Инженерные изыскания -2010

41

Лекция 8

Изучение физико-механических свойств грунтов и химического состава грунтовых вод в полевых условиях.

1.Изучение качества воды в полевых условиях.

Для проведения полевых анализов воды и определения общей минерализации

ее применяют различные лаборатории и приборы.

1.Маршрутная лаборатория для анализа воды (МЛАВ) предназначена для определения физических свойств и химического состава воды в полевых условиях.

С помощью этой лаборатории можно в течение 30 – 40 мин.выполнить анализ воды

с определением pH, Fe2+, Fe3+, NH4+, NO2-, NO3-, CO32-, SO42-, Cl-, Mg2+, общей

и карбонатной жесткости, двуокиси углерода, сероводорода и кислорода. Лаборатория имеет небольшие размеры (10х18х20 см) и вес 2,5 кг, в результате чего очень удобна при использовании на полевых работах.

2. Полевая лаборатория для анализа воды (ПЛАВ) состоит из двух компактных футляров, в которых размещены набор реактивов и лабораторная аппаратура,

обеспечивающие выполнение около 250 анализов. Набор реактивов и аппаратуры позволяет определить количество pH, Fe2+, Fe3+, NH4+, Ca2+, NO2-, NO3-, CO32-,

SO42-, Cl-, Mg2+, HCO3-, свободную углекислоту, агрессивную углекислоту, кислород, сероводород и общую жесткость. Натрий, карбонатная жесткость и сумма минеральных веществ определяются вычислением. Физические свойства воды – цвет, запах, вкус и мутность определяются качественно. Вес лаборатории – 35 кг.

3.Санитарно-бактериологическая лаборатория. Предназначена для определения бактериального загрязнения воды в полевых условиях. Представляет собой два компактных удобных для переноски и перевозки дюралюминиевых футляра с набором необходимой посуды, приборов, лабораторных аппаратов, реактивов и мелких предметов, требующихся для отбора проб воды и выполнения бактериологических анализов. Вес первого футляра размеров 43х14,5х14,5 см.составляет 9 кг., вес второго футляра размером 50х15х33 см равен 11,2 кг.

4.Солемер. Представляет собой электрический прибор, предназначенный для определения степени минерализации воды как непосредственно у водоисточника, так и в лабораторных условиях. С помощью солемера общая минерализация пробы воды может быть определена в течение нескольких минут. Солемер можно применять при всех гидрогеологических изысканиях, когда необходимо проследить изменение минерализации воды в плане при гидрогеологической съемке, при бурении скважины, в процессе длительного отбора воды при откачках и по сезонам года при стационарных гидрогеологических наблюдениях. Солемер можно использовать и для количественного определения содержания водорастворимых солей в грунтах по водным вытяжкам.

42

2.Изучение строительных свойств грунтов в полевых условиях.

Применение полевых методов исследований в конкретных условиях должно быть глубоко и всесторонне обдумано и строго обосновано.

Наибольшее применение в строительной практике находят такие полевые материалы, как испытание грунта штампами для определения модуля деформации и испытание на сдвиг грунта для определения параметров сопротивления грунта сдвигу. Кроме того успешно применяются полевые методы исследования физикомеханических свойств пород, основанные на ядерных излучениях радиоактивных элементов. Перспективен пенетрационно-каротажный метод, основанный на комплексном использовании методов статического зондирования и радиоактивного каротажа.

При инженерно-геологических изысканиях широко применяются лаборатории ПЛЛ – 9 (размещается в 4 футлярах, общий вес 28 кг); ЛИГП – 1 (размещен в 6 футлярах, общий вес – 152,8 кг.). Предназначены для массовых определений физико-механических свойств глинистых и песчаных грунтов в полевых условиях.

Испытание грунтов пробными статическими нагрузками. Испытание песчаных и глинистых грунтов в их естественном залегании этим способом производится для численного определения модуля деформации, необходимого для расчета сооружений по деформации. Испытуемые грунты : рыхлые пески, насыпные, искусственные намытые, песчано-глинистые заторфованые грунты, глины пластичной и текуче-пластичной консистенции, просадочные грунты с включением дресвы, гравия и мелкой гальки.

Установка для испытания грунта статической нагрузкой состоит из жесткого плоского штампа определенной формы и размера (круглой или квадратной, S = 2500; 5000; 10000 см2), устройства для его нагружения (гидравлический домкрат или нагружаемая платформа с грузами) и измерительной аппаратуры для регистрации осадки штампа (самопишущий прибор).

При испытаниях максимальная нагрузка на штампы достигает 25 т, а давление на грунт – 3-3,5 кг/см2. Общая схема испытательной установки аналогична испытанию на сжатие гидравлическим прессом в сопротивлении материалов.

Испытание грунтов на сдвиг срезом крыльчаткой. Для расчета устойчивости сооружений и земляных масс очень важна характеристика сдвига грунта. Определение грунтов сдвигу производят обычно в скважинах лопастными приборами – крыльчаткой. Схема установки для проведения испытаний на сдвиг показана рис. 8.1.

43

Рис. 8.1. Схема установки для проведения испытаний грунтов на сдвиг срезом крыльчаткой.

1)	крыльчатка; 2) штанга;
	3)оперативный столик-тренога;
	4)измерительное устройство.

При испытаниях грунтов крыльчаткой определяют общее сопротивление

грунта сдвигу (кг/см2), а в расчетах принимают, что полученное опытным путем общее сопротивление грунта сдвигу равно сцеплению грунта С.

Методика испытания грунта заключается в следующем: выбуривают скважину, над ее устьем устанавливают специальное измерительное устройство – головку после опускания в скважину штанги с крыльчаткой. Вращением крыльчатки со скоростью 0,1 – 0,2о в 1 сек производят срез грунта и регистрируют прибором максимальный вращающий момент М.

По величине вращающего момента и размерам крыльчатки рассчитывают

сопротивление грунта сдвигу

= М / В, где

- сопротивление грунта сдвигу в кг/см2;

М – максимальный вращающий момент кг/см; В – геометр. характеристика поверхности среза в см3, определяемая из

выражения:

В = 1,57 d2 (h + d/3);

Где d и h – диаметр и высота крыльчатки.

Определение объемного веса, естественной влажности и гранулометрического состава крупнообломочных пород. Для этого проходят шурф на глубину 0,5 – 0,7 м.по возможности прямоугольной формы, с вертикальными стенами и горизонтальной

44

поверхностью забоя с таким расчетом, чтобы легко можно было расчетным путем определить его объем путем измерения длины, ширины и глубины. Породу по мере извлечения из шурфа немедленно взвешивают и помещают на брезент, лист фанеры или плотно сбитый из досок ящик. Объемный вес определяю путем деления веса всей вынутой из шурфа породы на его объем.

Затем этот грунт просушивают до воздушно-сухого состояния и снова взвешивают. По разности весов до и после просушивания определяют естественную влажность грунтов.

Кроме того, из мелкоземной части заполнителя отбирают в бюксу пробу для определения влажности в лабораторных условиях.

Гранулометрический состав определяют следующим образом. Из высушенного до воздушно-сухого состояния грунта отбирают среднюю пробу весом 20-50 кг в зависимости от крупности зерен.

Отобранную среднюю пробу взвешивают и просеивают последовательно через набор стандартных сит с отверстиями размером 75,50,35,25,10 и 5 мм. Выделенные после рассева фракции снова взвешивают с точностью до 1 г. При этом вес всех выделенных при рассеве фракций в сумме должен быть равен весу взятой средней пробы. Зная общий вес средней пробы и вес каждой фракции, вычисляют процентное содержание их в породе.

Испытание грунтов методами динамического и статического зондирования. Сущность динамического и статического зондирования заключается в определении сопротивления грунта внедрению в него зонда. Погружая в грунт наконечник зонда и регистрируя сопротивление грунта проникновению зонда, можно сравнительно быстро получить представление о механической прочности пород в плане и по глубине в их естественном залегании, не отбирая пробы грунта естественной структуры.

При динамическом зондировании наконечник зонда забивается в грунт ударами молота установленного веса, сбрасываемого с определенной высоты. При этом регистрируется глубина погружения зонда от одного или нескольких ударов. Зонд

может иметь форму цилиндра d = 51 мм или конуса. Методология испытания и расчетов приводится в соответствующих руководствах и инструкциях.

Статическое зондирование осуществляется зондами состоящими из конического наконечника d = 35,6 мм и площадью основания 10 см2. В толщу исследуемых пород зонд погружается с помощью домкратов.

Пенетрационно-каротажный метод исследования физико-механических свойств грунтов. Этот метод основан на комплексном использовании статического зондирования и радиоактивного каротажа. Техническая установка включает устройство для задавливания зонда (развивает усилие до 12 т) и регистрирующую геофизическую аппаратуру. При этом регистрируется лобовое сопротивление грунта погружению конуса и трение грунта о боковую поверхность зонда. Геофизическая аппаратура позволяет определять объемный вес грунта по методу гаммагаммакаротажа, естественную влажность и уровень грунтовых вод по нейтронному методу, а также фиксировать степень глинистости грунтов гамма-каротажом. Обслуживают установку бригада инженеров.

45

Лекция 9 Камеральная обработка и оформление материалов

инженерно-геологических и гидрогеологических документов.

1.Общие указания о порядке проведения камеральной обработки материалов изысканий.

Камеральная обработка материалов инженерно-геологических и гидрогеологических исследований разделяется на полевую (текущую) и окончательную.

Полевая камеральная обработка должна выполняться параллельно с проведением полевых работ в эксплуатационный период. Она заключается в планомерной проверке и систематизации данных инженерно-геологических и гидрогеологических наблюдений, получаемых при проведении повседневных полевых работ. Планомерное проведение полевой камеральной обработки полевых материалов позволяет повысить качество и полноту изыскательских работ, сократить в определенных случаях, состав, объем и сроки полевых исследований, а также сроки окончательной камеральной обработки.

При окончательной камеральной обработке составляют полный инженерногеологический или гидрогеологический отчет (заключения), содержащий все данные, необходимые для проектирования. Окончательная камеральная обработка производится после завершения полевых работ и получения всех результатов лабораторных исследований проб грунтов воды и топографических планов.

При камеральной обработке полевых материалов проверяют и уточняют разного рода журналы (описание выработок, зондирования, откачек, нагнетаний, стационарных наблюдений) первичной геологической документации, результаты лабораторных исследований проб грунтов и воды, составляют каталоги (разведочных выработок, точек зондирования, колодцев, источников, высотных отметок, таблицы и необходимые чертежи (карты, схемы выработок, геологические разрезы, колонки выработок) при обязательной взаимной увязке их, а также составляют текстовую часть отчета или заключения.

2.Проверка и обработка первичной геологической документации.

Проверка и обработка первичной геологической документации заключается в систематическом просмотре и изучении техническим руководителем работ взятых образцов пород, просмотре журналов и полевых книжек геологической документации и внесении в них необходимых дополнений, уточнений, поправок, данных контрольных наблюдений и замеров уровня воды, мощности слоев правильных наименований грунтов и характеристик, уточняющих их свойства.

46

На основании уточненных полевых журналов составляют каталоги, схемы (планы) расположения разведочных и зондировочных выработок и точек наблюдений, таблицы колебания уровней грунтовых вод по наблюдательным скважинам, разрезы-колонки разведочных выработок, геолого-литологические разрезы, листы откачек и нагнетаний и другие текстовые и графические материалы, необходимые для проектирования и отображающие те или иные особенности изучаемого участка.

3.Составление каталогов и карт-схем фактических материалов изысканий.

При камеральной обработке полевых материалов составляются следующие каталоги:

а) разведочных и зондировочных выработок; б) колодцев и эксплуатационных скважин на воду; в) источников (родников).

Каталоги разведочных выработок содержат следующие графы:

1.наименование и номер разведочных выработок;

2.глубина выработок в М;

3.абсолютная отметка устья выработки;

4.глубина появления воды;

5.глубина установления воды;

6.абсолютная отметка статического уровня воды;

7.Координаты (с указанием в какой системе они даны) или пикетаж (если выработки привязаны к пикетажным точкам трассы.

При выполнении полевых инженерно-геологических и гидрогеологических работ обязательно составляются карты (схемы) фактического материала. Это графическая сводка фактического материала – точек наблюдений и исследований – необходимо составлять одновременно с каталогами с полной их увязкой. Эти карты составляют в масштаба 1:1500 – 1:2500.

4.Составление разрезов-колонок разведочных выработок, геологолитологических разрезов и профилей водопроницаемости.

Геолого-литологические разрезы-колонки и развертки несут в себе информацию: показаны условными знаками литологические разности пород, вскрытые выработки, с их подробной послойной характеристикой, глубиной залегания и абсолютной отметкой подошвы слоя и его мощности. В специальных графиках колонки указывается глубина грунтовых вод и их статический уровень. Разрезы колонки составляют в наиболее употребительных масштабах 1:50; 1:100; 1:200.

Геолого-литологические разрезы составляют по трассам трубопроводов, створами плотин, а для площадок – по линиям расположения наиболее ответственных сооружений и другим направлениям.

На разрезе должны быть показаны в соответствующем масштабе все разведочные выработки, обнажения и расчистки, расположенные на линии разреза и

47

послужившие основой для его составления. Слои пород или грунтов на разрезах выделяются с учетом их возраста, генезиса, литологического состава и физикомеханических свойств. Помимо штриховки слоев условными знаками на разрезах показывают статический уровень грунтовых вод и дату замера и степень коррозионной активности грунтов.

При изысканиях под водохранилищами и подтопляемые территории составляют профили водопроницаемости. Они используются для оценки условий фильтрации на участке строительства плотны и проектирования противофильтрационных мероприятий.

5.Обработка результатов испытаний грунтов штампами, на сдвиг

.лопастными приборами и методом зондирования

Конечная цель камеральной обработки результатов испытаний грунтов статической нагрузкой – получение численных значений модуля деформации, характеризующих степень сжимаемости грунтов оснований. Широко используемых в расчетах при проектировании для определения осадок сооружений.

При составлении разреза грунтов в точке испытания на нем изображают ствол опытной выработки, схему установки штампа, уровень грунтовых вод. С правой стороны от разреза располагают график зависимости осадки от нагрузки S = f(P), наглядно иллюстрирующий сжимаемость грунтов и используемый для вычисления модуля деформации. Пользуясь графиком, вычисляют модуль деформации (сжимаемости) для прямолинейного участка зависимости осадки от удельной степени нагрузки:

E = (1 - 2) d Р/ΔS,

Где - коэффициент Пуассона: для крупнообломочных грунтов равен 0,27;

для песков и супесей - 0,; для суглинков – 0,35; для глин – 0,42.
- безразмерный коэффициента, зависящий от жесткости штампа и формы	его
подошвы, равен 0,8.

d- диаметр штампа, см;

Р- приращение удельной степени нагрузки на штамп между Рб и Рн, кг/см.2.

S - приращение осадки штампа в см, соответствующее	Р.
Камеральная обработка результатов испытания грунтов	на сдвиг

крыльчатками заключается в следующем. Имея показания индикатора измерительной головки, зафиксированные в журнале при срезе по специальным тарировочным таблицам, прилагаемым к прибору, определяют значения вращающего момента. Для получения значений вращающего момента по формуле вычисляют сопротивление грунта сдвигу в ненарушенном и нарушенном состояниях

ипоказатель структурной прочности грунта. Полученные данные систематизируют

идля удобства пользования и наглядности изображают в виде чертежей, графиков и таблиц, размещаемых на одном листе.

На листе рисуют схему расположения опытной выработки в масштабе 1:500 или 1:1000; литологическую колонку скважины в принятом масштабе (1:100 –1:500)

48

с показанием на ней места испытания и численного значения сопротивления грунта сдвигу по опытным данным; график зависимости вращающего момента от угла поворота крыльчатками и таблицу результатов испытаний грунта прибором.

Таблица состоит из следующих граф:

1)порядковый номер опыта;

2)дата проведения испытания;

3)размеры крыльчатки;

4)глубина испытания;

5)сопротивление сдвигу грунта с ненарушенной структурой;

6)сопротивление сдвигу грунта с нарушенной структурой;

7)показатель чувствительности грунта

Камеральная обработка результатов зондирования состоит в построении кривых, характеризующих изменение динамического или статического сопротивления с глубиной и трения по боковой поверхности зонда в различных грунтах и геологических разрезах с учетом данных зондирования.

6.Обработка лабораторных данных испытаний проб грунтов и воды.

Камеральная обработка результатов лабораторных определений показателей физико-механических и фильтрационных свойств пород заключается в систематизации их в виде таблиц и графиков для выявления закономерностей изменения свойств с глубиной.

Для наглядности и удобства пользования графики по каждой выработке располагают на чертеже в порядке возрастания глубины отбора монолитов, а при наличии данных по нескольким выработкам – в соответствии с глубиной отбора проб.

Суммарные кривые механического состава чаще всего строятся в обыкновенном или полулогарифмическом масштабе.

В отдельных случаях строятся графики для установления закономерностей изменения естественной влажности консистенции, пористости, содержания органических веществ и других показателей свойств с глубиной. В частности, при исследовании просадочных грунтов обязательно требуется строить графики, характеризующие изменение по всей глубине посадочной толщи естественной влажности, пористости, относительной просадочности под действием природного давления и под действием давления 2.5 ( при свайных фундаментах) или 3 кг/см2.

49

Литература

1.СНиП 1.02.07 – 87 - Инженерные изычкания для строительства.

2.СНиП 3.01.03 – 84 – Геодезические работы в строительстве.

3.Каширский В.А., Липатов Н.С., Орлов Я.М. – Изыскания для

строительства сооружений водоснабжения и канализации. М: 1971. 352 с.

4. Смирнов В., Богданов К. и др. – Гидрогеологические изыскания на застроенных территориях. Будівельний, 1973.

5. Арцев Л.И. - Инженерно геологические и гидрогеологические исследования для водоснабжения и водоотведения. М: 1984.