зондировочное бурение что это
Зондировочная скважина
Земляная выработка разной глубины с небольшим горизонтальным сечением, получающаяся в результате проходки почвенно-грунтовой толщи буром или специальным зондировочным щупом; применяется для изучения вертикального разреза почвы или отдельных ее свойств по образцам из ложки бура или по керну зондировочного щупа, а также для изучения почвенно-грунтовых вод.
Смотреть что такое «Зондировочная скважина» в других словарях:
ОСТ 56-81-84: Полевые исследования почвы. Порядок и способы проведения работ, основные требования к результатам — Терминология ОСТ 56 81 84: Полевые исследования почвы. Порядок и способы проведения работ, основные требования к результатам: Горизонт Морфон горизонтальной ориентации, выявляемый на всей ширине вскрытого земляной выработкой вертикального разреза … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации
ПРОЧИЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ — границы стратиграфо генетических комплексов границы типов разрезов грунтовой толщи границы участков с различным распространением ММП границы участков с различной температурой пород … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации
Рекомендации: Рекомендации по геокриологической съемке и районированию равнинных территорий для размещения объектов нефтяной и газовой промышленности по стадиям проектирования — Терминология Рекомендации: Рекомендации по геокриологической съемке и районированию равнинных территорий для размещения объектов нефтяной и газовой промышленности по стадиям проектирования: ПРОЧИЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ границы стратиграфо генетических… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации
Статическое зондирование при решении геологических задач
Дата публикации: 06.08.2016 2016-08-06
Статья просмотрена: 1508 раз
Библиографическое описание:
Иламанов, И. А. Статическое зондирование при решении геологических задач / И. А. Иламанов. — Текст : непосредственный // Молодой ученый. — 2016. — № 16 (120). — С. 449-452. — URL: https://moluch.ru/archive/120/33162/ (дата обращения: 08.12.2021).
В данной статье описана суть метода статического зондирования, решаемые ею задачи, основные его параметры, приведен список необходимого оборудования, положительные аспекты данного метода.
Ключевые слова: статическое зондирование, грунт, штанги, зонд, считывающее устройство
Статическое зондирование — данный метод основан на вдавливании испытательного зонда в грунт. При помощи таких испытаний можно определитьположения границ между слоями грунта различного состава и состояния, степени однородности грунтов, а также характеристик грунта и сопротивления под острием и по боковой поверхности забивных свай [3].
Статическое зондирование состоит в определении силы сопротивления грунта при погружении с помощью гидравлического устройства, создающего усилие на штангу. [2]
Решаемые при зондировании задачи обычно условно разделяют на две группы:
‒ инженерно-геологические, связанные с выявлением литологического строения изучаемой площадки, то есть с определением границ распространения различных пластов, оценкой их вида, состояния, пространственной изменчивости, механических свойств и пр.;
‒ строительные, связанные с получением количественных данных для расчета конкретных фундаментов (особенно свайных), оценки качества насыпей, устойчивости склонов и т. д. [4].
Основные параметры при статическом зондировании:
‒ Лобовое сопротивление — снимается параметр воздействия на конус зонда при задавливании
‒ Боковое трение — снимается параметр воздействия на боковую поверхность зонда при задавливании
‒ Инклинаметрия — снимается параметр отклонение оси колонны от вертикали. Служит для расчета действительной глубины зондирования
‒ Поровое давление — снимается параметр воздействия водной среды. Служит для расчета воздействия водной среды на вытеснение (выталкивания) сваи.
Для производства статического зондирования необходимо специализированное оборудование, это сама установка для проведения статического зондирования и измерительный инструмент. Итак, какое оборудование может стать необходимо для статистического зондирования?
Рис. 1. Собранная установка для проведения испытаний
‒ Непосредственно сама установка;
‒ штанги зондировочные, предназначенные для погружения зонда при проведении статического зондирования грунтов. Внутри такой штанги проходит кабель, обеспечивающий подачу сигнала с тензометрического зонда на регистрирующий прибор;
‒ измерительный зонд — электронный прибор представляющий из себя металлический стержень с коническим наконечником, с высокими механическими свойствами, внутри зонд оснащен измерительными электронными датчиками (Рис.2).
‒ гидравлическое устройство, предназначенное для задавливания зондировочных штанг и зонда в грунт. Гидравлическое устройство оснащено специальным механическим захватом, захват фиксирует штангу в гидравлическом устройстве и передает усилие от гидравлического устройства непосредственно на штангу обеспечивая вдавливание или извлечение штанг.
‒ комплект инструмента например ПИКА-19, ТЕСТ К2, оборудование компаний A. P. van den Berg, Geomill, Geotech позволяет производить замеры и регистрацию удельного сопротивления грунта конусу зонда, муфте трения, глубину погружения зонда, а также производить контроль вертикальности погружения зонда (инклинометрию);
‒ регистрирующее записывающее устройство
Статическое зондирование является в настоящее время одним из основных методов изучения грунтовых условий, который в истекшем ХХ веке претерпел сложную эволюцию от простейших щупов, вдавливаемых вручную, до мощных мобильных установок с высокомеханизированным управлением и автоматизированной системой измерений. С помощью зондирования удается оценивать грунт в состоянии его естественного залегания с максимальной эффективностью. При этом главными достоинствами статического зондирования являются его быстрота и простота, т. е. возможность проведения большого числа измерений в кратчайшие сроки. Необходимость в этом связана с двумя обстоятельствами:
Общий вид зондов с кабелем и прибором показан на рисунке 2. Зонд состоит из корпуса, конуса и муфты трения. Внутри зонда размещены тензодинамометры для измерения усилий, действующих на конус и муфту. В верхней части корпуса зонда нарезана резьба для соединения с зондирующими штангами, внутри которых проходит коммутирующий кабель.
Рис. 2. Комплекс аппаратуры Тест-АМ для проведения статического зондирования
При вдавливании зонда в грунт на конус действует усилие, которое передается на тензодинамометр конуса, где размещены тензодатчики. Изменение сопротивления тензодатчиков фиксируется измерительным прибором. Усилие, действующее на муфту трения передается на тензодинамометр муфты, измеряется тензодатчиками и так же передается по кабелю на измерительный прибор.
Контроллер (или прибор) выполнен в виде двухканального усилителя с цифровым выходом, блока хранения и передачи данных на ПК (на примере прибора ТЕСТ-К2). Для подключения прибора к бортовой сети при работе в полевых условиях служит кабель питания.
Зондировочные штанги служат для вдавливания зонда в грунт с помощью буровой, либо зондировочной установки. Наголовник служит для вдавливания и извлечения зонда. Вилка используется при извлечении зонда и фиксации штанг в наголовнике.
Образцовые динамометры и тарировочные устройства служат для настройки (каллибровки) аппаратуры.
Зонд с зондировочной штангой устанавливают вертикально, опускают наголовник, пропуская кабель в прорезь наголовника и с помощью гидравлической системы буровой установки производят вдавливания зонда в грунт с постоянной скоростью (около 1,2 м/мин). Показания прибора регистрируются с шагом в 0,1 м по глубине (или 0,2 по ГОСТ 19912–2001) в соответствии с рисками, нанесенными на зондировочных штангах. После погружения одной зондировочной штанги, вдавливание прекращают, вращатель поднимают в верхнее положение и по кабелю зонда протягивают следующую зондировочную штангу, навинчивая её на предыдущую. Верхний конец штанги устанавливают в наголовник, погружение зонда и регистрацию показаний продолжают вплоть до необходимой глубины исследования [1].
Данные, поступающие к аппарату, далее переносятся на ПК, где в специализированном программном обеспечении строятся графики и по цифровым значениям результатов исследований определяется наименование и консистенция грунта.
Расшифровку графиков статического зондирования следует производить с выделением характерных интервалов с одинаковыми или близкими значениями удельного сопротивления грунта под наконечником и на участке боковой поверхности.
Многочисленные исследования указывают на то, что соотношение сопротивления муфты трения к лобовому сопротивлению (“пропорция трения”) помогает идентифицировать тип грунта. Этот показатель может варьировать в значительных пределах в зависимости от того, является ли грунт песчаным или глинистым.
Сопротивление конуса в песках и глинистых грунтах резко различны. В то время как в глинах удельное сопротивление конуса возрастает медленно, равномерно и редко превышает 4Мпа, сопротивление конуса в песках, как правило, быстро и зигзагообразно увеличивается с глубиной и составляет более 4 МПа. Эта зигзагообразность объясняется снижением сопротивления при разрушении песчаного основания и последующим увеличением сопротивления конуса погружению. В глинистых грунтах последовательность снижения и восстановления прочности происходит так часто, что не отражается на графике зондирования.
Зондирование грунтов
Бурение скважин зачастую не дает общей картины текущих геологических условий зоны будущего строительства, что особенно актуально для песчаных грунтов. В этом случае используют такие методы изысканий как статическое и динамическое зондирование. Вид зондирования выбирается организацией-исполнителем в зависимости от требований заказчика. Оба метода позволяют получить полезные сведения, поэтому они являются одними из наиболее востребованных при проведении инженерно-геологических изысканий.
Статическое зондирование
Статический метод чаще применяется при разработке проекта свайного фундамента для определения несущего потенциала буронабивных и забивных свай различных сечений. Кроме того, применение этого метода исследования позволяет дать оценку целесообразности проектирования на конкретной территории свайных фундаментов.
Статический метод зондирования используется при необходимости исследования рыхлых грунтов без крупных твердых включений. Его производят для разделения песчаных толщей по плотности сложения, а также с целью определения его прочностных характеристик.
Динамическое зондирование
Для определения плотности песков и модуля общей деформации и консистенции грунтов методом использования корреляционной зависимости между данными показателями и удельным динамическим сопротивлением применяется динамический метод.
Следует сказать, что этот вид зондирование грунтов используется, как правило, для исследования песчано-глинистой породы, содержащей не более 40% крупнообломочных включений. Расчленение разреза породы на слои, отличающиеся сопротивлением динамического проникновения с точностью до 0,05 м, определение степени его однородности, а также показателей ряда свойств и глубины забивания свай становится возможным исключительно при помощи динамического зондирования.
Для определения деформационных характеристик грунтов, которые станут основой будущего здания или сооружения, проводятся штамповые испытания. Их суть состоит в измерении грунтового осадка под штампом при передаче на него нагрузки. Обычно штамповые испытания проводятся на территориях, на которых планируется возведение зданий и сооружений высокого уровня ответственности. Подробнее о штамповых испытаниях грунтов расскажет следующая статья.
Динамическое зондирование – метод полного и объективного исследования грунта
Получить информацию о физических свойствах и составе песчаных грунтов, залегающих над грунтовыми водами, легче, чем над теми, которые лежат под ними. Невозможно получить образцы грунта, который находится на глубине около 15-20 метров, не имея исходных данных для разработки карты участка. По этой причине может возникнуть преграда для строительства или повод отказаться от площадки, не имеющей полных и объективных данных о грунтах.
Статическое зондирование хотя и является точным методом определения плотности грунта на разных глубинах, о других физико-механических характеристиках оно не дает никаких данных. Инженерное строительство и проектирование требует более полных и точных данных, поэтому помимо статического метода, применяется еще и динамическое зондирование. К этому методу прибегают в случае необходимости точного определения границы между слоями грунта разной плотности. Также при помощи динамического зондирования определяют толщину слоев и разницу их плотности.
Особенности динамического зондирования грунта
В динамическом способе силы воздействий зонда на грунт равны. С заранее заданными количествами ударов, и их силой, зонд забивается в почву и в слои грунта под ней. Результатом этого процесса являются данные о толщине слоев, сопротивляемости грунтов и взаимном расположении отличающихся толщиной и плотностью слоев.
Сфера применения методики динамического зондирования
Для динамического зондирования целесообразным будет небольшое по размерам и мощности геологическое оборудование. Применяют этот метод там, где исследуются глинистые и песчаные грунты любых видов залегания. Динамическое зондирование специализируется на получение полных и очень точных данных о песчаных и глинистых грунтах. Благодаря соединению статического метода с динамическим, можно узнать достаточно информации, необходимой для разработки проекта.
Стадии зондирования
В случае необходимости наращивания или замены буровых штанг, процесс зондирования не прерывается, что является характерной особенностью этого метода. По результатам зондирования составляют график, который нужен для последующей обработки.
Преимущества динамического зондирования
Применение на практике
Актуальными площадками для проведения динамического метода являются места, в которых преобладают песчаные грунты. К ним можно отнести берега водоемов и возвышения, сделанные искусственно, наподобие насыпных дорог и холмов. В таких условиях динамическое зондирование продемонстрирует все свои преимущества, если более дорогие технологии будут не экономичны или невозможны.
Статическое зондирование грунтов. Испытания грунтов методом статического зондирования
Инженерно-геологическое исследование территории проводится в несколько этапов, в частности одним из важных моментов является статическое зондирование грунтов, которое считают наиболее эффективным способом изучения почвы.
Что такое статическое зондирование
Статическое зондирование грунтов
Испытание грунтов статическим зондированием впервые было проведено в 30-е годы прошлого столетия на территории Голландии, где работали лучшие инженеры в мире. После этого этот метод распространился по другим странам: Японии, США, Австралии и другим. Каждый, кто впервые пробовал данную методику, отмечал массу положительных достоинств. С течением времени такое исследование стало использоваться на территории РФ.
После того, как статическое исследование почвы начало функционировать на территории России, началось использование фундаментов со сваями, но это принесло массу новых проблем. А именно, теперь требовались дополнительные изучения местности, чтобы получить данные о несущей способности каждой сваи и выявить то какими свойствами обладает грунт.
Наиболее подходящим был метод статического зондирования грунта, с помощью которого специалистам стало удаваться решать вопрос, целесообразно ли использовать такой фундамент, и они смогли создавать более точные проекты по фундаментам из свай. Данный вид исследований проводили не только при установке свайного фундамента, но также и для других процессов связанных с грунтом. Именно он позволял получать наиболее достоверные данные о нужной территории, а если быть точнее, то о свойствах грунта, о способности выдерживать конкретный вид нагрузок, и границу распространения воздействия, глубину и однородность почвы. Сами испытания грунтов методами динамического статического зондирования проводятся при непрерывном вдавливании в почву специального устройства, а также различных дополнительных технических устройств. Полученные показания подлежат немедленной регистрации, которые фиксируются по мере погружения зонда в почву. Как только получены все необходимые сведения исследование прекращается. Изыскание может прекратиться и в том случае, если оборудование не проходит в грунт и требуется ряд дополнительных усилий для продолжения работ.
Результаты статического зондирования грунтов получают посредством работы специальной установки, осуществляющей постепенное погружение зонда в почву. Скорость вдавливания составляет приблизительно 1,5 метра в минуту. Регистрация проводится также постепенно и не прерываясь, чтобы сформировать полноценную картину о почве. Для того чтобы провести этот вид изысканий могут быть использованы различные по размеру зонды, мощности и виду. Каждый зонд обладает стандартным наконечником диаметр, которого составляет 36мм, и располагается он на штанге такого же диаметра, и углом в 60 градусов. Зонд статического зондирования грунтов наделен специальными фиксирующими устройствами, посредством которых и осуществляется регистрация сопротивления почвы, степень трения и отклонения погруженного аппарата от прямой линии.
Статическое зондирование грунтов.
Окончанием инженерного изыскания считается достижение заданной точки погружения, или если достигнут максимально возможный уровень проникновения. Стоит отметить, что существует ГОСТ на статистическое зондирование грунтов и это стандарт 19912-2001 и стандарт, установленный в Европе в 1977 году. Именно этими документами руководствуются при проведении статического изыскания посредством зондирования.
Метод такого исследования почвы используется для того, чтобы рассчитать несущую способность забивной и буронабивной сваи любых сечений. При помощи статического зондирования можно оценить надобность использования свайного фундамента, и выявить показатели, важные для проектировки будущего здания. Именно при помощи такого изыскания можно максимально минимизировать затраты на использование дорогостоящих устройств, а также достаточно тяжелых испытаний при вбивании каждой сваи. Такое исследование нужно при каждой подготовке площадки под строительство, так как грунт может состоять из различных слоев почвы и для каждого из них стоит подбирать определенный вид оборудования и фундамента. Например, глиняный состав обладает медленным удельным сопротивлением, а вот в песке это сопротивление может быть скачкообразным и очень быстрым. По результатам при зондировании специалисты составляют графики проникновения оборудования в грунт, а также особенности и интервалы бурения. Учитывается каждая, даже самая мельчайшая деталь, чтобы при будущем возведении фундамента не возникало проблем и не стыковок.
Зонд снабжен тензометрической насадкой с датчиком высокой чувствительности, обеспечивающего проведение четкого выявления уровня сопротивления грунтовых слоев оборудованию. Также исследуется то, с какой степенью будет отклоняться насадка на зонде от установленной вертикальной линии. Как правило, вид статического зондирования осуществляется совместно с другими инженерными изысканиями для того чтобы выявить более точные показатели грунта, что немаловажно при строительстве любых зданий, особенно высотных. Посредством совмещения изысканий можно выявить:
Наша компания занимается проведением инженерных изысканий любого вида и использует современное новейшее оборудование, что позволяет получать только качественные результаты в кротчайшие сроки без неточностей и оплошностей в составлении отчетов.
Компания «Геодата» проводит исследования грунтов методом статического зондирования.
Статическое зондирование грунтов
Метод статического зондирования довольно широко применяется в практике полевых изысканий для установления характеристик физико-механических свойств в природном сложении грунтов, их изменения в плане и по глубине, а также для расчёта фундаментов.
В основном стандарты на проведение испытаний и параметры оборудования, применяемого в разных странах, совпадают. Различны лишь подходы к интерпретации получаемых результатов.
В России требования к методике проведения испытаний и оборудованию устанавливаются ГОСТом– 19912–2012 «Грунты. Методы полевых испытаний статическим и динамическим зондированием», которым, в частности, разрешены к использованию зонды двух видов:
зонд 1-го типа с конусом и кожухом
зонд 2-го типа с конусом и муфтой трения.
Зонды имеют площадь конуса 10 см2, диаметр кожуха и муфты трения — 35,7 мм, длина муфты трения от 90 до 310 мм, что соответствует площади муфты от 100 до 350 см2.
Зонды 1-го типа в основном механические. При работе с ними в процессе вдавливания фиксируются общее сопротивление вдавливанию зонда и сопротивление конуса.
Зонды 2-го типа тензометрические. При погружении таких зондов фиксируются сопротивления муфты и конуса трения. Диаметр штанг для всех зондов должен составлять 36 мм при длине не менее одного метра.
Статическое зондирование грунтов
Методика испытаний предусматривает вдавливание зонда вертикально в грунт непрерывно, с постоянной скоростью равной 1,2+ 0,3 метров в минуту и регистрацию показаний сопротивления грунта непрерывно, либо с шагом не более 0,2 м по глубине. Основная погрешность, отклонение показателей измерения сопротивлений частных показателей свойств грунта до 10%, но не более 5% максимального измеримого значения.
Определяют физико-механические свойства грунтов по результатам произведённых испытаний, методом статического зондирования, и выполняют статистическую обработку, учитывая данные таблиц СП 47.13330.2012 ( Приложение И).
Несущую способность забивных или буровых висячих свай рассчитывают на основе результатов исследований свойств грунта методом статического зондирования применяя нормативы в СНиП 2.02.03–85, СП 50–102– 2003 или МГСН 2.07–97.
Статическое зондирование в России, а равно и на территории СССР получило активное развитие в конце 60-х — начале 70-х годов ХХ столетия. Причина заключалась в широком применении свайных фундаментов. В 1966 году в ПНИИИСе велась разработка темы «Изучение производства динамического и статического зондирования грунтов» под общим методическим руководством Л.Д. Белого. Эта работа выполнялась для разработки инструктивных указаний на основании обобщения опыта производства полевых опытных работ такими лидерами в области инженерно-геологических изысканий, как Фундаментпроект, ЦНИИС Министерства транспортного строительства, Гидропроект, ПНИИИС и др. От ПНИИИСа разработкой темы занимались К.П. Бочков, В.И. Щербаков, Ф.С. Канаев. От Фундаментпроекта в работе приняли участие Л.Н. Воробков, В.И. Швей, Л.В. Мельников, А.А. Шерман, Л.Г. Мариупольский.
Статическое зондирование грунтов
Значение величины вдавливающего усилия для установок статического зондирования на тот период времени составляло 40–100 кН, что обеспечивало фактическую глубину зондирования (без применения выбуривания грунтов) примерно до 20–25 м. При наличии мощных толщ слабых грунтов значение максимально возможной глубины зондирования возрастало. В конструктивных особенностях некоторых моделей установок было заложено ограничение по глубине на уровне технических решений. Примером служит установка С-832, максимальная глубина зондирования которой соответствовала 21 м. Данной глубины для проектирования фундаментов зданий и сооружений на тот период времени было достаточно.
Началом выполнения статического зондирования на глубины до 60 метров послужил период испытания лессовидных грунтов в г. Волгодонске Ростовской области в начале 80-х годов прошлого столетия.
Необходимость проведения статического зондирования на большие глубины вновь появилась в начале ХХI века. Причина в массовом освоение подземного пространства в г. Москве и строительство зданий повышенной этажности.
Статическое зондирование грунтов
Существенным фактором, влияющим на достоверность получаемых прочностных и деформационных характеристик грунтов, является отклонение зонда и зондировочной колонны, от вертикального положения. Анализ результатов в пределах одинаковых по составу и сходных по генетическому типу грунтов показал различие в показателях до 20–30%. Критические значения углов отклонения зонда от вертикали составляют более 12–15° на глубине свыше 20–22 м. Известны случаи, когда зондирование проводилось при отклонении зонда на 30° и более. Это в большей степени касается вероятности обрыва колонны. Сопоставляя значения результатов зондирования в зависимости от угла наклона зонда (на основании результатов зондирования в пределах московского региона) показало, что отклонение зонда от вертикали до 13–16° не оказывает существенного влияния на качественные показатели свойств грунтов.
Негативное влияние на достоверность получаемых прочностных и деформационных характеристик грунтов оказывает быстрое по времени и резкое увеличение угла отклонения зонда при проведении работ. Например, если на пути движения зонда встречаются включения щебня, галки, валунов или глыб.
При скорости погружения зонда 1,2±0,3 метра в минуту и усилии задавливания 200 кН при возникновении препятствия происходит процесс, сопоставимый с динамической нагрузкой (ударом), который приводит к механической поломке собственно зонда или соединений штанг.
Как ни парадоксально это звучит, но зонды для выполнения статического зондирования и комплекты штанг являются расходными материалами. Они имеют определенный ресурс. У каждого производителя имеются условные (усредненные) значения работы зонда на отказ (метры проходки). Это будет полезно осмыслить руководителям организаций, которые планируют затраты на проведение работ. Бытует мнение, что одним зондом и одним комплектом штанг можно работать бесконечно долго. К сожалению, это мнение ошибочно.
Выполненный анализ показал, что, как правило, после 200–400 м зондирования рекомендуется провести тарирование зонда. Если не принимать во внимание естественный износ конусов и муфт трения, то работоспособность зонда ограничивается значениями 450–1500 м зондирования. Величина минимального и максимального значений работы зонда на отказ зависит от опыта исполнителя работ мастера или инженера и грунтовых условий.
Большим минусом метода остается положение, связанное с интерпретацией результатов статического зондирования, оно распространяется только на грунты отложений четвертичного комплекса Этому направлению уделяли внимание многие исследователи. В ряде документов и статей приводятся расчетные формулы по некоторым генетическим типам грунтов. Но не всегда полученные результаты устраивают пользователей и вписываются в принимаемую расчетную схему. К сожалению, единого алгоритма интерпретации результатов, безоговорочно признаваемого всеми исследователями, нет.