Опубликовано: 13 Июнь 2017 23:43:27

Фото для: "Исследование и испытание грунтов"

Исследование и испытание грунтов

Качество грунтов, различные условия их залегания, наличие грунтовых вод и их режим имеют решающее значение при выборе площадок для строительств, а также при назначении методов устройств оснований и методов производства земляных работ. При закладке карьеров также необходимо выяснить качество и пригодность пород для разработки. Все это требует предварительного изучения грунтовых условий, которое обычно распадается на две стадии: 1) изучение условий на месте работ, или так называемые полевые изыскания грунтов, и 2) лабораторные исследования грунтов.

Полевые исследования сводятся к:

1) общему геологическому обследованию участка;

2) шурфованию и бурению;

3) испытанию прочности грунта пробной нагрузкой.

Общее геологическое обследование участка производится на основании имеющейся литературы по геологии района, а также путем непосредственного осмотра местности. Целью этого обследования является выявление строения отдельных напластований, их надежности, рельефа местности, режима грунтовых вод и т. п. Обследование это обычно охватывает участок целиком в пределах его природных границ, а не только площадь, предназначенную к застройке или разработке.

Особое внимание должно быть уделено установлению направления потока грунтовых вод, расположения водоносных пластов, горизонтов вод, источников их питания и связи грунтовых вод с ближайшими водоемами

Если местность затопляется, то границы этой затопляемости устанавливаются путем опроса местных жителей или по данным водомерных постов.

По данным метеорологических станций устанавливается глубина промерзания.

Шурфование и бурение имеют целью получение образцов грунта с различных глубин; на основании изучения расположения грунтов и характера их залегания выводятся заключения о достоинствах и недостатках площадки в смысле грунтовых условий.

Напластования грунтов, обнаруженные при шурфовании, зарисовываются (в масштабе) для каждой из четырех стенок шурфа соответственно сторонам света, обозначаемым буквами С, Ю, 3, В (рис. 3).

Рис. 3. Разрез шурфа

В тех случаях, когда обследование необходимо произвести на большую глубину, применяется разведочное бурение, заключающееся в проходке глубоких скважин в толще грунта при помощи бурового инструмента.

Из скважины получаются образцы грунтов с разной глубины, а также производятся наблюдения уровня грунтовых вод, его изменений и т. д. Верх буровой скважины носит название устья, а дно ее — забоя.

Недостатком бурения по сравнению с шурфованием является невозможность при бурении непосредственно наблюдать характер напластований грунта, что вполне доступно при шурфовании.

Бурение производится при помощи бурового инструмента; комплект его содержит следующие части:

1.Напарья, или буровые наконечники, — инструменты для непосредственной разработки грунта в буровой скважине и извлечения его наружу. В зависимости от рода грунтов применяются следующие виды напарьев: для разработки скалистых пород употребляются так называемые долота (рис. 4,а), для проходки в маловлажных глинах употребляются буровые ложки (рис. 4,б), при вязких грунтах — сильно влажных глинах, суглинках и т. п. — спиральные буры, или змеевики (рис 4,в). Для проходки песков, насыщенных водой, а также для удаления раздробленной долотами скальной породы применяется желонка (рис. 4, г).

Рис. 4. Буровые наконечники (напарья): а — долота; б — буровые ложки; в — спиральный бур; г — желонки.

2.Штанги (рис. 5) — массивные стержни квадратного, а чаще полые круглого сечения длиной 3—6 м, служащие для передачи движения напарью. Отдельные стержни штанг скрепляются между собой муфтами с винтовой нарезкой.

Рис. 5. Звенья буровой штанги.

Для свинчивания штанг, а также для вращения их во время работы употребляются штанговые хомуты, ключи и клещи (рис. 6, а, б, в, г), для подъема штанг с напарьем — фарштули (рис. 6,д), а для поддержки штанг во время свинчивания и развинчивания — подкладные вилки (рис. 6,е).

3.Обсадные трубы — железные сварные трубы длиной 2—б м. Для удобства работ необходимо иметь в каждом комплекте также 2—3 коротких трубы длиной 0,5, 1,0 и 1,5 м. Обсадные трубы забиваются в грунт по мере проходки скважины и служат для закрепления скважин от обрушения стенок в процессе работы.

4.Аварийные инструменты (рис. 7) при буровых работах служат главным образом для извлечения из скважин упавших или оставшихся там частей бурового инструмента. Для вылавливания штанг с муфтой применяется метчик. Если штанга осталась в скважине без муфты, она извлекается ловильным колоколом.

Самый процесс бурения скважины заключается в следующем. Сначала ручным буром начинают проходку без обсадных труб. Как только глубина скважины достигнет 1—1,5 м, а в слабых грунтах и раньше, ставят обсадные трубы; при закреплении стенок скважины обсадными трубами образцы грунта, взятые с той или иной глубины, не могут оказаться перемешанными с грунтом, упавшим в скважину с других горизонтов.

Самый процесс бурения скважины заключается в следующем. Сначала ручным буром начинают проходку без обсадных труб. Как только глубина скважины достигнет 1—1,5 м, а в слабых грунтах и раньше, ставят обсадные трубы; при закреплении стенок скважины обсадными трубами образцы грунта, взятые с той или иной глубины, не могут оказаться перемешанными с грунтом, упавшим в скважину с других горизонтов.

Рис. 6. Инструменты для свинчивания и подъема штанг: а — хомуты; б — цепной ключ;
в — кулачный ключ; г — откидной ключ; д—фарштуль; е — вилка

При небольшой глубине бурения обсадные трубы устанавливаются вручную или с помощью простейших приспособлений (ручных лебедок и т. п.). Для укрепления подъемных механизмов устанавливается тренога с настилом, с которого и ведется работа. На вершине треноги прикрепляется блок с перекинутым канатом. Канат наматывается на вал ручной лебедки, прикрепленной к треноге. Другим концом канат прикрепляется к ушку фарштуля. Такая установка называется буровым копром.

Бурение может быть ударным или вращательным. Первый способ состоит в периодическом поднятии на некоторую высоту (около 0,3 м) и быстром опускании бура на породу и применяется в твердых (скальных) и плотных грунтах. При ударе бура происходит крошение породы; после ударов размельченная порода выбирается из скважины желонкой. При вращательном бурении бур загоняется в породу плавными, медленными оборотами. Этот способ применяется в мягких и землистых грунтах. Вырезанный буровым инструментом столбик грунта извлекается при периодическом подъеме инструмента из скважины.

В результате шурфования и бурения могут быть получены образцы грунта с разных глубин. Данные о всех образцах грунтов записываются в буровой журнал. Правильное определение свойств грунта легче всего может быть достигнуто в том случае, когда образец имеет ненарушенную структуру. Особенно это важно для определения влажности грунтов.

При шурфовании такие образцы могут быть получены легко, между тем как при обычном бурении грунт перемешивается и теряет свои первоначальные свойства. Однако в настоящее время имеются специальные типы буров (грунтоносов), позволяющие брать образцы грунта с ненарушенной структурой.

Особое внимание должно быть уделено определению уровня грунтовых вод. Различают появившийся уровень, т. е. глубину, на которой вода впервые появилась в процессе бурения скважины, и уровень установившийся, т. е. глубину, на которой уровень воды устанавливается некоторое время спустя и в дальнейшем не меняется.

В буровом журнале должны быть точно указаны время и глубина, когда замечены:

1) резкое увеличение влажности грунта;

2) первое появление воды;

3) уровень воды, установившийся в течение не менее получаса.

Рис. 7. Аварийные инструменты: а — метчик; б — ловильный колокол.

Рис. 8. Прибор для испытания грунта пробной нагрузкой.

1. Испытанию подвергается пласт, на котором непосредственно основывается сооружение — на отметке заложения фундамента; испытание должно производиться не менее чем в трех местах.

2.Испытание грунта производится нагрузкой на квадратную плиту (штамп) площадью 70,7 х 70,7 = 5 000 см2.

Нагрузка на плиту передается через верхнюю платформу, загружаемую тяжелыми материалами (рис. 8).

3.Загрузка платформы производится отдельными равными порциями, соответствующими давлению 0,50 кг/см2 для плотных грунтов и 0,25 кг/см2 — для прочих. Загрузка должна производиться спокойно, без толчков, с перерывами,необходимыми для того, чтобы осадка успела установиться, а также для производства соответствующих измерений.

4.Нагрузка доводится до величины, при которой будет достигнуто условное предельное давление 1 характеризующееся:
1. или в (прочных грунтах) допускаемое напряжение на грунт, , умноженный на заданный коэффициент запаса прочности.
а) выпиранием грунта и образованием заметных трещин около штампа;

б) резким увеличением осадки при незначительном увеличении нагрузки;

в) длительной, равномерной по времени осадкой, продолжающейся в течение не менее 24 час наблюдения.

Испытание грунтов производится на дне котлованов, в шурфах или в буровых скважинах большого диаметра. Величина осадки отмечается при помощи специальных, чувствительных приборов. Оставляя каждую нагрузку на плите не менее суток, производят отсчеты осадки плиты по прибору и по этим данным строят график (рис. 9).

Рис. 9. График осадки грунта под нагрузкой.

До некоторого момента испытаний линия осадки представляет собой прямую (участок а— б на рис. 9), т. е. погружение плиты пропорционально нагрузке на грунт. Но затем наступает момент, когда эта пропорциональность нарушается и кривая осадки резко изменяет свой наклон. Нагрузка, при которой (точка б на рис. 9) нарушается пропорциональность осадки, называется критической нагрузкой.

Допускаемая нагрузка должна быть меньше критической нагрузки (обычно в 2 — 4 раза). На приведенном графике критическая нагрузка определилась в 3 кг/см2, значит, допускаемую нагрузку следует принять примерно в 3:3= 1 кг/см2.