Отправить сообщение, заявку, вопрос

Зарегистрироваться для участия в конференции

Запросить консультацию специалистов по данному техническому решению

Рубрикатор материалов

Сейчас в информационной базе:
рубрик - 70 , продуктов - 1823 , авторов - 202

Copyright © 2016-2018 ГеоИнфо
Все права защищены

Разработка и сопровождение: InfoDesigner.ru
Оборудование и технологии
13 декабря 2016 года

Технические средства комплексной технологии инженерно-геологических изысканий

В предыдущей статье автора речь шла о новом подходе к выполнению инженерных изысканий, объединяющую методы инженерно-геологических и инженерно-геотехнических изысканий. В этом материале автор рассказывает о технических возможностях реализации данного подхода.

Болдырев Геннадий ГригорьевичДиректор по научной работе и инновациям ООО «НПП Геотек», д.т.н.

Рассмотрим технические средства для реализации комплексной технологии, содержание которой было опубликовано ранее в электронном журнале «ГеоИнфо». Фактически, в настоящее время мы имеем для этой цели отечественное оборудование, не уступающее по качеству и возможностям импортному. Кроме того, имеется ряд публикаций, в которых рассмотрены как методы исследований, так и интерпретация получаемых данных [1,6,7,8].

Наиболее популярным за рубежом и в меньшей степени в России является метод статического зондирования. Его возможности не используются в РФ полностью в основном из-за отсутствия нормированной методики интерпретации данных испытаний. Геологи не хотят выполнять интерпретацию данных статического зондирования, используя для этого корреляционные уравнения. Объясняется это просто. Во-первых, эти зависимости надо найти самим или заимствовать из литературных источников, последнее уже само по себе представляет определенные трудности. В особенности, если используешь иностранные источники информации. Во-вторых, обычно ссылаются на то, что экспертиза не примет отчет по изысканиям, так как эти зависимости не входят в нормативные документы.

Наиболее полную информацию о свойствах грунтов дают зонды с измерением порового давления. Однако в РФ нет соответствующего ГОСТа. В то же время, измерение порового давления в процессе статического зондирования улучшает классификацию грунта, дает возможность определять показатели свойств в дренированных и недренированных условиях, определять параметры фильтрационной консолидации грунтов, выполнять корректировку сопротивления погружению с учетом порового давления, с большей точностью оценивать принадлежность грунтов к той или иной разновидности, уточняет уровень грунтовых вод, позволяет оценить скорость диссипации порового давления.

Следует отметить также, что в РФ до сих пор не используется широко применяемая за рубежом классификация грунтов, предложенная Робертсоном и др. (Мэйн, 2000). В зарубежной практике вид грунта определяется в поле без использования физических характеристик грунтов. Для наших условий целесообразно использовать зарубежную методику классификации как оценочную, а уточнять с использованием требований ГОСТ 25100. На рисунках 1 и 2 показан комплект стандартного зонда отечественного производства и диаграмма возможностей пьезозонда (SCPTU), соответственно.

 

Рис. 1. Зонд для испытаний методом статического зондирования

Рис. 1. Зонд для испытаний методом статического зондирования

 

Одной из характеристик грунтов, измеряемой прямым образом при зондировании сейсмическим зондом, является упругий модуль деформации, который связан со скорость прохождения поперечных волн. Если измерена скорость поперечной волны Vs, упругий модуль сдвига находят из выражения:

G=Vs2ρ; (1)

где ρ - плотность грунта.

Если известно значение коэффициента Пуассона, которое незначительно изменяется при упругом поведении грунта, примерно от 0,2 до 0,3, то используя известное выражение из теории упругости, можно найти упругий модуль деформации:

E=2G(1+ν); (2)

Эти параметры (1, 2) используются при оценке сейсмического воздействия на грунты, а скорость поперечных волн часто входит в выражения для определения других характеристик грунтов, такие как коэффициент разжижения, степень переуплотнения, давление предварительного уплотнения и др.

 

Рис. 2. Диаграмма возможностей зондов типа SCPTU [9]

Рис. 2. Диаграмма возможностей зондов типа SCPTU [9]

 

В РФ до сих пор практически не используется зондирование грунтов дилатометром, в то время как за рубежом широко применяется зонд, разработанный Маркетти [7]. Однако в России имеются подобные разработки. На рисунке 3 показаны конструкции различных зондов. Все они погружается в грунт стандартной буровой установкой на штангах для статического зондирования. Измерительным элементом в динамометрическом зонде является жесткий датчик давления грунта – месдоза, которая измеряет боковое давление. При остановке погружения фиксируются начальное и конечное после ожидания релаксации боковые давления. Могут быть определены недренированный и дренированный модуль деформации, параметры консолидации грунта, коэффициент фильтрации, коэффициент бокового давления, коэффициент Пуассона, коэффициент переуплотнения. Знание последнего параметра позволяет проводить испытания образцов грунтов в условиях трехосных испытаний при реальных значениях природных вертикальных и горизонтальных напряжений, в отличие от рекомендаций ГОСТ 12248, где рекомендуется частный случай распределения природных напряжений, случай гидростатического сжатия.

 

Рис. 3. Конструкция плоских зондов: а – дилатометра Маркетти; б – динамометрический зонд ООО «НПП Геотек»; в – расклинивающий дилатометр Лаврова С.Н.: 1 – месдоза; 2 – датчик порового давления; 3 – хвостовик; 4 – плоский конус; 5 – мембрана; 6 – тензосопротивления; 7 – кабель

Рис. 3. Конструкция плоских зондов: а – дилатометра Маркетти; б – динамометрический зонд ООО «НПП Геотек»; в – расклинивающий дилатометр Лаврова С.Н.: 1 – месдоза; 2 – датчик порового давления; 3 – хвостовик; 4 – плоский конус; 5 – мембрана; 6 – тензосопротивления; 7 – кабель

Одним из полевых методов зондирования является буровое зондирование, которое используется подобно статическому зондированию [2,3,4,6,7]. Однако в отличие от последнего оно применимо во всех грунтах, в том числе скальных, крупнообломочных и вечномерзлых.

 

Рис. 4. Испытания методом бурового зондирования

Рис. 4. Испытания методом бурового зондирования

 

Рис. 5. Некоторые параметры, контролируемые в процессе испытаний

Рис. 5. Некоторые параметры, контролируемые в процессе испытаний

 

Устройство бурового зондирования устанавливается между вращателем буровой машины и буровой колонной и позволяет регистрировать параметры бурения: крутящий момент, осевую нагрузку, частоту вращения, глубину зондирования, вес буровой колонны. Может использоваться при бурении сплошными и полыми шнеками, колонковом бурении. В свое время, в Госстрое, существовала программа испытаний грунтов, том числе и вечномерзлых, буровым зондированием, которую проводили ТИСИЗ. Первые устройства выпускались в г. Рязани, на заводе Стройизыскания. Дополнительным преимуществом метода является то, что не требуется буровой станок с большой массой, а средства измерения хорошо защищены. Метод применяется для выделения ИГЭ, определения модуля деформации и прочностных характеристик грунтов.

До сих пор не внедренной в практику изысканий является методика компрессионных испытаний грунтов с измерением боковых напряжений [1]. Несмотря на то, что ГОСТ 12248 допускает подобные испытания, для их интерпретации требуется разработка методических рекомендаций на уровне СРО. В отличие от РФ этот метод испытаний, правда без измерения боковых напряжений, используется и нормирован в США, Швеции, Норвегии.

Испытания позволяют оценить сжимаемость в зависимости от эффективных напряжений за более короткое время по сравнению со стандартными испытаниями при ступенчатом нагружении. Вторым достоинством данного метода является возможность определения параметров прочности и характеристик деформируемости из испытаний одного образца грунта. Последнее весьма привлекательно, так как при том же нормируемом количестве образцов, получаем больший объем выборки для последующей статистической обработки данных испытаний.

В отличие от стандартного компрессионного прибора, из испытаний в этом приборе можно определить не только модуль деформации, но и коэффициент бокового давления, коэффициент Пуассона, угол внутреннего трения, силы удельного сцепления, структурную прочность, параметры анизотропии, давление предварительного уплотнения.

 

Рис. 6. Компрессионный прибор с измерением боковых напряжений: слева на право, блок электроники, устройство силового нагружения с одометром, панель управления давлением для мягкопластичных глин, устройство управления давлением для полутвердых и твердых глин

Рис. 6. Компрессионный прибор с измерением боковых напряжений: слева на право, блок электроники, устройство силового нагружения с одометром, панель управления давлением для мягкопластичных глин, устройство управления давлением для полутвердых и твердых глин

 

Испытания штампами являются основными при определении модулей деформации грунтов. На рис. 7, 8 показана конструкция полностью автоматизированного комплекта для испытаний грунтов винтовым штампом. Нагрузка создается и поддерживается постоянной в течение всего времени стабилизации деформаций под управлением компьютера. Практика показывает, что для постановки штампа достаточно 2-3 часов. В тоже время, процесс испытаний может занять несколько суток. Поэтому автоматизация всего цикла испытаний нагрузка – разгрузка решает проблему присутствия оператора.

 

Рис. 7. Конструкция установки для испытаний винтовым штампом

Рис. 7. Конструкция установки для испытаний винтовым штампом

 

Рис. 8. Испытания грунтов винтовым штампом конструкции ООО «НПП Геотек»

Рис. 8. Испытания грунтов винтовым штампом конструкции ООО «НПП Геотек»

 

Рассмотренные технические средства дают полную информацию о механических характеристиках грунтов, которые используются при проектировании оснований зданий и сооружений по двум группам предельных состояний. В тоже время, они являются тем инструментом, который позволяет использовать комплексную технологию инженерно-геологических изысканий для целей проектирования, но с большей эффективностью по сравнению с традиционной.

 

Список литературы
  1. Болдырев Г.Г. Методы определения механических свойств грунтов с комментариями к ГОСТ 12248-2010. – М., 2014. – 812 с.
  2. Болдырев Г.Г., Идрисов И.Х., Кондратьев Р.А. Новые технологии полевых и лабораторных испытаний грунтов как альтернатива зарубежным. Инженерные изыскания №8 2015, с. 48-57.
  3. Болдырев Г.Г. Что такое буровое зондирование грунтов? Геотехника, №3, 2016, с. 50-55.
  4. Болдырев Г.Г., Идрисов И.Х. Численное моделирование методов статического и бурового зондирования.Геотехника, №4, 2016.
  5. Болдырев Г.Г., Каширский В.И., Скопинцев Г.Д., Мунаев С.-Э.Р. Испытания грунтов винтовым штампом.Инженерные изыскания, № 9, 2016, с. 12-24.
  6. Болдырев Г.Г., Мельников А.В., Меркульев Е.В., Новичков Г.А. Сравнение методов лабораторных и полевых испытаний грунтов. Инженерные изыскания, 2013, №14. С. 28-48.
  7. Болдырев Г.Г. Полевые методы испытаний грунтов (В вопросах и ответах). Саратов: Издательский центр «РАТА», 2013. С. 356.
  8. Мельников А.В., Болдырев Г.Г. Корреляционные уравнения оценки модуля деформации грунтов по результатам статического зондирования. Основания, фундаменты и механика грунтов, № 3, 2015.
  9. Mayne P.E. Enchanced geotechnical site characterization by seismic piezocone penetration tests. Invited Lecture. Fourth International Geotech-nical Conference, Cairo University, 2000, pp. 95-120.