции Г. Н. Каменского, Г. Тиме и др.

Отбор проб грунтов неизбежно связан с нарушением их естественного сложения. В результате этого в показатели, характеризующие грунты, определяемые в лабораторных условиях, вносятся погрешности. Таким образом, полевые методы исследования свойств грунтов, т. е. исследования грунтов в условиях их естественного залегания, имеют преимущества перед лабораторными.

К числу наиболее известных полевых методов относятся испытания грунтов статическими нагрузками с помощью штампа (ГОСТ 12374—66), которые выполняют в шурфах и скважинах для определения модуля деформации Е.

Оборудование для проведения указанных испытаний включает в себя штамп, установку для его нагружения и измерительную аппаратуру.

В практике обычно применяют штампы круглой формы, но чаще используют штампы в виде стальной плиты с металлическими ребрами. Площади штампов 2500, 5000, 10 000 см2.

При испытании грунтов статическими нагрузками в скважинах применяют штампы диаметром 27,7 см (площадь 600 см2). Штампы располагают на забое скважины диаметром 325 мм. Как и при испытаниях грунтов в шурфах, штамп нагружают при помощи подвесных платформ или гидравлическими домкратами.

Наряду с описанными способами получения модуля деформации грунтов в последнее время стали использовать прессиометрический способ. Он заключается в обжатии грунта в стенках пробуренной скважины. Обжатие выполняют при помощи цилиндрических устройств, которые погружают в пробуренную скважину. Под действием давления воздуха или жидкости цилиндрические устройства расширяются и обжимают стенки скважины на определенном участке. Нагрузку на грунт и его деформации фиксируют соответствующими измерительными устройствами.

В прессиометрах П-89 (конструкции Уральского политехнического института), Д-76 (конструкции НИИ оснований), ПС-1 (конструкции Фундаментпроекта) давление на грунт создает гидравлическая система.

В прессиометрах ИГП-21 (конструкции ВСЕГИНГЕО), П-89-Э (конструкции Уральского политехнического института), ЭВ-90/127 (конструкции УралТИСИЗа) опрессовка грунта образуется при помощи сжатого воздуха.

Испытания, проводимые с помощью прессиометров, выполняют в соответствии с ГОСТ 20276—74.

Определение сдвига грунта в лабораторных условиях на срезных приборах и в стабилометрах не дает объективной картины разрушения грунта в массиве, так как эти исследования проводят на образцах небольших размеров. В связи с этим изыскатели прибегают к испытаниям на сдвиг в шурфах.

Эти испытания по характеру формирования плоскости сдвига подразделяют на два типа:
-- поверхность сдвига части грунта относительно другой его части заранее выбрана;
-- поверхность сдвига определяется схемой приложения нагрузки, а также физико-механическими свойствами и составом грунтов.

В первом случае используют сдвиговые обоймы, а схема испытаний аналогична опытам в лабораторных условиях на срезных приборах. По этому принципу работают установки ПНИИИСа и Фундаментпроекта.

Во втором случае испытания на сдвиг выполняют по следующим основным схемам:
-- обрушения целика грунта; выпирания призмы грунта;
-- среза призмы грунта нагрузкой, действующей под углом к плоскости сдвига;
-- раздавливания целиков грунта.

По второму типу сконструированы установки Уральского Промстройниипроекта, Всесоюзного научно-исследовательского маркшейдерского института и ряда других организаций.

Наряду с указанными установками в практике применяют универсальные установки для испытания грунтов на сдвиг в шурфах, разработанные УралТИСИЗом, Уральским политехническим институтом, Уральским Промстройниипроектом.

Лопастные приборы (крыльчатки) работают по схеме, в которой сдвиг грунта происходит по заранее выбранной поверхности. В этом случае используют конструкции, позволяющие срезать грунт по определенной поверхности в нижней части буровой скважины. Сопротивление грунта сдвигу находят по сдвигающему моменту, возникающему при вращении крыльчатки.

В практике изысканий используют лопастные приборы конструкции Фундамеитпроекта, Калининского политехнического института СК-8, ЦНИИС УИГС-2 и др.

К полевым методам исследования свойств грунтов относится динамическое и статическое зондирование. Эти методы позволяют быстро находить степень неоднородности грунтов строительной площадки по глубине и границы между слоями грунта. Зондирование косвенным путем дает возможность получить ряд физико-механических характеристик грунта, необходимых для расчетов оснований сооружений. Результаты статического зондирования довольно широко применяют для определения несущей способности забивных свай.

Сущность динамического зондирования состоит в погружении в грунт ударами молота зонда, выполненного в виде колонны штанг, на нижнем конце которых закреплен инвентарный (извлекаемый по окончании испытания вместе со штангами) или съемный (остающийся в грунте) конический наконечник — конус. Диаметр основания этого конуса больше диаметра штанг.

Глубину забивки зонда после определенного числа ударов и число ударов, затрачиваемых на заданную глубину погружения зонда (обычно 10 см), называют показателями зондирования.

В нашей стране широко применяют методику и установку для динамического зондирования, разработанные Гидропроектом. По этой методике зондирование выполняют зондом, состоящим из штанг с наружным диаметром 42 мм, которые соединены между собой ниппелями. Конус соединяется с нижним концом штанг на резьбе или имеет свободную посадку и крепится к концу штанг шпилькой, которая при подъеме штанг срезается.

Зонд погружается установками УБП-15 (буровая пенетрацион-ная установка) и УБП-15М (модернизированный вариант). Эти установки могут применяться также и для ударно-канатного бурения мелких скважин.

Рабочий механизм установки состоит из ударника, двигающегося по направляющей штанге, и устройства для подъема ударника и автоматического сбрасывания его с определенной высоты. Из нижнего положения ударник поднимается вверх траверсой. Захват ударника в нижнем положении и сброс после подъема реализуются при помощи кулачков с выступами, которые входят в продольные пазы направляющей штанги. В верхней части штанги за счет изменения направления пазов кулачки раздвигаются и освобождают молот.

Высота сброса молота 0,8 м. Энергия удара передается переходнику и далее зондирующим штангам. При массе 60 кг зондирование в процессе всего периода испытаний выполняется ударами с постоянной энергией. Существуют и другие конструкции таких установок. Методику работ регламентирует ГОСТ 19912—74.

При статическом зондировании в грунт вдавливается конус, соединенный со штангой, входящей внутрь трубы, погружаемой одновременно с конусом. Наружный диаметр трубы равен диаметру основания конуса.

Институтом Фундаментпроект разработана и Московским заводом строительных машин выпускается передвижная установка для статического зондирования С-979. Она имеет зонд, вдавливающее устройство и измерительную аппаратуру. Зонд состоит из стальных штанг длиной 1 м и диаметром 18 мм.

Главные узлы вдавливающего устройства — гидравлический домкрат двойного действия и залавливающая головка. Они смонтированы на двух стойках, которые закреплены на общей раме. Насосная станция для подачи масла в домкраты собрана на отдельном одноосном шасси.

Зонд раздельно измеряет сопротивление грунта погружению конуса и общее сопротивление грунта вдавливанию зонда. По разности этих величин определяют сопротивление грунта по боковой поверхности зонда.

Сопротивление грунта погружению конуса измеряют динамометром ДОСМ-5 с мессурой. Общее сопротивление грунта погружению зонда находят по манометру, расположенному в гидравлической системе установки.

Максимальная глубина зондирования 15 м, максимальное усилие вдавливания 10 т. Анкеровка установки С-979 осуществляется четырьмя винтовыми сваями, которые завинчивают вручную или с помощью установки УЗВС.

Для работ по статическому зондированию грунтов применяют также установки УСЗК-З (конструкция УралТИСИЗа), С-832 (конструкция НИИпромстроя) и др.

ВСЕГИНГЕО разработана комбинированная пенетрационно-ка-ротажная станция СПК для статического зондирования и радиоактивного каротажа. Станция смонтирована на двух автомобилях. На одном автомобиле (ЗИЛ-157) размещена установка для вдавливания измерительных зондов. На другом автомобиле (KA3-663) смонтирована лаборатория обработки поступающей от измерительных зондов информации.

Максимальная глубина зондирования 25 м, усилие вдавливания 11,8 т. В комплект установки входят два измерительных зонда диаметром по 62 мм. Один зонд имеет три датчика: два тензорезистор-ных — для измерения сопротивления грунта погружению наконечника и трения грунта по цилиндрическому кожуху и один датчик гамма-гамма-каротажа — для определения объемной массы грунта. Второй зонд включает датчик нейтрон-нейтронного каротажа для исследования влажности грунтов и датчик гамма-каротажа.

Методика работ на этих и других установках регламентирована ГОСТ 20069—74.

Полевые радиоизотонные методы используют для определения объемной массы и влажности грунта. Объемную массу находят двумя способами. Первый — гаммаскопический, применяемый для послойного определения объемной массы грунтов до глубины 1,5 м, основан на ослаблении интенсивности пучка у-квантов при прохождении его через слой вещества в зависимости от плотности последнего. Измерения выполняют по двум схемам, которые различаются принципом регистрации узкого или широкого пучка у-лучей. При узком пучке регистрируются только у_кванты, не взаимодействовавшие со средой при прохождении их от источника до детектора. При широком пучке детектор регистрирует у-кванты, как не взаимодействующие со средой, так и испытавшие комптоновское рассеяние.

Конструктивные схемы датчиков для определения объемной массы гаммаскопическим методом включают источник излучения и детектор.

В большинстве датчиков используются радиоактивные источники Со60 (1,17 и 1,33 Мэв), Cs137 (0,66 Мэв) и Ra226 (0,8 Мэв) активностью 1—5 мг-экв. Ra. Источники большей активности не рекомендуется применять по условиям техники безопасности.

При проведении работ гаммаскопическим способом (узкий и широкий пучок излучения) используют две схемы. По первой схеме выполняют измерение на глубину до 1,5 м путем опускания или поднятия источника и детектора вдоль двух параллельно расположенных скважин. Исследуемый слой грунта как бы просвечивается в направлении от источника к детектору.

По второй схеме детектор располагается на поверхности грунта, а источник штырем вводят в грунт под углом, т. е. снова реализуется схема просвечивания. Эту схему целесообразно осуществлять для исследования поверхностных слоев грунта 20—60 см.

Измерения в узком пучке проводят путем коллимации Y-квантов. Коллимация выполняется в основном двумя способами: применением свинцовых коллиматоров или сцинтилляционного детектора, который может различать регистрируемое излучение по энергиям.

Применение схемы измерений с помощью узкого пучка затруднено, так как для этого необходимы громоздкие коллимирующие системы (конструктивная коллимация), а также при этом значительно уменьшается эффективность использования источника у-квантов. Способ целесообразен при тщательной дифференции изучаемого массива грунта по высоте. Длина коллимационного отверстия должна составлять не менее 5 диаметров при диаметре отверстия не более 1 см.

В практике измерений чаще пользуются широким или частично коллимированным пучком у-квантов.

Второй способ (рассеянного у-излучения) используют для измерения объемной массы грунтов в естественном залегании и насыпных грунтов в скважинах глубиной 20—30 м, для изучения режима влажности грунтов и определения объемной массы поверхностных слоев (5—15 см).

Измерение объемной массы исследуемой среды способом рассеянного у-излучения осуществляется радиометрическими приборами, в которых источник и детектор у-квантов разделены свинцовым экраном, поглощающим прямое у-излучение. Детектор регистрирует в основном излучение, рассеянное средой, контактирующей с прибором.

Основными элементами датчиков для определения плотности способом рассеянного у-излучения являются: детектор, регистрирующий рассеянные у-кванты, источник радиоактивного излучения и свинцовый экран, расположенный между ними.

По условиям применения датчики делятся на глубинные (измерение в скважинах) и поверхностные (измерение накладными приборами).

Для измерения влажности грунтов в естественном залегании применяют нейтронный метод. При этом используют радиометрические приборы — датчики, содержащие источник быстрых нейтронов, и детектор, регистрирующий тепловые (надтепловые) нейтроны, или захватное у-излучение (либо то и другое вместе).

При проведении измерений влажности пользуются тарировочной зависимостью, связывающей влажность грунта и регистрируемую плотность потока тепловых (надтепловых) нейтронов или захватного у-излучения.

Похожие статьи:
Набивные сваи

Навигация:
Главная → Все категории → Свайные работы

Статьи по теме:





Главная → Справочник → Статьи → Блог → Форум